Моделирование оптимального маршрута полета беспилотного летательного аппарата для проведения разведки лесного пожара

Аннотация

В период с 2018 по 2023 год по всему Казахстану было зарегистрировано более 3600 лесных пожаров, в результате которых сгорело 561 000 гектаров и ущерб превысил 192,8 миллиарда тенге. Пожароопасные зоны, такие как лесной массив Боровое в Акмолинской области, иллюстрируют проблему, с которой обычно сталкиваются полевые командиры: когда одновременно обнаруживается несколько очагов возгорания, не существует установленной процедуры для выполнения разведывательного полета беспилотного летательного аппарата, чтобы охватить их все за минимальное время. Без такой процедуры выбор маршрута по умолчанию осуществляется на усмотрение оператора, что сопряжено с реальным риском избыточных обходов и запоздалой оценки ситуации. В данной статье рассматривается вопрос о том, может ли классический инструмент дискретной математики задача коммивояжера (TSP) заполнить этот процедурный пробел и служить вычислительным ядром модуля планирования полета беспилотного летательного аппарата для командира подразделения по тушению лесных пожаров (CFE). Сформулирована рекогносцировка нескольких объектов в виде асимметричной целочисленной программы с ограничениями на исключение обходов, выведена глобально оптимальная гамильтоновая схема для тестового случая с четырьмя узлами, составленная из репрезентативных расстояний между объектами, и показано, что результирующий маршрут (1→4→2→3→1, всего 860 м) на 47,7% короче, чем у неоптимальных альтернатив. Модель не привязана к конкретной платформе, однако рассматривается с учётом характеристик беспилотных летательных аппаратов самолётного типа, актуальных для условий эксплуатации в Казахстане. Полученные результаты обеспечивают формальную алгоритмическую основу для встраивания оптимизации маршрутов в существующие программно-информационные системы мониторинга лесных пожаров и поддержки принятия решений по ликвидации последствий стихийных бедствий в Министерстве по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан.