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이산 사건 모델링 및 시뮬레이션 기반의 다수 무인기 임무 할당 및 최적화 기법
이동호(Dong Ho Lee),장환철(Hwanchol Jang),김상환(Sang-Hwan Kim),장우혁(Woohyuk Chang) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.2
본 연구는 복잡한 다수 무인기 시스템을 효율적으로 운용하기 위해 이산 사건 모델 기반의 다수 무인기 이종 임무 할당 기법을 제안한다. 이종 임무의 생성, 임무 할당, 무인기 출동, 임무 수행, 무인기 수리 및 정비에 이르는 무인기의 임무 시작에서 종료까지 일련의 과정을 이산 사건 모델링을 통해 수학적으로 정의하고, 이를 기반으로 주어진 임무 상황에서 필요한 최적 무인기 대수를 도출한다. 도출된 최적 무인기 대수를 적용하여 이산 사건 모델 기반의 반복 시뮬레이션을 통해 그 결과를 검증한다. 제안된 이종 임무 할당 기법으로 운용자는 제한된 무인기 자원을 효율적으로 활용하여 주어진 임무 상황에서 최적의 임무 계획을 수립할 수 있다. In this paper, we propose a heterogenous mission allocation technique for multi-UAV system based on discrete event modeling. We model a series of heterogenous mission creation, mission allocation, UAV departure, mission completion, and UAV maintenance and repair process as a mathematical discrete event model. Based on the proposed model, we then optimize the number of UAVs required to operate in a given scenario. To validate the optimized number of UAVs, the simulations are executed repeatedly, and their results are analyzed. The proposed mission allocation technique can be used to efficiently utilize limited UAV resources, and allow the human operator to establish an optimal mission plan.
동적 변화 환경에서 다중 임무점 방문을 위한 최적 경로 계획 알고리즘
이호형(Hohyeong Lee),장우혁(Woohyuk Chang),장환철(Hwanchol Jang) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.5
다중 임무점 방문을 위한 경로 계획의 복잡도는 단일 구간 경로 계획을 위한 복잡도보다 크게 더 높다. n개의 다중 임무점을 방문하는 경로 계획을 위해서는 n<SUP>2</SUP>+n번의 단일 구간 경로 계획이 필요하다. 본 논문에서는 동적 변화 환경에서 다중 임무점을 방문하기 위한 최적의 경로 계획 알고리즘인 Multiple Mission D<SUP>*</SUP> Lite(MMD<SUP>*</SUP>L) 알고리즘을 제안하였다. MMD<SUP>*</SUP>L은 앞서 수행된 단일 구간 경로 계획 정보를 재사용함으로써 복잡도를 감소시킨다. 시뮬레이션 결과를 통해 경로의 최적성은 양보하지 않으면서도 복잡도가 급격하게 감소하였음을 확인하였다. The complexity of path planning for visiting multiple mission points is even larger than that of single pair path planning. Deciding a path for visiting n mission points requires conducting n<SUP>2</SUP>+n times of single pair path planning. We propose Multiple Mission D<SUP>*</SUP> Lite(MMD<SUP>*</SUP>L) which is an optimal path planning algorithm for visiting multiple mission points in dynamic environments. MMD<SUP>*</SUP>L reduces the complexity by reusing the computational data of preceding single pair path planning. Simulation results show that the complexity reduction is significant while its path optimality is not compromised.
무인기의 복잡한 지형 회피를 위한 Convex Hull 기반의 계층형 Visibility Graph
임대희(Daehee Lim),박지훈(Jihoon Park),민찬오(Chanoh Min),장환철(Hwanchol Jang),이대우(Daewoo Lee) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.12
본 논문에서는 무인기의 경로 계획을 위한 맵 분할 방법론 중 하나인 Visibility Graph를 산악지형, 방공망, 그리고 레이더 등의 장애물이 존재하는 실제적인 3차원 환경에서 효율적으로 사용하기 위한 방안에 대해 서술한다. 기존의 가시성 그래프는 빌딩 사이를 주행하는 자율주행 자동차와 같이 주로 2차원 환경에서 간단한 형상의 장애물에 대해 연구되어왔다. 무인기 분야에서 사용하기 위해서는 고도 변화를 위해 3차원 가시성 그래프가 적용되어야 하는데, 3차원 가시성 그래프의 경우 2차원 환경에 비해 가시성을 판단해야 하는 노드 쌍이 매우 많아진다. 이에 더해 복잡한 다각형으로 이루어진 산악 지형은 가시성 그래프의 계산 시간을 더욱 상승시키는 요인으로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 맵을 일정 고도로 분할하는 계층형 가시성 그래프 방식을 기반으로 복잡한 산악 지형을 Convex Hull 개념을 활용하여 노드 수를 감소시켜 계산 시간을 줄이는 방법에 대해 서술하며, 노드 수를 감소시키지 않은 상태와의 계산 시간을 비교한 결과 계산 시간이 약 99.5% 감소하였음을 확인하였다. This paper introduces a method which can be effectively used for the path planning of UAV in a realistic map which has mountainous terrains, air defense networks and radars based on the Visibility Graph. Existing studies of Visibility Graph have been studied mainly for simple shape obstacles in 2-dimensional environment such as self-driving cars which avoid buildings. However, for UAV, Visibility Graph must be used in 3-dimensional environment for the variance of altitude. This occurs significant elapsed time increase because of the increase of the amount of the visibility of node sets. To solve this problem, this paper decrease the number of nodes which consists the complex terrain environments using convex hull based on Layered Visibility Graph. With convex hull method, this paper confirmed that the elapsed time is decreased about 99.5% compared to the case which has no decrease of the number of nodes.