شماره ركورد
30629
پديد آورنده
فاطمه زنديه
عنوان
طراحي مدل مسيريابي يكپارچه و پوششدهي همزمان وسايل نقليه زميني و پهپاد عملياتي و نظارتي
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي صنايع
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1402/12/12
استاد راهنما
دكتر سيد فريد قنادپور - دكتر محمد مهدوي مزده
دانشكده
مهندسي صنايع
چكيده
امروزه پهپادها با كاربردهاي وسيع خود، در بسياري از حوزهها وارد شدهاند. آنها با اجراي مؤثرِ برخي از فرآيندهاي كنترلي و عملياتي انجام شده توسط همتايان تجاري خود، محبوبيت بسياري در بازار كسب كردهاند. شركتهاي درگير در زنجيره تأمين از پهپادها به منظور تسهيل طيف گستردهاي از فرآيندها استفاده مينمايند. با بهرهگيري از پهپادها ميتوان بسياري از فعاليتهايي كه پيشتر بسيار زمانبر و پرزحمت بودهاند را به نحوي كارآمد، كمهزينه و به طور قابل توجهي ايمنتر اجرا كرد. در اين رساله در دو سناريو به برنامهريزي مسيريابي يكپارچه وسايل نقليه زميني و پهپادها با در نظر گرفتن فرضهايي واقعگرايانه به منظور بهبود سيستم حمل ونقل پرداخته ميشود. تفاوت عمده دو سناريو در نوع استفاده از پهپادها ميباشد. به نحوي كه سناريوي اول از كاربرد عملياتي پهپاد استفاده ميكند و سناريوي دوم از پهپادهاي نظارتي به منظور بهبود حملونقل استفاده مينمايد. با توجه به اينكه در ادبيات موضوع اغلب در مسائل مسيريابي با پهپاد، منطقه طرح ترافيك در نظر گرفته نشده است امّا در شهر تهران اين طرح ميتواند منجر به افزايش هزينهها گردد يكي از اهداف سناريوي اول پوشش اين شكاف در ادبيات موضوع است. لذا در سناريوي اول، مسئله مسيريابي وسايل نقليه با پهپاد با فرض در نظر گرفتن محدوديتهاي طرح ترافيك توسعه داده ميشود. در اين مسئله قصد بر اين است كه با هدف كاهش هزينههاي ناشي از ورود وسايل نقليه زميني به منطقه طرح ترافيك، مشتريان موجود در اين منطقه تا حد ممكن توسط پهپادها خدمتدهي شوند. همچنين با توجه به اينكه در ادبيات موضوع مسيريابي با پهپاد كمتر به احتمال اختلال پهپاد در حين پرواز توجه شده است، اين سناريو با در نظر گرفتن احتمال آسيب ديدن پهپادها با توجه به شرايط آب و هوايي و سطح شارژ پهپاد توسط كنترلر فازي نوع دو بازهاي توسعه داده ميشود. در سناريوي توسعهاي، بر مبناي احتمال خرابي پهپاد، در خصوص پرواز يا عدم پرواز آن تصميمگيري ميشود. در مسئله مسيريابي كالاي ارزشمند نيز استفاده از نظارت همزمان به منظور بهبود امنيت كمتر مورد توجه محققان قرار گرفته شده است. لذا در سناريوي دوم نيز، از پهپادها به منظور تأمين امنيت حمل ونقل كالاي ارزشمند استفاده ميشود. با توجه به ماهيت ذاتي كالاي ارزشمند، همواره خطراتي، حمل ونقل اين كالا را تهديد ميكند كه ضرورت حفظ امنيت آن را پررنگ ميسازد. لذا در اين رساله با ارائه يك مدل جديد يكپارچهسازي مسيريابي وسايل نقليه زميني و پهپاد با بهرهگيري از كاربرد نظارتي پهپاد به حفظ امنيت حمل ونقل كالاي ارزشمند پرداخته ميشود. در اين سناريو، خطرات ناشي از اختلال عامدانه در دو مرحلهي برنامهريزي و اجرا تحليل ميشود. در مرحلهي برنامهريزي، ريسك بر مبناي دادههاي گذشته برآورد شده و مسيريابي با هدف حداقلسازي هزينه ريسك و هزينه حمل ونقل انجام ميشود. در مرحله اجرا، پهپادها بر مسيرهاي جواب توليد شده در مرحله برنامهريزي به صورت آنلاين نظارت ميكنند. ناوگان زميني تنها زماني ميتواند وارد يك لينك شود كه پيش از ورود آنها، خطرات توسط پهپادها در پنجره زماني مشخصي ارزيابي شده باشد. همچنين در اين سناريو، در صورت وجود همپوشاني در پنجرههاي زماني لينكهاي زميني، امكان بازديد چند لينك زميني توسط پهپادها وجود دارد. در صورتي كه يك عامل مشكوك، توسط پهپادها شناسايي شود؛ برنامهريزي مجدد با هدف حذف عامل خطرآفرين به صورت پويا انجام ميشود. همچنين به منظور بهبود اين مسئله، يك سناريوي توسعهاي با در نظر گرفتن ايستگاه شارژ ارائه ميشود. به منظور بهينهسازي سناريوي اول و سناريوي توسعهاي آن، يك الگوريتم فوق ابتكاري تركيب شده با رويكرد يادگيري تقويتي ايجاد ميگردد. همچنين به منظور بهينهسازي مسئله پيشنهادي سناريوي دوم و سناريوي توسعهاي آن، الگوريتمهاي فراابتكاري توسعه يافته طراحي ميشود. كارايي و اثربخشي الگوريتمهاي پيشنهادي در دو سناريو در ابعاد كوچك و بزرگ مورد ارزيابي قرار ميگيرد. نتايج حاصل شده، كيفيت و رقابتپذيري الگوريتمهاي پيشنهادي را اثبات مينمايد. علاوه بر اين تحليل حساسيتي به منظور ارزيابي پارامترهاي مؤثر مسئله انجام ميگردد. در نهايت با بررسي مطالعات موردي واقعي به بررسي سناريوهاي پيشنهادي پرداخته ميشود.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/12/20
عنوان به انگليسي
Designing an integrated routing model and simultaneous coverage of ground vehicles and operational and surveillance drones
تاريخ بهره برداري
3/2/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه زنديه
چكيده به لاتين
Drones have entered many fields with their wide range of applications. They have gained popularity in the market by effectively executing certain control and operational processes performed by their commercial counterparts. Companies involved in the supply chain use drones to facilitate a wide spectrum of processes. By employing drones, many activities that were previously time-consuming and labor-intensive can be carried out efficiently, cost-effectively, and significantly safer. This thesis focuses on the integrated route planning of ground vehicles and drones in two scenarios, considering realistic assumptions to improve the transportation system. The major difference between the two scenarios lies in the type of drone usage. The first scenario utilizes drones for operational purposes, while the second scenario employs surveillance drones to enhance transportation. As the limited traffic zone is often not considered in the literature on drone routing problems, this scenario aims to address this gap, particularly in Tehran, where such a zone could lead to increased costs. In the first scenario, the vehicle routing problem with drones is developed by considering the limited traffic zone. The objective is to minimize the costs associated with the entry of ground vehicles into the limited traffic zone while serving the customers in this area as much as possible through the use of drones. Additionally, since the literature on drone routing problems pays less attention to the possibility of disruptions during drone flights, this scenario takes into account the likelihood of drones being affected by weather conditions and charging state of drones using a type-2 fuzzy controller. In the developmental scenario, decisions regarding the flight or non-flight of drones are made based on the probability of drone disruption. The use of simultaneous surveillance to improve security in the routing of valuable goods has also garnered attention from researchers. Therefore, in the second scenario, drones are employed to ensure the security of valuable goods during transportation. Given the inherent nature of valuable goods, they are constantly exposed to risks that pose a threat to their transportation, making the preservation of their security crucial.Therefore, in this thesis, a new integrated model for routing ground vehicles and drones is presented, utilizing drone surveillance to ensure the security of transporting valuable goods. In this scenario, the risks arising from intentional disruptions are analyzed in two stages: planning and execution. In the planning stage, the risk is estimated based on historical data, and routing is performed with the goal of minimizing the risk cost and transportation cost. In the execution stage, drones monitor the generated solution routes in real-time. Ground vehicles can only enter a link if the risks have been evaluated by drones within a specific time window before their entry. Additionally, in this scenario, if there is an overlap in the time windows of ground links, drones have the possibility to visit multiple ground links, simultaneously. If a suspicious agent is identified by the drones, a dynamic replanning is performed with the aim of eliminating the risky agent. Furthermore, to improve this problem, a developmental scenario with considering charging stations is presented. To optimize the first scenario and its developmental scenario, a novel algorithm combined with a reinforcement learning approach is proposed. Additionally, to optimize the proposed problem in the second scenario and its developmental scenario, developed metaheuristic algorithms are designed. The efficiency and effectiveness of the proposed algorithms are evaluated in both small and large- scale dimensions of the two scenarios. The obtained results demonstrate the quality and competitiveness of the proposed algorithms. Moreover, a sensitivity analysis is conducted to evaluate the influential parameters of the problem. Finally, real case studies are examined to investigate the proposed scenarios.
كليدواژه هاي فارسي
مسيريابي يكپارچه , پهپاد عملياتي و نظارتي , كالاي ارزشمند , اختلال عامدانه , محدوده طرح ترافيك
كليدواژه هاي لاتين
integrated routing , operational and surveillance drones , valuable goods , intentional disruption , limited traffic zone
Author
Fatemeh Zandieh
SuperVisor
Dr. Seyed Farid Ghannadpour, Dr. Mohammad Mahdavi Mazdeh