Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области
Современное сельское хозяйство охватывает огромные территории, и эффективный мониторинг этих территорий играет ключевую роль в точном земледелии. Беспроводные сенсорные сети широко используются для получения оперативной информации о состоянии сельскохозяйственных культур. Однако вручную собирать дан...
Saved in:
| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Russian Academy of Sciences, St. Petersburg Federal Research Center
2025-06-01
|
| Series: | Информатика и автоматизация |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ia.spcras.ru/index.php/sp/article/view/16965 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| _version_ | 1849425105026809856 |
|---|---|
| author | Alexey Rodionov Tulkin Matkurbanov |
| author_facet | Alexey Rodionov Tulkin Matkurbanov |
| author_sort | Alexey Rodionov |
| collection | DOAJ |
| description | Современное сельское хозяйство охватывает огромные территории, и эффективный мониторинг этих территорий играет ключевую роль в точном земледелии. Беспроводные сенсорные сети широко используются для получения оперативной информации о состоянии сельскохозяйственных культур. Однако вручную собирать данные с датчиков затруднительно. В то же время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) все чаще используются для обеспечения автоматического высокоточного сбора данных. В данной статье рассматриваются методы построения оптимальной траектории БПЛА, обеспечивающие эффективный сбор данных с распределенных сенсорных узлов. Предложенные методы направлены на минимизацию длины маршрута и полное покрытие зон датчиков за счет учета их пространственного распределения и радиуса действия. Целью исследования заключается оптимизация траектории полета БПЛА минимальной длины, обеспечивающей сбор данных со всех датчиков, полностью покрывая зоны покрытия сенсорных узлов. В рамках исследования были разработаны и сравнены четыре метода построения маршрута: центрированный, трехточечный, тангенциальный и метод оптимального выбора точек внутри границы радиуса. Каждый метод реализован в виде программного алгоритма, включающего этапы построения маршрута, его геометрической оптимизации и охвата зоны покрытия. Все методы были протестированы единообразно на наборе датчиков, размещенных на определенной территории. Оценка проводилась по трем основным показателям: протяженность маршрута, количество точек маневра и время расчета программы. Авторами предложены два ключевых метода оптимизации траектории: метод «центроид», основанный на кластеризационном подходе, и усовершенствованный «трёхточечный» метод, реализующий алгоритм Лина–Кернигана. По результатам экспериментов предложенные методы существенно превосходят ранее рассмотренные методы планирования траектории. Таким образом, в статье предложен комплексный метод к построению маршрутов БПЛА для мониторинга сельскохозяйственных полей с учетом геометрических, алгоритмических и вычислительных факторов, а также даны рекомендации по выбору метода в зависимости от пространственной структуры сенсорной сети. |
| format | Article |
| id | doaj-art-a778be038a4d4c44b09d9f1dc5e9bc60 |
| institution | Kabale University |
| issn | 2713-3192 2713-3206 |
| language | English |
| publishDate | 2025-06-01 |
| publisher | Russian Academy of Sciences, St. Petersburg Federal Research Center |
| record_format | Article |
| series | Информатика и автоматизация |
| spelling | doaj-art-a778be038a4d4c44b09d9f1dc5e9bc602025-08-20T03:29:52ZengRussian Academy of Sciences, St. Petersburg Federal Research CenterИнформатика и автоматизация2713-31922713-32062025-06-0124379182710.15622/ia.24.3.316965Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой областиAlexey Rodionov0Tulkin Matkurbanov1Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ICM&MG SB RAS)Novosibirsk State University (NSU)Современное сельское хозяйство охватывает огромные территории, и эффективный мониторинг этих территорий играет ключевую роль в точном земледелии. Беспроводные сенсорные сети широко используются для получения оперативной информации о состоянии сельскохозяйственных культур. Однако вручную собирать данные с датчиков затруднительно. В то же время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) все чаще используются для обеспечения автоматического высокоточного сбора данных. В данной статье рассматриваются методы построения оптимальной траектории БПЛА, обеспечивающие эффективный сбор данных с распределенных сенсорных узлов. Предложенные методы направлены на минимизацию длины маршрута и полное покрытие зон датчиков за счет учета их пространственного распределения и радиуса действия. Целью исследования заключается оптимизация траектории полета БПЛА минимальной длины, обеспечивающей сбор данных со всех датчиков, полностью покрывая зоны покрытия сенсорных узлов. В рамках исследования были разработаны и сравнены четыре метода построения маршрута: центрированный, трехточечный, тангенциальный и метод оптимального выбора точек внутри границы радиуса. Каждый метод реализован в виде программного алгоритма, включающего этапы построения маршрута, его геометрической оптимизации и охвата зоны покрытия. Все методы были протестированы единообразно на наборе датчиков, размещенных на определенной территории. Оценка проводилась по трем основным показателям: протяженность маршрута, количество точек маневра и время расчета программы. Авторами предложены два ключевых метода оптимизации траектории: метод «центроид», основанный на кластеризационном подходе, и усовершенствованный «трёхточечный» метод, реализующий алгоритм Лина–Кернигана. По результатам экспериментов предложенные методы существенно превосходят ранее рассмотренные методы планирования траектории. Таким образом, в статье предложен комплексный метод к построению маршрутов БПЛА для мониторинга сельскохозяйственных полей с учетом геометрических, алгоритмических и вычислительных факторов, а также даны рекомендации по выбору метода в зависимости от пространственной структуры сенсорной сети.https://ia.spcras.ru/index.php/sp/article/view/16965бплазадача коммивояжераалгоритмкластеризациилина-керниганавельцляпрограммирование |
| spellingShingle | Alexey Rodionov Tulkin Matkurbanov Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области Информатика и автоматизация бпла задача коммивояжера алгоритм кластеризации лина-кернигана вельцля программирование |
| title | Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области |
| title_full | Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области |
| title_fullStr | Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области |
| title_full_unstemmed | Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области |
| title_short | Планирование траектории полета БПЛА при мониторинге большой области |
| title_sort | планирование траектории полета бпла при мониторинге большой области |
| topic | бпла задача коммивояжера алгоритм кластеризации лина-кернигана вельцля программирование |
| url | https://ia.spcras.ru/index.php/sp/article/view/16965 |
| work_keys_str_mv | AT alexeyrodionov planirovanietraektoriipoletabplaprimonitoringebolʹšojoblasti AT tulkinmatkurbanov planirovanietraektoriipoletabplaprimonitoringebolʹšojoblasti |