نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

مسیریابی ترکیبی وسایل نقلیه و پهپادها جهت کاهش مصرف انرژی با استفاده از الگوریتم های یادگیری تقویتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای مهندسی فناوری اطلاعات-گرایش شبکه ، دانشگاه ارومیه
2 دانشیار و عضو هیئت علمی گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه ارومیه
3 دانشیار و عضو هیئت علمی گروه بین رشته ای فناوری دانشگاه تهران
10.22034/joeds.2025.486683.1067
چکیده
یکی از مباحث مهم که در چند دهه اخیر کاربرد بالایی در هوشمندسازی در شهرهای هوشمند داشته، بحث مسئله مسیریابی سیستم حمل و نقل است. مسئله مسیریابی خودرو و پهپاد درصدد است تا با مدل های ریاضی و بهینه‏سازی به‏گونهای عمل کند که مسافت طی شده، زمان کل سفر و در نهایت تابع هزینه حمل‌ حداقل گردد و در نهایت مصرف انرژی به حداقل برسد.

در این مسئله، ابتدا یک مدل ریاضی رسمی از تابع هدف مسیر بهینه پویا بررسی و معیار بهینه‌سازی برای سیستم ارائه می شود. رویکردهای برنامه‏نویسی ریاضی، حداکثر یا به‌حداقل‌رساندن یک عملکرد هدف برای بهبود روند، برای اطمینان از کارایی عملیاتی عمل می‏‏کند. مسئله حل مسیریابی وسیله نقلیه برای داده‏‏های بزرگ با محدودیت‏‏هایی روبرو است. برای افزایش کارایی سیستم‌های مسیریابی وسایل نقلیه، باید مطالعات بیشتری روی همه محدودیت‏‏های شبکه همچون بازه زمان خدمت رسانی و محدودیت ظرفیت حمل در مسیریابی انجام شود. در این پژوهش مسئله مسیریابی پهپاد و خودرو به منظور امدادرسانی و با هدف کمینه کردن مجموع زمان خدمت رسانی به گره های تقاضا انجام گرفته است و به محدودیت های عملیاتی پهپادها نظیر ظرفیت و مصرف انرژی توجه شده است.

ذات مسئله مدیریت حمل و نقل و نیز مسیریابی پهپادها، مسئله VRP است. روش های فراابتکاری جهت مسایل کوچک جوابگو هستند. در مسایل بزرگتر از 100 تقاضا، نیاز به الگوریتم های یادگیری خودکار ماشینی پیشنهاد می شود. نتایج با یک مدل آموزش‌دیده روی داده‌های آزمون بزرگ و خارج از توزیع، مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری رویکرد پیشنهادی را نسبت به دو الگوریتم فراابتکاری نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Combined routing of vehicles and drones to reduce energy consumption using reinforcement learning algorithms

نویسندگان English

vahid najafpoor 1
saleh yousefi 2
hadi veysi 3
1 Ph.D. student of information technology engineering, network orientation, Urmia University
2 Associate Professor and faculty member of the Department of Electrical and Computer Engineering, Urumia University
3 Associate Professor and faculty member of the Interdisciplinary Department of Technology, University of Tehran
چکیده English

One of the important topics that has been widely used in smart cities in the last few decades is the transportation system routing problem. The vehicle and drone routing problem seeks to operate with mathematical models and optimization in such a way that the distance traveled, the total travel time, and ultimately the transportation cost function are minimized, and ultimately the energy consumption is minimized. In this problem, first a formal mathematical model of the dynamic optimal route objective function is examined and an optimization criterion for the system is presented. Mathematical programming approaches, maximizing or minimizing an objective function to improve the process, act to ensure operational efficiency. The vehicle routing problem for big data faces limitations. To increase the efficiency of vehicle routing systems, further studies should be conducted on all network constraints such as service time interval and carrying capacity constraints in routing. In this research, the problem of routing drones and vehicles for relief and with the aim of minimizing the total service time to demand nodes has been carried out, and the operational constraints of drones such as capacity and energy consumption have been considered.

The essence of the transportation management problem as well as drone routing is the VRP problem. Heuristic and meta-heuristic methods are suitable for small problems. In problems larger than 100 demands, the need for automatic machine learning algorithms is proposed. The results show the scalability and flexibility of the proposed approach with a model trained on large and out-of-distribution test data compared to the two meta-heuristic algorithms.

کلیدواژه‌ها English

Dynamic routing of vehicles
urban transportation management
machine learning
energy consumption
UAV routing