《中国人工智能学会通讯》——9.21 基于任务规划的资源卫星智能管控模式

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《中国人工智能学会通讯》——9.21 基于任务规划的资源卫星智能管控模式

知与谁同 2017-09-04 14:42:00 浏览1414
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9.21 基于任务规划的资源卫星智能管控模式

我国目前已建成包括高分、遥感、环境减灾、测绘和试验等多系列资源卫星系统,在轨运行的卫星 20 多颗。随着成像卫星的发展,成像卫星任务规划问题也逐渐引起重视。目前,国内外已经开展了很多成像卫星任务规划问题的研究。下面主要从单星任务规划和多星任务规划两个方面对资源卫星任务规划问题的国内外研究现状进行综述。

单星任务规划
(1) 面向点目标的单星任务规划。Bensanaet al [1-2] 将 SPOT 5 卫星日常任务规划问题抽象为整数规划模型。Wolfe et al [3] 将成像卫星任务规划问题映射为带时间窗约束的背包问题。Vasquezet al [4] 将 SPOT 5 卫星的日常规划映射为背包问题,建立了约束满足问题模型。Pemberton et al [5]等建立了约束满足问题模型,使用 ILOG Solver /Scheduler 执行基于约束传播的求解机制,开发了商业化卫星任务规划系统 GREAS。Nicholas etal [6] 将单星任务规划问题看作是单机调度问题,建立了相应的整数规划模型。

(2) 面向区域目标的单星任务规划。Walton [7]采用整数规划模型研究了面向单个区域目标的成像卫星任务规划问题,采用最近邻点法、最小生成树等方法进行求解。Cohen [8] 研究了单星对多个区域目标的任务规划问题。Lemaître et al [9] 研究了灵巧卫星对区域目标的观测调度问题,以区域目标的最大覆盖为优化目标建立了约束满足模型,比较了贪婪、动态规划、约束规划及局部搜索四种算法。国内在成像卫星任务规划领域从事研究的单位包括中国电子科技集团公司第五十四研究所[10-11]和国防科技大学[12-13]等。

多星任务规划
Globus 建立了多星任务规划的约束满足问题模型,并考虑了任务需求的优先级及每颗卫星具有多个遥感设备的约束条件。Morris 提出了一种基于模型的多星任务规划方法,并开发了 DESOPS(Distributed Earth Science ObservationPlanning and Scheduling)原型系统。文献 [14-15]针对欧空局的两个星座分别建立了规划模型,并采用禁忌搜索、启发式等算法进行求解。

国内方面,李曦等[16-17]研究了多星对单个区域的任务规划问题,将区域目标按照经纬度划分网格,然后分别针对时间覆盖率优先和空间覆盖率优先建立了基于网格的数学模型。阮启明等[18-19]研究了多星对区域目标的观测调度问题,对区域目标分解进行了较大改进,提出了网格空间的概念与构造方法,对区域目标按不同卫星的轨道参数进行重复分解,能够提高多颗卫星对区域目标的观测效率。

现有研究评述
根据笔者掌握的文献资料,现有研究主要集中在成像卫星任务规划模型、方法及其软件方面,成像卫星管理和控制模式方面的研究工作较少。如何更好地利用资源卫星为国民经济和社会发展服务,迫切需要运用任务规划理论及方法来切实解决我国资源卫星管理和控制面临的各种问题。

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