Исследование моделей и методов маршрутизации и практического выполнения автономного движения беспилотными транспортными системами для доставки грузов

Темой исследования являются современные тенденции в сфере транспортной логистики, связанные с потребностью в росте скорости грузоперевозок и снижением их стоимости, требующие проработки решений, которые позволят внедрить беспилотные транспортные средства для решения задач логистики. В работе рассмотрена новая задача маршрутизации беспилотной транспортной системы по точкам доставки с применением методов имитации отжига и муравьиного алгоритма. Данные методы были выбраны с учетом реальной ситуации усложнения условий возможной доставки, появления закрытых зон для доставки, получения большого количества точек для доставки или возникновения других особенностей. Выбранные алгоритмы относительно просты в реализации и при этом формируют допустимые маршруты движения с учетом исходных данных. Данные алгоритмы исследованы в программной симуляционной среде Gazebo на предмет возможности их применения в беспилотных транспортных системах и их эффективности при построении альтернативных маршрутов движения. В программной симуляции разработан программный код автономного движения беспилотной транспортной и сформирована имитационная среда с учетом тестовых данных. В тестовой среде выполнена проверка результатов работы муравьиного алгоритма относительно тестовых данных, особое внимание уделено исследованию скорости работы и точности выбранных алгоритмов. Следует отметить, что алгоритм имитации отжига позволяет выполнить быструю оптимизацию заданного маршрута, однако для получения более точных результатов необходимо дополнительно применять другие оптимизационные методы (например, муравьиный алгоритм). В результате применения предложенных методов сделан вывод о том, что удалось сформировать оптимальный маршрут движения относительно исходных данных в рамках длины пути и установить скорости его прохождения. 

1. Костин А. С. Эксплуатация беспилотных авиационных систем / А. С. Костин, Н. Н. Майоров, Т. Ю. Карпова. — СПб.: ГУАП, 2021. — 169 c.

2. Kostin A. S. Models and methods for implementing the automous performance of transportation tasks using a drone / A. S. Kostin // 2021 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). — IEEE, 2021. — Pp. 1–4. DOI: 10.1109/WECONF51603.2021.9470584.

3. Костин А. С. Вопросы современного развития рынка беспилотных летательных аппаратов / А. С. Костин, Н. В. Богатов // Системный анализ и логистика. — 2019. — № 4 (22). — С. 65–72.

4. Прокушев Л. А. Дискретная математика / Л. А. Прокушев. — СПб.: ГУАП, 2000. — 80 c.

5. Gonzalez-R P. L. Truck-drone team logistics: A heuristic approach to multi-drop route planning / P. L. Gonzalez-R, D. Canca, J. L. Andrade-Pineda, M. Calle, J. M. Leon-Blanco // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. — 2020. — Vol. 114. — Pp. 657–680. DOI: 10.1016/j.trc.2020.02.030.

6. Костин А. С. Разработка автоматизированных решений для исследования вариантов маршрутов доставки при совместном использовании транспортного средства и беспилотной авиационной системы в границах города / А. С. Костин, Н. Н. Майоров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2022. — № 7. — С. 348–356. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-348-357.

7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022615497 Российская Федерация. Программа автономного полета беспилотной авиационной системы для реализации многоадресной доставки грузов / Н. Н. Майоров, А. С. Костин, Е. А. Вознесенский; заяв. и патентообл. Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения. — № 2022615305; заявл. 31.03.2022; опубл. 31.03.2022.

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023612873 Российская Федерация. Программа формирования допустимого маршрута перемещения задачи коммивояжера на основе муравьиного алгоритма / Н. Н. Майоров, А. С. Костин, Д. В. Кучко; заяв. и патентообл. Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения. — № 2023611992; заявл. 08.02.2023; опубл. 08.02.2023.

9. Engel J. Accurate Figure Flying with a Quadrocopter Using Onboard Visual and Inertial Sensing / J. Engel, J. Sturm, D. Cremers // Proc. of the Workshop on Visual Control of Mobile Robots (ViCoMoR) at the IEEE/ RJS Intern. Conference on Intelligent Robot Systems (IROS). Vilamoura, Algarve, Portugal. — 2012. — Pp. 43–48.

10. Drexl M. Synchronization in vehicle routing — a survey of VRPs with multiple synchronization constraints / M. Drexl // Transportation Science. — 2012. — Vol. 46. — Is. 3. — Pp. 297–316. DOI: 10.1287/trsc.1110.0400.

11. Kim J. Accurate modeling and robust hovering control for a quad-rotor VTOL aircraft / J. Kim, M. S. Kang, S. Park // Selected papers from the 2nd International Symposium on UAVs, Reno, Nevada, USA June 8–10, 2009. — Springer Netherlands, 2010. — Pp. 9–26. DOI: 10.1007/978-90-481-8764-5_2.

12. Outay F. Applications of unmanned aerial vehicle (UAV) in road safety, traffic and highway infrastructure management: Recent advances and challenges / F. Outay, H. A. Mengash, M. Adnan // Transportation research part A: policy and practice. — 2020. — Vol. 141. — Pp. 116–129. DOI: 10.1016/j.tra.2020.09.018.