Unmanned aerial vehicles (UAVs), commonly known as drones, are being increasingly deployed throughout the globe as a means to streamline logistic and monitoring routines. When dispatched on autonomous missions, drones require an intelligent decision-making system for trajectory planning and tour optimization. Given the limited capacity of their on-board batteries, a key design challenge is to ensure the underlying algorithms can efficiently optimize the mission objectives along with recharging operations during long-haul flights. This paper presents a comprehensive study on automated management systems for battery-operated drones: (1) We conduct empirical studies to model the battery performance of drones, considering various flight scenarios. (2) We study a joint problem of flight mission planning and recharging optimization for drones with an objective to complete a tour mission for a set of sites of interest in the shortest time considering the possibilities of recharging. (3) We present algorithms for solving the problem of flight mission planning and recharging optimization. (4) We implemented our algorithms in a drone management system, which supports real-time flight path tracking and re-computation in dynamic environments. We also evaluated the results of our algorithms in a case study using data from empirical studies, which shows significant improvement over a typical benchmark algorithm.


翻译:无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)通常称为无人驾驶飞机,正越来越多地在全球各地部署,作为精简后勤和监测例行工作的手段。无人驾驶飞机在自主飞行任务中部署时,需要有一个智能决策系统来进行轨迹规划和优化巡航。鉴于机载电池的能力有限,关键的设计挑战是确保基本算法能够有效地优化飞行任务目标,同时在长途飞行期间进行补给作业。本文介绍了关于电池操作无人驾驶飞机自动管理系统的全面研究:(1) 我们进行实验研究,以模拟无人驾驶飞机的电池性能,同时考虑到各种飞行情况。(2) 我们研究飞行飞行任务规划和重新优化无人驾驶飞机的联合问题,目标是在最短的时间内完成一组感兴趣的地点的考察任务,同时考虑到再补给的可能性。(3) 我们提出算法,以解决飞行飞行任务规划和再配电优化的问题。(4) 我们在无人驾驶飞机管理系统中应用了我们的算法,支持实时飞行路径跟踪和在动态环境中重新配置。我们还评估了我们的算法结果,在一项案例研究中利用典型的算法进行重大改进。

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