《行动方案（COA）模拟工具评估》2023最新80页论文

海上禁毒行动和相关活动是一项高度优先的国家安全任务，因为贩毒涉及犯罪分子、非法活动的资金来源以及对美国边境的渗透。本文考虑了机构间联合特遣部队南区任务规划人员的任务，即向在东太平洋和加勒比海某处活动的多艘毒品走私船只或目标指派侦察机。这些目标分布在 4200 万平方英里的海域环境中，这实际上限制了单架侦察机在其分配的飞行时间内能够探测到的目标总数。任务规划人员决定追击哪些目标取决于许多因素，其中之一是目标位置的可靠性，这种可靠性会随着时间的推移而降低，并随着情报的可获得性和可信度而变化。其他因素包括走私者与拦截船只之间的距离、后续飞行事件、天气、船只时刻表以及各国有关拦截的具体法律。我们将确定如何最好地分配监视飞机的问题定义为搜索器分配问题（SAP）。

本论文是与美国海军研究实验室（U.S. Naval Research Laboratory）密切合作完成的，该实验室是美国海军的企业研究实验室，也是海军研究办公室下属的主要研发部门。NRL 对 SAP 的回应是行动方案模拟工具 (COAST)，这是一个建模框架，可解决众多规划因素和决策支持系统，从而提高规划人员分配资源的能力。COAST 使用启发式方法来决定将哪些单元分配给搜索飞机。我们提供了一个用于评估 COAST 建议质量的验证工具。

本论文制定了一个混合整数线性程序，用于与 COAST 的搜索器分配启发式进行比较。该模型被称为搜索器优化模型（SOM），通过使用预期探测次数代替探测概率来确定优化边界。目标函数使该期望值之和最大化。我们使用一个约束条件对搜索飞机施加最大运动范围。SOM 使用 COAST 输入数据，代码超过 1000 行，包括 Excel 数据收集、Python 预处理和后处理以及 Pyomo 模型实现。

实验场景以 SOM 产生的计算结果和运行结果为中心。计算结果显示，我们可以通过使用 Pyomo 中的 CPLEX 求解器来限制 SOM 的求解时间。我们使用了两种设置，其中都包括五次变量和约束条件数量不断增加的测试。在最紧张的设置中，变量和约束条件分别超过 215,000 个和 215,000 个，CPLEX 的求解时间（134 秒）比 CBC 和 Gurobi 更快。与最长的求解时间相比，CPLEX 的求解速度是 CBC 的 57 倍。运行结果表明，在单目标和双目标情况下，COAST 建议与最优解相比，分别平均减少了 22% 和 16%。