支持强偏序约束的智能规划与调度方法研究
发布时间：2021-02-21 04:48
随着人工智能的快速发展,智能无人平台逐渐向小型化和智能化转变,多无人平台的高效协同将在未来的信息化战场、太空探索、抢险救援等领域有着广泛而深入的应用。在该问题背景下,当目标任务随机到达,目标之间存在强偏序约束,且目标任务的执行时间和执行的成功概率都具有时间相关不确定时,为了实现多无人平台之间的在线协同,满足在线计划过程中的时效性,需要设计高效的在线规划与调度方法,实时的生成执行计划,并优化调度相关的无人平台去执行。本文以此为研究目的,主要讨论:如何建立智能规划与优化调度相结合的在线计划系统;如何利用智能规划语言PDDL进行计划问题的描述与建模,描述无人平台之间的协同交互关系;如何在目标任务之间存在强偏序约束的情况下快速搜索执行目标任务的行动序列;以及如何在时间相关不确定环境下,针对规划过程生成的行动序列进行行动的起止时间推理和无人平台的在线优化调度,获得全局较优计划方案。主要工作如下:（1）建立了离线状态下基于运筹学方法的问题模型,并讨论了在线计划框架和基于PDDL的规划问题建模。文中通过基于运筹学方法的问题建模,对本文研究问题的特点和问题求解的复杂度进行了详细讨论;然后,根据智能规划...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 论文研究的背景与意义
1.1.2 论文研究的基金项目支撑
1.2 基本概念、问题特点及国内外相关研究现状
1.2.1 预备知识及论文研究问题的特点
1.2.2 国内外相关研究现状
1.3 现有相关研究存在的问题和本文的主要研究工作
1.3.1 现有相关研究存在的问题
1.3.2 本文的研究思路
1.3.3 本文的研究内容
1.3.4 本文的主要创新点
第二章 问题描述、建模与在线计划（规划与调度）系统的框架设计与分析
2.1 基于运筹学方法的问题建模
2.1.1 离线状态下的问题形式化描述
2.1.2 离线运筹学优化模型
2.1.3 离线优化模型的求解复杂度分析
2.2 规划与调度相结合的在线计划系统框架与计划生成流程
2.3 案例分析：基于舰艇防空案例的在线计划系统分析
2.3.1 舰艇防空案例介绍
2.3.2 基于智能规划与优化调度的舰艇防空计划系统
2.3.3 案例讨论
2.4 本章小结
第三章 初始状态下目标任务之间存在强偏序顺序约束的规划方法研究
3.1 强目标偏序约束规划问题介绍
3.2 死锁检测算法及算法性质分析
3.3 目标实现行动的有效性检测
3.4 基于死锁检测的多步前向搜索算法
3.5 实验分析
3.5.1 实验数据介绍
3.5.2 实验环境与对比算法
3.5.3 实验结果
3.5.4 实验总结与讨论
3.6 本章小结
第四章 相斥目标实现行动导致的目标任务之间强偏序约束的规划方法研究
4.1 问题定义与介绍
4.2 问题性质分析
4.3 问题求解
4.3.1 问题求解复杂度分析
Ms FS）"> 4.3.2 基于相斥目标实现行动集的多步前向搜索（ExMs FS）
4.4 案例分析：舰艇编队防空仿真实验
4.4.1 基于舰艇防空规划的实验设计
4.4.2 实验结果
4.4.3 实验结果讨论
4.5 本章小结
第五章 时间相关不确定下基于重计划的在线规划与调度方法研究
5.1 在线计划问题分析与建模
5.1.1 问题描述
5.1.2 问题建模与启发式求解
5.2 可重复使用无人平台的时间窗口管理
5.3 在线计划过程
5.3.1 在线算法耗时处理
5.3.2 实时重计划
5.4 案例分析：舰艇单舰防空仿真实验
5.4.1 基于舰艇单舰防空的仿真实验设计
5.4.2 算法时间分析
5.4.3 重计划的效果分析
5.4.4 重计划的平均计算时间和全局效果优化的关系分析
5.5 本章小结
第六章 时间相关不确定下基于分散式马尔科夫决策过程的在线规划与调度方法研究
6.1 问题描述与基本假设
6.2 分散式马尔科夫决策过程（DEC-MDP）
6.2.1 无人平台执行目标任务过程的状态空间描述
6.2.2 基于分散式马尔科夫决策的在线过程模型
6.3 考虑潜在机会损失的分散式马尔科夫决策过程（PCL-DEC-MDP）
6.3.1 潜在机会成本
6.3.2 考虑潜在机会损失的收益计算
6.4 基于PCL-DEC-MDP的在线规划与调度方法
6.4.1 基于PCL-DEC-MDP的多无人平台在线规划与调度
6.4.2 算法性质及证明
6.5 案例分析：舰艇编队防空仿真实验
6.5.1 基于舰艇编队防空的仿真实验设计
6.5.2 DEC-MDP与PCL-DEC-MDP的比较分析
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文工作总结
7.2 未来研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 初试状态下具有强目标偏序约束的舰艇编队防空规划问题PDDL模型
附录B 相斥目标实现行动导致的强偏序约束舰艇防空规划问题PDDL模型
附录C 单舰防空的在线规划与调度过程中的PDDL模型
本文编号：3043861
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 论文研究的背景与意义
1.1.2 论文研究的基金项目支撑
1.2 基本概念、问题特点及国内外相关研究现状
1.2.1 预备知识及论文研究问题的特点
1.2.2 国内外相关研究现状
1.3 现有相关研究存在的问题和本文的主要研究工作
1.3.1 现有相关研究存在的问题
1.3.2 本文的研究思路
1.3.3 本文的研究内容
1.3.4 本文的主要创新点
第二章 问题描述、建模与在线计划（规划与调度）系统的框架设计与分析
2.1 基于运筹学方法的问题建模
2.1.1 离线状态下的问题形式化描述
2.1.2 离线运筹学优化模型
2.1.3 离线优化模型的求解复杂度分析
2.2 规划与调度相结合的在线计划系统框架与计划生成流程
2.3 案例分析：基于舰艇防空案例的在线计划系统分析
2.3.1 舰艇防空案例介绍
2.3.2 基于智能规划与优化调度的舰艇防空计划系统
2.3.3 案例讨论
2.4 本章小结
第三章 初始状态下目标任务之间存在强偏序顺序约束的规划方法研究
3.1 强目标偏序约束规划问题介绍
3.2 死锁检测算法及算法性质分析
3.3 目标实现行动的有效性检测
3.4 基于死锁检测的多步前向搜索算法
3.5 实验分析
3.5.1 实验数据介绍
3.5.2 实验环境与对比算法
3.5.3 实验结果
3.5.4 实验总结与讨论
3.6 本章小结
第四章 相斥目标实现行动导致的目标任务之间强偏序约束的规划方法研究
4.1 问题定义与介绍
4.2 问题性质分析
4.3 问题求解
4.3.1 问题求解复杂度分析
Ms FS）"> 4.3.2 基于相斥目标实现行动集的多步前向搜索（ExMs FS）
4.4 案例分析：舰艇编队防空仿真实验
4.4.1 基于舰艇防空规划的实验设计
4.4.2 实验结果
4.4.3 实验结果讨论
4.5 本章小结
第五章 时间相关不确定下基于重计划的在线规划与调度方法研究
5.1 在线计划问题分析与建模
5.1.1 问题描述
5.1.2 问题建模与启发式求解
5.2 可重复使用无人平台的时间窗口管理
5.3 在线计划过程
5.3.1 在线算法耗时处理
5.3.2 实时重计划
5.4 案例分析：舰艇单舰防空仿真实验
5.4.1 基于舰艇单舰防空的仿真实验设计
5.4.2 算法时间分析
5.4.3 重计划的效果分析
5.4.4 重计划的平均计算时间和全局效果优化的关系分析
5.5 本章小结
第六章 时间相关不确定下基于分散式马尔科夫决策过程的在线规划与调度方法研究
6.1 问题描述与基本假设
6.2 分散式马尔科夫决策过程（DEC-MDP）
6.2.1 无人平台执行目标任务过程的状态空间描述
6.2.2 基于分散式马尔科夫决策的在线过程模型
6.3 考虑潜在机会损失的分散式马尔科夫决策过程（PCL-DEC-MDP）
6.3.1 潜在机会成本
6.3.2 考虑潜在机会损失的收益计算
6.4 基于PCL-DEC-MDP的在线规划与调度方法
6.4.1 基于PCL-DEC-MDP的多无人平台在线规划与调度
6.4.2 算法性质及证明
6.5 案例分析：舰艇编队防空仿真实验
6.5.1 基于舰艇编队防空的仿真实验设计
6.5.2 DEC-MDP与PCL-DEC-MDP的比较分析
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文工作总结
7.2 未来研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 初试状态下具有强目标偏序约束的舰艇编队防空规划问题PDDL模型
附录B 相斥目标实现行动导致的强偏序约束舰艇防空规划问题PDDL模型
附录C 单舰防空的在线规划与调度过程中的PDDL模型
本文编号：3043861
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