面向應急對地觀測任務的多星協同動態調度方法研究

《面向應急對地觀測任務的多星協同動態調度方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由朱曉敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向應急對地觀測任務的多星協同動態調度方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱曉敏
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

目前，我國衛星資源在類型、功能、數量上得到了迅速發展，進入了綜合利用發展階段，但在實際套用中，逐步暴露出信息實時獲取能力和持續保障能力不足等問題，嚴重製約著在應急行動中的套用。其中，調度是影響衛星套用效果的關鍵問題，而當前調度模式難以應對應急事件的突發性和不確定性，不能實現對應急事件的快速處理。針對以上問題本項目致力於以下4個方面的研究：（1）研究面向應急對地觀測任務的多星協同調度框架，定義框架中的各個層次結構及相互關係，建立各層之間的協同決策機制，為應急任務調度提供頂層框架設計及技術支撐；（2）研究面向應急對地觀測任務的混合聚類方法，消除任務冗餘，提高衛星資源利用效率；（3）研究面向應急對地觀測任務的協同分配方法，將任務快速分配給最適合完成的衛星資源，解決統一建模和求解所帶來的困難；（4）研究面向應急對地觀測任務的應急動態調度方法，解決應急情況下任務快速調度問題，提高系統的快速回響能力。

結題摘要

我國航天裝備經過二十多年的快速發展，已進入衛星資源綜合利用發展階段，但是在實際套用中，逐步暴露出信息實時獲取能力和持續保障能力不足等問題，嚴重製約著對地觀測衛星在搶險救災、反恐維穩、區域作戰等應急行動中的套用。其中最主要的基礎問題之一是如何在應急情況下進行有效的衛星協同對地觀測。本項目研究了面向應急對地觀測任務的多星協同動態調度方法以提高衛星對地觀測系統的應急快速回響能力。本課題的主要研究成果包括： （1）研究了面向應急對地觀測任務的多星協同調度框架。針對多種衛星資源中各類感測器的特點及套用模式，提出了基於智慧型Agent的多星協同調度基本框架，將系統中具有相對獨立性的主體映射為Agent，並對Agent進行分類，實現多個主體之間的高效分工合作，從而提高了衛星的協同能力。 （2）研究了面向應急對地觀測任務的混合聚類方法。針對多個用戶提出的需求可能具有相似性及任務之間具有重疊時間視窗的特點，提出了基於圖論中團劃分理論的任務混合聚類方法，根據聚類判別規則，消除任務冗餘，減小了問題的求解空間，提高了系統的可調度性和衛星資源利用率。 （3）研究了面向應急對地觀測任務的協同分配策略。提出了綜合考慮任務合成、修復和後移的多星動態應急調度算法。該算法增加了調度的靈活性，在兼顧調度穩定性的基礎上，獲得了較好的調度收益，提高了應急情況下的系統可調度性。 （4）研究了面向應急對地觀測任務的應急動態調度方法。提出了採用滾動最佳化的應急任務調度算法，通過動態調整滾動視窗長度，在衛星資源狀態動態變化、新任務動態到達、已有任務取消、任務優先權調整、環境影響動態變化等應急情況下解決任務的快速調度問題，提高了系統的自適應和快速回響能力，最大化滿足不同用戶的需求。 （5）研究了面向應急的容錯調度方法。提出了基於多版本備份的軟體容錯調度模式，通過在不同衛星上分配多個任務版本，提高系統的可靠性。由於多個版本會占用較多衛星資源，提出了任務不同版本之間進行時間重疊和資源回收的策略，提高了衛星資源利用率，從而保障了應急情況下可以完成更多的任務。