Browsing by Author "Ayvaz, Emre"

Now showing 1 - 3 of 3

Citation - WoS: 1
Citation - Scopus: 1
Çoklu İHA’larla Kısıt Tatmin Problemi Temelli Çok Amaçlı Görev Planlaması
(Gazi University, Faculty of Engineering Architecture, 2025) Atay, Yılmaz; Ayvaz, Emre; Babaoğlu, İsmail
İnsansız hava araçlarının dahil olduğu çoklu görev planlama problemleri; zamana bağlı görevler ve çeşitli türdeki araçların sensör, konum, yakıt, faydalı yük vb. farklı yetenek ve kısıtlarına bağlı olarak ne tür görevleri yapabileceğinin belirlenmesini ve bunların planlamasını ifade eder. Bu problem, Kısıt Tatmin Problemi (KTP) olarak modellenebilmektedir. Zamansal KTP (ZKTP) ise ardışıl görevlerin, zamansal anlamda görev ikililerine bölünerek KTP üzerine inşasını modeller. Bu işleme bağlı olarak görev isterleri ile İnsansız Hava Aracının (İHA)’nın yetenekleri arasındaki statik ve dinamik kısıtlara bağlı olarak gerçekleştirebilecek eylemler ile ilgili baskın bir çözüm kümesi aranır. Böylece görevler ile mevcut İHA’ların yetenekleri arasındaki ilişki, zamansal boyutta irdelenerek çok amaçlı problemleri optimize eden aday çözümler bulunur. İyileştirilmiş ZKTP (İZKTP) yönteminde KTP’deki aç gözlü yaklaşım yerine, etki alanındaki en yüksek puana sahip İHA’nın göreve atanması önerilmiştir. Ek olarak, iyileştirilmiş ileri kontrol yöntemiyle bir sonraki görevin etki alanındaki İHA'ların gerçek zamanlı konumlarına ve zamanlarına göre atama durumu değerlendirilebilmektedir. Bu çalışmada, yakıt tüketimini ve toplam havada kalma süresini en aza indiren uygun bir çözüm kümesinin KTP ile aynı zaman karmaşıklığı içinde bulunması amaçlanır. Burada, zamansal kısıt tatmin modeli gerçeklenmiş ve çeşitli görevlerde karmaşıklığı aşamalı olarak değiştirilerek geri izleme (Backtracking), ileri kontrol (Forward Checking), yay tutarlılığı (Arc Consistency), düğüm tutarlılığı (Node Consistency) yöntemleriyle önerilen yaklaşımın performansı, deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Bu kapsamda yapılan deneyler iki farklı aşamayı içermektedir. İlk aşamada, çeşitli yetenek ve kısıtlara sahip İHA'ların farklı isterleri olan görevlere atanmasını içeren farklı simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Buradaki simülasyonlarda olası gerçek senaryolardan esinlenen sentetik veriler kullanılmıştır. İkinci aşamada ise atamalar sonrası dinamik programlama temelli etki alanı güncellemesiyle görev ikililerinin zaman pencerelerinde değişen süreçleri takip eden düğüm kontrolü, geri izleme, ileri kontrol ve yay tutarlılığı yaklaşımları kullanılmıştır. Önerilen KTP ile gerçekleştirilen testler sonucu sekiz farklı görev içeren iş paketinde, KTP ile benzer zaman karmaşıklığında daha uygun maliyet ve zaman çıktıları elde edilmiştir. Testler kapsamında 64 farklı görev içeren bir problem için önerilen yöntem, standart KTP’ye göre12 adet daha az İHA kullanılmasını sağlayarak önemli bir performans artışına ulaşmıştır.
A Cutting-Edge Approach to Multi-UAV Mission Planning Using Enhanced Constraint Satisfaction
(Springer, 2025) Ayvaz, Emre; Atay, Yilmaz; Babaoglu, Ismail
Multi-task planning for diverse UAVs and missions can be approached as a Constraint Satisfaction Problem (CSP) where the Temporal CSP (TCSP) method adds time-based sequential task modeling. The Enhanced Temporal Constraint Satisfaction Problem (ETCSP) method innovatively merges dynamic domain features with a MIQP (Mixed Integer Quadratic Programming) based scoring system to optimally assign UAVs to tasks, moving beyond traditional greedy algorithms. This approach includes an enhanced forward checking method that evaluates task suitability and UAV compatibility in real-time using dynamic programming, thus refining search precision. The ETCSP model was tested in two phases, initially assigning various tasks and then employing CSP methods to monitor task changes over time. Results show that the generic TCSP method requires 61 UAVs to complete 70 tasks, while the Enhanced TCSP achieves the same with only 48 UAVs-which is roughly a 21% reduction in UAV usage. Similarly, the Enhanced method completes the task package in about 3800 min and with 1142 L of fuel, compared to 4855 min and 1615 L for the TCSP method, translating to approximately a 22% reduction in time and a 29% reduction in fuel consumption.
Sürü İnsansız Hava Araçlarında Görev Planlama için Bütüncül Bir Optimizasyon Yaklaşımı
(2025) Ayvaz, Emre; Babaoğlu, İsmail
Çok sayıda ve farklı tipte İnsansız Hava Aracını (İHA) kapsayan görev planlama problemleri, her aracın sensör paketi, konumu, yakıtı ve faydalı yük kapasitesi gibi çeşitli kısıtlarına göre hangi görevlere atanabileceğini belirlemeyi amaçlar. Bu çalışma, böyle bir heterojen sürüde yakıt tüketimini, toplam görev süresini ve iniş-kalkış sayısını ve buna bağlı olarak riskini aynı anda en aza indiren çok-amaçlı bir planlama çerçevesi sunmaktadır. Literatürde yaygın olan Kısıt Tatmin Problemi (KTP) yaklaşımları, çoğu zaman statik kabuller ve açgözlü seçimler yüzünden büyük ölçekli, dinamik senaryolarda yetersiz kalmaktadır. Bu eksikliği gidermek için İyileştirilmiş Zamansal KTP (İZKTP) ve Adaptif Mutasyon Tabanlı Fizibilite-ve Restorasyon (AMFR) adlı iki arama stratejisi önerilmiştir. Problemin biçimsel temeli Zamansal KTP'dir (ZKTP); burada görevler zamansal kümelere ayrılır ve geri izleme, ileri kontrol, yay tutarlılığı ile düğüm tutarlılığını içeren, bunun yanı sıra havacılık problemleri özelinde hibrit bir çözücü geliştirilir. Çözücü, iniş yapmadan ardışıl görevlere geçiş veya havadan yakıt ikmali gibi havacılığa özgü dinamikleri hesaba katar. İlk aşamada sentetik ancak operasyonel gerçekliğe yakın verilerle çok sayıda atama senaryosu simüle edilir; ikinci aşamada ise her atama sonrası dinamik programlama temelli etki-alanı güncellemeleri çalıştırılarak zaman pencereleri yeniden düzenlenir. Yeni dinamik etki-alanı tekniği, eşdeğer zaman karmaşıklığında klasik ZKTP'den anlamlı ölçüde daha iyi çözümler üretmiştir. Buna karşılık AMFR, karmaşıklığı düşürmek amacıyla geliştirilmiş olup aynı problem kümesinde üretilen İZKTP çözümleriyle sistematik olarak karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, İZKTP'nin global optimuma yakın çözümler bulma olasılığının yüksek fakat nispeten yavaş olduğunu; AMFR'nin ise daha kısa sürede düşük maliyetli çözümler sağlayabildiğini, ancak bu performansı her koşulda tutarlı biçimde koruyamadığını göstermiştir. Deneysel doğrulama için literatürden türetilen veri seti, yedi farklı İHA, on görev ve on bir lokasyondan oluşacak biçimde genişletilmiştir. Görevler irtifa, sensör gereksinimi, yetki seviyesi ve zaman pencereleri bakımından; İHA'lar ise yakıt kapasitesi, hız profili ve faydalı yük açısından heterojendir. Performans ölçütleri toplam yakıt tüketimi (litre), toplam uçuş süresi (dakika), iniş-kalkış sayısı ve görevi tamamlayabilen İHA yüzdesi olarak belirlenmiştir. Deneyler göstermiştir ki İZKTP, on görevlik paketler üzerinde klasik ZKTP'ye göre yakıt ve süre maliyetini üç kata varan, yani yüzde 67'ye ulaşan oranlarda düşürmüştür. Doksan görevlik tam senaryoda İZKTP, otuz görevi havada yeni göreve atama yaparak iniş-kalkış sayısını 90'dan 60'a azaltmış ve yakıt tüketimini 3565 litreden 1953 litreye indirerek yüzde 45 tasarruf sağlamıştır. AMFR yönteminde ise, en kötü koşullarda İZKTP'den yüzde 15 daha fazla yakıt tasarrufu üretmesine rağmen, yüz görevlik simülasyonda toplam uçuş süresini 818 dakika artırmış; buna karşın İZKTP 19 kez daha az iniş-kalkış yaparak risk faktörünü azaltmıştır. Bu bulgular, dinamik etki-alanı güncellemeli İZKTP'nin KTP ile aynı asimptotik karmaşıklıkta daha yüksek kaliteli çözümler üretebildiğini; AMFR'nin ise zincir iyileştirme mantığı sayesinde yerel tuzaklardan kaçarak özellikle ZKTP'nin zor örneklerinde maliyetleri düşürmek için etkin bir alternatif sunduğunu göstermektedir. Sınırlı veri setlerinde ve kısıtlı hesaplama süresinde bu iki yöntemin sağladığı başarı, yakıt ve zaman maliyetlerini uçuş emniyetinden ödün vermeden anlamlı ölçüde azaltabileceğimizi kanıtlamaktadır.