交差に基づく多変量線形回帰モデル

Jun 28, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12750 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

災害管理などに使用される回転翼無人機の群れの静的編隊は侵入の危険にさらされており、衝突を避けながら編隊を維持するコストを負担しなければならず、これがエネルギー消費量の増加につながります。 侵入者の行動は予測できませんが、フォーメーションには、回避コストとその機能性のバランスをとるためにパラメータを設定することができます。 この論文で紹介した新しいモデルは、パラメーター値の選択を支援します。 これは多変量線形回帰に基づいており、地層のパラメータの値の関数として侵入者によって引き起こされる平均外乱の推定値を提供します。 クロスエントロピーは外乱の指標として使用され、データに基づくデータはシミュレーションを通じて生成されます。 このモデルは、クロス エントロピーの値の変動の最大 54.4% を説明し、平均クロス エントロピーのベースライン推定量の 2 倍の良好な結果を提供します。

ドローンの静的編隊は、継続的な航空観測 2、3、4、さまざまなタスクの割り当て 5、侵入者の監視 6、大気質の測定 7、8、またはロケットや弾道ミサイルの迎撃 9 など、さまざまな用途 1 に広く使用されています。 地層に乱れをもたらす望ましくない侵入者が存在する場合でも、地層は維持されるべきです。 衝突防止アルゴリズムは、ドローンに衝突回避操作 10 を強制的に実行させ、編隊内の位置に戻すことで、侵入者を回避するのに役立ちます。

ドローン管理に関連する 2 つの主な懸念事項は、エネルギーの使用と任務の遂行です。 これらは、エネルギー供給が限られているバッテリー駆動の回転翼航空機ドローンにとって特に重要です。 したがって、ミッションを計画する際には、エネルギー使用量を予測できるモデルを使用することが重要です。 このようなモデルは存在しますが 11,12 、侵入者によって引き起こされる妨害によるエネルギーの追加使用は考慮されていません。場合によっては、それが群れの目的が達成されるかどうかに影響を与える決定的な要因となる可能性があります。

また、群れのパラメータと侵入者の軌道の両方が混乱のレベル、ひいてはエネルギー消費とコストに影響を与える可能性があることも考慮する必要があります。 群れの管理者は、侵入者が群れに近づく方法に影響を与えることはできませんが、侵入を予測して群れ自体のパラメータを変更することはできます。 これを行うには、さまざまなパラメータと、侵入に関連して予想される平均的な混乱との間の関係に関するガイダンスと情報が必要です。

この論文では、組織の乱れの尺度としてクロスエントロピーを使用する、組織の乱れを推定するための新しいモデルを紹介します。 私たちの知る限り、これはこの種の最初のモデルであり、経験と規制に基づいた既存の慣行に比べて大幅な改善を提供します。 このモデルは、群れのオペレーター、設計者、管理者がドローン編隊のパラメーターを設定して侵入に関連する費用を最小限に抑え、エネルギー消費を最小限に抑えてミッションの効率を高めるのを支援することを目的としています。 群れのパラメータと、侵入者を回避する際に許容できる混乱の程度との関係をより深く理解することで、望ましい結果をもたらすのに効果的であり、侵入者を回避するのに効率的な編隊を維持するという点で、より良い設計につながる可能性があります。侵入者、エネルギーの損失は許容範囲内です。

この作品の斬新さは次の点にあります。

独自の組織崩壊推定モデルの開発。

地層の混乱の尺度としてのクロスエントロピーの使用。