Modello di regressione lineare multivariata basato sull'incrocio

Jun 28, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12750 (2023) Citare questo articolo

Dettagli sulle metriche

Le formazioni statiche di sciami di droni ad ala rotante, utilizzati ad esempio nella gestione dei disastri, sono soggette a intrusioni e devono sostenere i costi per mantenere la formazione evitando collisioni che portano ad un aumento del consumo di energia. Sebbene il comportamento dell'intruso sia imprevedibile, la formazione può avere i suoi parametri impostati per cercare di bilanciare il costo dell'elusione con la sua funzionalità. Il nuovo modello presentato in questo articolo aiuta nella selezione dei valori dei parametri. Si basa sulla regressione lineare multivariata e fornisce una stima del disturbo medio causato da un intruso in funzione dei valori dei parametri di una formazione. L'entropia incrociata viene utilizzata come metrica per il disturbo e i dati basati vengono generati attraverso simulazioni. Il modello spiega fino al 54,4% della variabilità nel valore dell’entropia incrociata, fornendo risultati due volte migliori rispetto allo stimatore di base dell’entropia incrociata media.

Le formazioni statiche di droni sono ampiamente utilizzate per varie applicazioni1, come quelle che comportano l'osservazione aerea continua2,3,4, l'assegnazione di diversi compiti5, il monitoraggio degli intrusi6, le misurazioni della qualità dell'aria7,8 o l'intercettazione di razzi e missili balistici9. La formazione dovrebbe essere mantenuta anche in presenza di intrusi indesiderati o indesiderati che introducono disturbo nella formazione. Gli algoritmi anticollisione possono aiutare i droni a evitare un intruso costringendoli a eseguire manovre per evitare la collisione10 e a tornare alle loro posizioni nella formazione.

Due delle preoccupazioni principali legate alla gestione dei droni sono l’uso dell’energia e l’adempimento della missione. Questi sono particolarmente importanti per i droni ad ala rotante alimentati a batteria, in cui la fornitura di energia è limitata. Quando si pianifica una missione è quindi importante utilizzare un modello in grado di anticipare il consumo energetico. Sebbene tali modelli esistano11,12, non tengono conto del consumo aggiuntivo di energia dovuto a un disturbo causato da un intruso, che in alcuni casi può essere il fattore decisivo per influenzare il raggiungimento degli obiettivi dello sciame.

Va inoltre considerato che sia i parametri dello sciame che la traiettoria dell'intruso possono influenzare il livello di disorganizzazione, e quindi il consumo energetico ed il costo. Sebbene i gestori dello sciame non possano influenzare il modo in cui l'intruso si avvicina allo sciame, possono alterare i parametri dello sciame stesso in previsione dell'intrusione. Per fare ciò, necessitano di indicazioni e informazioni sulle relazioni tra i vari parametri e la disorganizzazione media attesa associata all'intrusione.

Questo articolo introduce un nuovo modello per la stima della disorganizzazione, in cui l'entropia incrociata viene utilizzata come misura della disorganizzazione. Per quanto ne sappiamo, è il primo modello di questo tipo e offre miglioramenti significativi rispetto alle pratiche esistenti basate sull’esperienza e sulle normative. Il modello ha lo scopo di aiutare gli operatori, i progettisti e i manager dello sciame a impostare i parametri di una formazione di droni per ridurre al minimo le spese associate all'intrusione, minimizzando così il consumo di energia e aumentando l'efficacia della missione. Una migliore comprensione delle relazioni tra i parametri dello sciame e l’entità della disorganizzazione che può essere tollerata evitando l’intruso, può portare a progetti migliori in termini di mantenimento di formazioni che siano sia efficaci nel fornire i risultati desiderati che efficienti nell’evitare l’intruso. intruso, con una perdita di energia accettabile.

La novità di questo lavoro risiede in quanto segue:

Lo sviluppo di un modello unico di stima della disorganizzazione;

L'uso dell'entropia incrociata come misura della disorganizzazione della formazione;