基于博弈论的对地观测卫星系统分布式优化理论与方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61703403
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0305.生物、医学信息系统与技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Originating from the actual requirements of collaboration in the distributed earth observing satellite system (DEOSS), this project aims to investigate game theoretic distributed optimization theory and methods, using the tools of distributed learning, inhomogeneous Markov chain theory, population dynamics and so on. Firstly, by in-depth analysis on the DEOSS operational process, we specify the cooperative elements in mission planning, resource allocation, and data transmission, based on which global optimization models and game theoretic coordination models are established. For distributed mission planning with uncertainty, we propose a time variant spatial adaptive play based learning algorithm to better balance computational efficiency and global optimality. To realize online coordination and allocation of continuous observing resource, we propose a distributed coordination algorithm by taking advantage of local population dynamics. Finally, we employ the concept of minimum weighted vertex cover and construct a new data delaying mechanism. For this, a limited memory best response based learning algorithm is proposed to achieve the cooperative selection of delaying nodes in large-scale networked systems. Our research can not only help enrich the current distributed optimization theory, improve the coordination capability of distributed satellite systems, lower earth observing costs, but can also provide theoretical and technological support for the construction of our own intelligent and autonomous distributed earth observing systems.
本项目从分布式对地观测卫星系统的协作需求出发,以分布式学习、非齐次马尔可夫链、群体动力学等理论为工具,对基于博弈论的分布式协同优化理论与方法进行研究。深入分析观测卫星系统运行过程,明确任务规划、资源分配及数据传输中的协作问题及要素,形成全局决策与优化模型,进而建立基于网络博弈的分布式优化框架,并证明其有效性;提出基于时变空间自适应游戏的学习算法,解决计算效率与最优性间的平衡问题,实现面向不确定性的分布式任务规划;提出基于局部群体动力学的协调策略,解决面向连续观测资源的实时分配与协调;构建基于网络最小权顶点覆盖的数据传输框架,提出基于有限记忆的分布式学习算法,实现大规模网络系统中通信节点的协同选取。本课题的研究工作不仅有助于丰富分布式优化理论现有成果、提高分布式卫星系统的协作能力、降低对地观测任务成本,同时也可为构建我国未来智能型、自主型的空基分布式观测体系提供理论支撑。

结项摘要

本项目从分布式对地观测卫星系统的协作需求出发,以势博弈、群体动力学等为理论工具,对基于博弈论的分布式协同优化理论及方法进行了研究。分析了观测卫星系统运行过程及协作要素,建立了全局决策模型与基于网络博弈的分布式优化框架,提出了基于时变空间自适应游戏的学习算法,解决了计算效率与最优性间的平衡问题,实现了不依赖全局信息的分布式任务规划;提出了基于局部群体动力学的协调策略,解决了连续观测资源的实时分配与协调问题;建立了基于最小权值顶点覆盖的数据传输框架,设计了基于有限记忆的分布式学习算法,完成了大规模网络系统中通信节点的协同选取。发表SCI论文7篇,国际会议论文6篇,授权发明专利1项。研究工作有助于丰富分布式优化现有理论成果、提高分布式卫星系统协作能力、降低对地观测任务成本,同时也可为构建我国未来智能型、自主型的空基分布式观测体系提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(1)
Potential Game Theoretic Learning for the Minimal Weighted Vertex Cover in Distributed Networking Systems
分布式网络系统中最小加权顶点覆盖的潜在博弈论学习
  • DOI:
    10.1109/tcyb.2018.2817631
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cybernetics
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Changhao Sun;Wei Sun;Xiaochu Wang;Qingrui Zhou
  • 通讯作者:
    Qingrui Zhou
Distributed Constrained Consensus of Utilities via a Self Evaluation Approach
通过自我评估方法实现公用事业的分布式约束共识
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2939018
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xiaochu Wang;Changhao Sun;Ting Sun
  • 通讯作者:
    Ting Sun
A Novel Two-Step Validation Algorithm for Lost-in-Space Star Identification
一种新颖的太空迷失恒星识别两步验证算法
  • DOI:
    10.1109/taes.2019.2945104
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Wang,Xiaochu;Sun,Changhao;Sun,Ting
  • 通讯作者:
    Sun,Ting
Toward Refined Nash Equilibria for the SET K-COVER Problem via a Memorial Mixed-Response Algorithm
通过纪念混合响应算法求解 SET K-COVER 问题的细化纳什均衡
  • DOI:
    10.1109/tsmc.2021.3049580
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Changhao Sun;Xiaochu Wang;Huaxin Qiu;Wei Sun;Qingrui Zhou
  • 通讯作者:
    Qingrui Zhou
Indoor Li-DAR 3D mapping algorithm with semantic-based registration and optimization
基于语义的配准和优化的室内 Li-DAR 3D 建图算法
  • DOI:
    10.1007/s00500-019-04482-6
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Soft Computing
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Sun Wei;Liu Lixin;Ji Xiaofeng;Sun Changhao
  • 通讯作者:
    Sun Changhao

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其他文献

基于进化势博弈的多无人机传感器网络K-覆盖
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学: 技术科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙昌浩;段海滨
  • 通讯作者:
    段海滨

其他文献

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孙昌浩的其他基金

面向多星自主协同任务规划的博弈学习理论、方法与应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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