对地观测卫星系统部署-调度一体化问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    71501180
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.4万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    G0102.运筹与管理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Earth observation satellite system (EOSS) works as the main space platform acquiring earth images. Its observation performance is determined by two coupled problems of system configuration and scheduling. Problem of system configuration is solved to improve EOSS performance by optimizing orbit and sensor parameters of satellites. Problem of scheduling is to maximize the number of satisfied user requests by reasonably allocate satellites. The two problems are interactively coupled by common variables influencing the observation efficiency of EOSS. EOSS of our country is of low efficiency due to the separation of two problems. Therefore, problem of integrated configuration and scheduling of EOSS is investigated. For regular situation it is taken as a high-dimensional black-box optimization problem in continuous space which is solved by a surrogate model based approximation method. For emergency situation, the problem becomes a bi-level optimization problem. A combined framework of genetic algorithm (GA) and adaptive large neighborhood search (ALNS) algorithm is proposed to solve it. GA is used to generate different system configurations which will work as inputs of EOSS scheduling problem. ALNS will create a schedule so that different satellites can work in a collaborated way. Then the created schedule is fed back to GA as its fitness merit to judge whether the configuration is optimized or not. The acquisitions of this project raise a new method to solve the bi-level optimization problem. At the same time they provide important theoretical supports for the development of future EOSS in our country.
对地观测卫星系统(EOSS)是当前最主要的太空信息获取平台,其观测效能取决于系统的部署和调度两个方面。部署子问题通过优化卫星的轨道和载荷配置参数实现对系统性能的改进,调度子问题在既定部署方案下通过合理分配和安排卫星资源实现对用户需求的最大化满足,两者互相耦合、互相影响。当前,我国EOSS的部署与调度相互分离,致使系统效能不高。针对此,本项目研究EOSS部署-调度的一体化问题,常规模式下将问题建模为连续空间的高维黑箱优化问题,提出基于代理模型的近似优化方法进行求解;应急模式下将问题建模为双层优化问题,构建了基于遗传算法(GA)和自适应大邻域搜索(ALNS)算法的求解框架,GA用以生成系统的部署方案并将其作为调度问题的输入,ALNS用以实现不同卫星的协同调度,调度结果作为GA适应度函数对部署方案进行评估。本项目提供了一种新的双层优化问题的求解框架,对我国未来对地观测卫星系统的发展具有重要的理论支持。

结项摘要

我国对地观测卫星系统的研制建设与管控分属不同部门,这种体制上的约束导致了EOSS的部署优化与规划调度相分离:在系统建设过程中仅考虑系统性能指标的优化,没有考虑实际应用情况;在卫星日常管控中,由于系统部署的限制,使得系统对很多任务的完成效果不佳,因而使得整个系统的效能发挥受到限制。针对此本项目提出了对地观测卫星系统部署-调度一体化问题,其中部署子问题通过优化卫星的轨道和载荷配置参数实现对系统性能的改进,调度子问题在既定部署方案下通过合理分配和安排卫星资源实现对用户需求的最大化满足,两者互相耦合、互相影响。. 为了确保求解框架的适用性,本项目针对卫星应用的不同场景,将其分为常规模式和应急模式。常规模式下将问题建模为连续空间的高维黑箱优化问题,并提出基于代理模型的近似优化方法进行求解,为了确保模型的精度,本课题采用了基于多点更新的代理模型构建机制,并采用基于模式搜索的方法,快速搜索代理模型的更新点;应急模式下将问题建模为双层优化问题,上层解决卫星部署问题,下层解决卫星调度问题,构建了基于遗传算法和自适应大邻域搜索算法相结合的求解框架,遗传算法采用变长编码方式,用以生成系统的部署方案并将其作为调度问题的输入,自适应大邻域搜索算法用以实现不同卫星的协同调度,尤其是针对敏捷卫星,设计了时间松弛机制以缓解观测开始时间的时间依赖特性所带来的求解难度,调度结果作为GA适应度函数对部署方案进行评估。最后我们通过多个应用实例证明了项目所提算法框架的有效性。. 本项目所提出的敏捷卫星任务规划算法已经成功应用在在轨卫星的任务规划中,求解效果得到用户的认可,本项目提出的双层优化框架对我国未来对地观测卫星系统的发展论证和建设规划具有重要的理论支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(6)
专利数量(9)
An autonomous multi-sensor satellite system based on multi-agent blackboard model
基于多智能体黑板模型的自主多传感器卫星系统
  • DOI:
    10.17531/ein.2017.3.16
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Eksploatacja i Niezawodnosc-Maintenance And Reliability
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    何磊;李国梁;邢立宁;陈英武
  • 通讯作者:
    陈英武
An adaptive large neighborhood search metaheuristic for agile satellite scheduling with time-dependent transition time
自适应大邻域搜索元启发式,用于具有时间依赖性过渡时间的敏捷卫星调度
  • DOI:
    10.1016/j.cor.2017.04.006
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    COMPUTERS & OPERATIONS RESEARCH
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu Xiaolu;Laporte Gilbert;Chen Yingwu;He Renjie
  • 通讯作者:
    He Renjie
Hierarchical scheduling for real-time agile satellite task scheduling in a dynamic environment
动态环境下实时敏捷卫星任务调度的分层调度
  • DOI:
    10.1016/j.asr.2018.10.007
  • 发表时间:
    2019-01-15
  • 期刊:
    ADVANCES IN SPACE RESEARCH
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    He, Lei;Liu, Xiao-Lu;Liu, Ke
  • 通讯作者:
    Liu, Ke
Cloud modeling and processing method for agile observing satellite mission planning
敏捷观测卫星任务规划的云建模与处理方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-506x.2016.04.19
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Systems Engineering and Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    He Lei;Liu Xiao-Lu;Chen Ying-Wu;Xing Li-Ning
  • 通讯作者:
    Xing Li-Ning
敏捷成像卫星时间依赖型调度问题、模型与算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    系统工程理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘嵩;陈英武;邢立宁;义余江
  • 通讯作者:
    义余江

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其他文献

静止水域中溶解性物质解吸模式初探
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    水力发电学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    许文盛;陈立;刘晓路;张平仓
  • 通讯作者:
    张平仓
试验设计在对地观测卫星系统顶层设计中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    宇航学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈盈果;刘晓路;贺仁杰;陈英武
  • 通讯作者:
    陈英武
对地观测卫星系统优化问题的求解框架与方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    系统工程理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘晓路;陈盈果;荆显荣;陈英武
  • 通讯作者:
    陈英武
优化多星协同观测的改进广义模式搜索算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    国防科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈盈果;刘晓路;陈英武;贺仁杰;CHEN Yingguo,LIU Xiaolu,CHEN Yingwu,HE Renjie(Coll
  • 通讯作者:
    CHEN Yingguo,LIU Xiaolu,CHEN Yingwu,HE Renjie(Coll
CHARTER机制下减灾卫星调度系统设计与实现
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高鹏;刘晓路;陈盈果;陈英武
  • 通讯作者:
    陈英武

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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

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          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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