A Hybrid Approach for Priority Tracking of Time-Sensitive Critical Targets in Multi-UAV Sweep Coverage

5th GLOBAL CONFERENCE on ENGINEERING RESEARCH, Balıkesir, Türkiye, 24 - 27 Eylül 2025, ss.183, (Özet Bildiri)

Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
Basıldığı Şehir: Balıkesir
Basıldığı Ülke: Türkiye
Sayfa Sayıları: ss.183
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Adresli: Evet

İnsansız Hava Aracı (İHA) ile süpürme kapsaması (Sweep Coverage – SC), ilgili alandaki (Area of Interest – AoI) hedeflerin devriye gezilerek izlenmesi veya gözetlenmesini amaçlar. Klasik yöntemlerde, İHA batarya ömrünün sınırlı olması nedeniyle, tek bir İHA ile AoI’deki tüm hedeflerin izlenmesi mümkün değildir. İHA’nın batarya ömrü dikkate alındığında, SC yöntemi kullanılarak hedeflere devriye gezilip ziyaret edilmek suretiyle tüm hedeflerin takip edilmesi sağlanabilir. İHA ile SC sayesinde, kritik hedeflerin öncelikli olarak takip edilmesiyle, afet veya acil iletişim desteği gerektiren durumlardaki kurtarma süreçlerinin başarıya ulaşması mümkün kılınabilir. Bu çalışmada, “Çoklu İHA'lar ile Zaman Hassasiyetli Süpürme Kapsamasında Kritik Hedeflerin Öncelikli Takibi” (Priority Tracking of Critical Targets in Time-Sensitive Sweep Coverage with Multiple UAVs – PTC-TS) adıyla yeni bir SC problemi tanımlanmıştır. Bu problemin çözümü için her bir hedefe zaman hassasiyetli bir erişim süresi tanımlanmış; İHA uçuş kısıtları dikkate alınarak, AoI’deki tüm hedeflerin (kritik hedeflere öncelik verilerek) SC ile takip edilmesi ve verimli bir yol planlaması yapılması amaçlanmıştır. Böylece, erişim süresine göre tanımlanan ve öncelikli takibi gereken kritik hedefler de dikkate alınarak, tüm hedeflerin belirlenen erişim süreleri içerisinde ziyaret edilmesi, çoklu İHA’ların senkronize uçuşu ile mümkün olabilmektedir. Ayrıca, bu çalışmada çoklu İHA’ların yeryüzündeki kapsama yarıçapı esas alınmak suretiyle, İHA’ların birden fazla hedefi eşzamanlı olarak takip etmesi sağlanmıştır. PTC-TS probleminin çözümü için meta-sezgisel bir yöntem olan Karga Arama Algoritması (Crow Search Algorithm – CSA) ile sezgisel bir yöntem olan Açgözlü Algoritması (Greedy Algorithm – GA) temel alınarak yeni bir hibrit yaklaşım tasarlanmıştır. Bu yaklaşımın performansının ölçüldüğü senaryo çalışmasında, birbirinden bağımsız olarak yürütülen Monte Carlo simülasyonları ile çoklu İHA’ların takip ettiği minimum maliyetli hedef yolları belirlenmiş ve süpürme yolları optimize edilmiştir. Deneysel sonuçlar, saf (çekirdek) GA’ya kıyasla tasarlanan hibrit yaklaşımın, AoI’deki kritik hedeflere öncelik vererek tüm hedeflerin SC ile takibinde daha üstün bir performans sergilediğini göstermiştir.

Sweep Coverage (SC) with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) aims to monitor or survey targets in an Area of Interest (AoI) by performing patrols. In classical methods, due to the limited battery life of a UAV, it is not feasible to monitor all targets in the AoI with a single UAV. Considering the UAV's battery life, the SC method can be employed to track all targets by having them visited through patrolling. Through UAV-based SC, prioritizing the tracking of critical targets can enable the success of rescue operations in scenarios requiring disaster or emergency communication support. This study defines a new SC problem termed "Priority Tracking of Critical Targets in Time-Sensitive Sweep Coverage with Multiple UAVs" (PTC-TS). For the solution to this problem, a time-sensitive access duration is defined for each target. By considering UAV flight constraints, the study aims to track all targets in the AoI (with priority given to critical targets) via SC and to achieve efficient path planning. Thus, by also accounting for critical targets, which are defined based on access time and require prioritized tracking, it becomes possible to visit all targets within specified access durations through the synchronized flight of multiple UAVs. Furthermore, in this study, by leveraging the ground coverage radius of multiple UAVs, simultaneous tracking of multiple targets by UAVs is facilitated. To solve the PTC-TS problem, a novel hybrid approach was designed based on the meta-heuristic Crow Search Algorithm (CSA) and the heuristic Greedy Algorithm (GA). In the scenario study where the performance of this approach was measured, minimum-cost target paths for multiple UAVs were identified via independently conducted Monte Carlo simulations, and sweep paths were optimized. Experimental results demonstrated that the proposed hybrid approach exhibits superior performance compared to the pure GA in tracking all targets via SC, while prioritizing critical targets in the AoI.