search query: @supervisor Hämäläinen, Raimo P. / total: 210
results-list
reference: 17 / 210
« previous | next »
Author:Kokkala, Juho Olavi
Title:Optimal Allocation of Defensive Aircraft Force
Torjuntalentokoneiden voiman optimaalinen kohdentaminen
Publication type:Master's thesis
Publication year:2010
Pages:viii + 66      Language:   eng
Department/School:Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta
Main subject:Sovellettu matematiikka   (Mat-2)
Supervisor:Hämäläinen, Raimo P.
Instructor:Virtanen, Kai
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  207   | Archive
Keywords:heuristics
military air operations
optimization
resource allocation
scheduling
aikataulutus
heuristiikat
ilmasodankäynti
optimointi
resurssien allokointi
Abstract (eng): This thesis studies a force allocation problem in which military air assets are sent from given air bases to given operation areas so that a required number of assets is maintained at the operation areas.
Due to limited fuel capacity, an asset cannot stay at an operation area arbitrarily long but has to return to an air base, whereby it needs to be replaced with another.
The objective of the problem is to maintain the required number of assets at the operation areas as long as possible.
In a simplification of the problem, each asset may perform only one fight task, whereas in the more general version an asset may be used for another fight task after it has stayed in an air base at least for a given turnaround time.
The problem is formulated as scheduling the fights of the assets between air bases and operation areas.

The force allocation problem of this thesis has not been studied in the existing open literature.
Novel problem formulations and solution methods are presented in this thesis.
The single fight task version of the problem is formulated as an integer optimization problem.
Exact and heuristic solution methods are presented and compared.
In the general version, the number of fight tasks, and thus the number of decision variables, is not fixed.
Therefore, finding a computationally tractable method for globally optimal solving is unlikely.

However, it may be possible to generate cyclical solutions where the required number of assets can be maintained at the operation areas infinitely long.
A method for finding cyclical solutions is developed based on an additional assumption that each asset is used on only one operation area and one air base.
Sensitivity of the existence of a cyclical solution can be analyzed with respect to variations in parameters, e.g., the location of an operation area.
An approximative method for solving the problem when no cyclical solution exists is developed based on a dynamic optimization formulation where the solution is constructed one fight task at a time.
The solution is then generated by limited look ahead search where possible schedules are searched a fixed number of fight task decisions ahead.
Each fight task is selected by maximizing some heuristic score, e.g., the time that the required number of assets is maintained by the selected fight tasks.
The performance of the solution methods is demonstrated by examples.
All solution methods result in schedules of the fight tasks that can be used in planning military operations.

In future research, the solution methods developed in this thesis could be improved by developing a method for finding cyclical solutions without the assumption that each asset is allocated to a certain base and a certain operation area and by modifying heuristic scores for the limited look ahead search.
The problem studied in this thesis can be extended by taking into account different maintenance needs of the assets as well as dynamically evolving situations.
Abstract (fin): Tässä työssä tutkitaan torjuntavoiman allokointitehtävää, jossa lentokoneosastoja lähetetään tukikohdista määrätyille toiminta-alueille siten, että kullakin toiminta-alueella ylläpidetään vaadittua määrää osastoja.
Yksittäinen osasto ei kykene oleskelemaan toiminta-alueella mielivaltaisen pitkään, koska sen polttoainekapasiteetti on rajallinen.
Tämän takia osaston on palattava tukikohtaan ennen polttoaineen loppumista, jolloin toiminta-alueelle on lähetettävä korvaava osasto.
Allokointitehtävän tavoitteena on ylläpitää vaadittu määrä osastoja toiminta-alueilla mahdollisimman pitkään.
Tehtävän yksinkertaistuksessa kukin osasto suorittaa yhden lentotehtävän.
Yleisessä versiossa osasto voidaan lähettää tukikohdasta uuteen lentotehtävään annetun kääntöajan jälkeen.
Tehtävä muotoillaan osastojen aikataulujen optimointitehtävänä.

Tässä työssä tutkittua allokointitehtävää ei ole esitetty aiemmin kirjallisuudessa, joten työssä muodostetut tehtävän matemaattiset formulaatiot ja kehitetyt ratkaisumenetelmät ovat uusia.
Tehtävän yksinkertaistettu versio formuloidaan kokonaislukuoptimointitehtävänä, jonka ratkaisemiseen esitellään ja vertaillaan algoritmeja.
Yleisessä versiossa lentotehtävien, ja siten optimointitehtävän päätösmuuttujien määrä ei ole kiinnitetty.

Tämän tyyppistä tehtävää ei kyetä formuloimaan kokonaislukuoptimointitehtävänä, eikä laskennallisesti nopeaa globaalisti optimaalisen ratkaisun tuottavaa algoritmia tunneta.
Lentotehtävien määrän ollessa rajoittamaton on mahdollista löytää syklisiä ratkaisuja, jotka toistavat itseään siten, että vaadittu määrä osastoja saadaan ylläpidettyä toiminta-alueilla mielivaltaisen pitkään.
Työssä kehitetään menetelmiä syklisten ratkaisujen löytämiseen perustuen oletukseen, että kukin osasto kiinnitetään yhteen toiminta-alue-tukikohta-pariin.

Syklisen ratkaisun olemassaolon herkkyyttä esim. toiminta-alueen sijaintiin voidaan tarkastella.
Tilanteisiin, joissa syklistä ratkaisua ei löydy, esitetään approksimatiivinen menetelmä perustuen tehtävän esitykseen dynaamisena optimointitehtävänä, jonka yksi askel vastaa yhden lentotehtävän lisäämistä ratkaisuun.
Tehtävä ratkaistaan menetelmällä, jossa tilannetta tarkastellaan yksi tai muutama lentotehtävä eteenpäin.
Ratkaisuun lisättävä lentotehtävä valitaan maksimoiden heuristisia pisteytyssääntöjä, esim. vaaditun voiman siihenastista ylläpitoaikaa.
Menetelmien toimivuus todennetaan numeerisin esimerkein.

Kaikki työssä kehitetyt ratkaisumenetelmät tuottavat osastojen lentotehtävien aikataulun, jota voidaan hyödyntää operatiivisessa suunnittelussa.
Jatkossa tässä työssä esitettyjä ratkaisumenetelmiä on mahdollista kehittää yhtäältä toteuttamalla menetelmä syklisten ratkaisujen löytämiseen ilman oletusta osaston kiinnittämisestä toiminta-alue-tukikohta-pariin ja toisaalta suunnittelemalla uusia heuristisia pisteytyssääntöjä lentotehtävän valintaan.
Mahdollisia laajennuksia työssä tarkasteltavaan tehtävään ovat erilaisten huoltotarpeiden huomioon ottaminen ja ajassa muuttuvien tilanteiden, kuten esimerkiksi toiminta-alueilla vaaditun voiman muutosten, kuvaaminen.
ED:2010-11-16
INSSI record number: 41310
+ add basket
« previous | next »
INSSI