航天卫星任务筹划解决方案
遥感卫星是国家基础性战略资源，通过高空对地成像，可广泛用于军事部署、环境监测、灾害监测、灾后救援、目标搜索等多个领域，是支撑经济社会建设和维护国家安全的大国重器，具有极其重要的战略价值。近年来，在我国航空航天政策的大力推动下，我国卫星遥感产业进入市场化为导向的“产业化”发展阶段，由此迈入崭新的全速发展期。
行业痛点
方案特色
需求分析与融合组件
功能介绍：
点目标融合分析组件负责对点目标可融合任务进行分析和融合，包括对于新任务信息的分析，实时更新任务状态，通过提取任务信息特征，结合卫星资源约束以支持点目标融合等过程。
组件介绍：
从任务池获取任务信息，结合卫星硬件资源对该任务进行预处理，通过决策判断是否进行点目标融合过程。先依次提取每个任务的任务属性、任务特征，分析该任务需要的资源包括侦照时间、成像模式、数据下传时间等。然后开始遍历该任务集合，依次拿每个任务的属性与其他任务属性进行对比，依此类推可以得出新的任务信息列表，更新任务池。
需求自主生成组件
功能介绍：
需求自主生成组件负责构建外部开源信息挖掘分析模型，并结合资源实际情况分析任务完成可能性，生成成像应用需求，为任务规划和调度进行数据准备。
组件介绍：
组件通过目标知识构建、星群协同侦察策略知识图谱构建、需求挖掘、需求分解等流程设计，够辅助用户准确提出目标成像需求和偏好，帮助用户分析目标数据知识，并根据冲突情况动态调整需求，与现有任务需求进行合并分析，为星群协同任务规划生成统一、规范化的侦察任务输入。
天基资源可用性分析组件
功能介绍：
天基资源的可用性分析组件负责为了在规则与可行性报告间建立关联关系，在建立规则库时将可见性报告所涉及的字段与规则字段间建立字段映射表并存储在规则库中，该表描述了规则中涉及的任务要求及约束条件的关键字信息，这些关键字与可行性报告中的时间窗属性相对应，以此将两者相关联，为后续规则匹配的实现提供基础支持。
组件介绍：
由于规则的前提可由多个条件组成，需要将可行性报告的属性值与规则前提中的多个条件进行匹配。重复的利用规则对同一条可见性报告数据进行规则匹配时将影响系统效率，因此在利用筛选规则对可见行报告进行处理的过程中，需要对规则进行解析，将其分解为原子条件。
成像任务可行性分析组件
功能介绍：
任务池管理组件负责对本星储存任务信息的管理，包括对于新任务信息的储存，实时更新任务状态，通过提取任务信息特征以支持驱动、规划等过程。
组件介绍：
在卫星任务池得到驱动规划开始通知之后，可以对任务池里下一滚动时域待规划任务进行预处理，方便后期规划的顺利进行。先依次每个任务进行本星上的时间窗的计算，计算出所有任务的所有时间窗信息放入时间窗集合之中。然后开始遍历该时间窗集合，依次拿每个任务的每个时间窗与其他时间窗进行对比，依此类推可以计算出所有任务的所有时间窗在该星上的可行性。
天基资源预分配组件
功能介绍：
天基资源的预分配组件负责对本星资源的预分配，包括硬件资源、数传资源等，实时更新卫星资源状态，以支持驱动、规划等过程。
组件介绍：
由于卫星在可见时间窗后需进行动作的恢复调整、姿态准备等，因此卫星在工作过程中需考虑观测与观测时间窗间的时间间隔、观测与数传时间窗间的时间间隔。针对于是否能够满足用户的侦察需求，进行相应的可见时间窗之间间隔计算及工作模式标记。不同卫星所满足的工作模式上具有一定的差异，且所能进行工作可见时间窗之间时间间隔也是不同的。
筹划策略管理组件
功能介绍：
筹划策略管理组件主要负责实现多套确定性方案的高效生成，需要搭建任务筹划模型，设计差异化启发式因子和实现面向筹划策略、任务场景及成像策略的处理流程。
组件介绍：
卫星任务筹划问题具有多属性决策特征，面向不同的筹划需求可抽象为不同的优化目标，且在筹划过程中涉及测控、观测和数传等多类资源，每类资源的使用约束均不相同，导致任务筹划为一个多目标多约束优化问题，本组件旨在对任务筹划的目标进行分析，并与任务筹划约束结合，保证生成优化、可行的任务筹划方案。
星群任务筹划组件
功能介绍：
星群任务筹划组件是一个包含大量星载计算节点和地面规划资源的分布式复杂任务管理组件，该组件具有星地一体规划、分布式协间协同、智能任务规划等特性。同时，该组件负责调用不同的算法对卫星执行方案进行规划安排，包括在卫星规划中对已知任务的执行方案规划以及在集体分部式迭代规划过程中对系统全体任务的执行进行大规模星群方案探索。
组件介绍：
星群筹划组件具有层次化结构，通过能力的层次化组织和汇聚共同支撑大规模星群任务规划应用。其中：地面规划计算集群包括支持人工智能规划算法训练的并行计算设备，以及在该集群上运行的传统规划算法及其机器学习强化模块、训练数据生成模块以及端到端深度学习规划算法模块；分布式星间协同模块包括分布式协同规划算法，支持星群规划的多层次复合规划机制和分布式协同进化算法。
侦察任务方案优选组件
功能介绍：
任务规划方案优选组件主要负责方案生成的优化方向，在卫星任务筹划中根据偏好的不同可划分为以下5类目标：任务总权重最大化、任务完成率最大化、数传时效性最优化、成像质量最优化和任务完成类型侧重优先。通过筹划目标，映射不同的筹划策略，从而支持不同筹划策略的卫星观测方案。
组件介绍：
该组件主要是由五类目标的策略组成，包括任务总权重最大化，指的是令到达的批次任务中筹划方案包含的执行任务权重（即优先级、重要性）最大；任务完成率最大化，即令筹划方案中安排完成的任务数量占批次任务数量比例最大化；时效性最优化，令筹划方案中安排完成的任务尽可能选择执行和下传时间最早的时间窗。成像质量最优化，令筹划方案中安排完成的任务尽可能选择成像质量最好的时间窗。任务类型侧重要求，在任务筹划中存在多类型任务，筹划过程中不同类型任务具有不同筹划侧重点，需要设计相应的启发式因子。
面向应急任务的资源快速分配组件
功能介绍：
面向应急任务的资源快速分配组件负责优化区域目标分解方法，建立优化的区域目标分解模型，通过智能分解技术，高效、准确的将区域目标分解为元任务，以便于应急任务快速规划。
组件介绍：
由于应急任务具有高动态特性和高时效性需求，急需任务规划能够快速、有效的实现，因此设计了具有深度搜索能力和广度搜索能力的回溯（BT）启发式算法、移位（ISDR）启发式算法和任务合成（TM）启发式算法三种算法，并且为了提高局部调整解方案质量，构造了具有优化目标趋势强的启发式因子，进行任务轻重分级，更好地指导紧迫性强和权值高的任务先规划。
面向应急任务的成像模式重构组件
功能介绍：
面向应急任务的成像模式重构组件主要负责综合考虑卫星指令上注、数据下传、卫星存储和任务完成期限等约束，建立了一个面向应急任务的数学规划模型，满足了任务实际完成的时效性和卫星存储数据下传的及时性。
组件介绍：
该组件设计了一种基于事件驱动的滚动时域策略，当应急任务动态到达时，滚动时域策略快速响应和驱动重规划算法。同时，设计了一种ISBDR启发式算法，进行卫星应急任务快速局部规划，确定出规划方案何时上注（卫星成像指令只有经测控站上注后才能够被执行）、成像任务何时观测以及成像数据何时下传（卫星成像数据只有经地面站接收后才能够发送用户）等，从而提供一个较优的重规划方案。
成像方案显性化评估组件
功能介绍：
显性化评估组件主要是基于评价结果，找到指标与评估结果之间的内在规律，如冲突度与评估结果的关系、时间窗个数与评估结果的关系。通过这种关键影响因子分析，反馈调整筹划因子、筹划算法等，为后续卫星智能规划提供修正支撑作用。
组件介绍：
该组件在TODIM方法的基础上，对建立的指标体系进行信息融合，得到各个筹划方案的综合评价值，此外，将评估过程中涉及到的各个影响要素、各指标的相对权重以及重要程度、筹划方案综合评价值均通过可视化展示显性表达出来，增强筹划方案结果的可解释性。
  • 需求分析与融合组件
  • 需求自主生成组件
  • 天基资源可用性分析组件
  • 成像任务可行性分析组件
  • 天基资源预分配组件
  • 筹划策略管理组件
  • 星群任务筹划组件
  • 侦察任务方案优选组件
  • 面向应急任务的资源快速分配组件
  • 面向应急任务的成像模式重构组件
  • 成像方案显性化评估组件
价值成果
成果收益

1、单批次任务规划事件少于11秒，比现有水平提高40%；

2、用户需求满足率大于93%；

3、全流程应急响应事件小于5分钟，响应效率提高200%；

4、全流程可无人参与，节省人力成本；

5、移动目标预测成功率大于85%，比现有运行的预测算法提升了15%；

6、批次任务处理量大于1000个，任务规划完成率大于98%。

产品价值

1、多模态需求分析理解以及需求自生成算法；

2、卫星智能任务规划算法库；

3、成像方案线性化评估模型；

4、轨道计算、目标可见性计算方法；

5、应急任务快速响应；

6、周期、事件以及态势的混合式系统驱动机制。

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