Интеллектуальная система мониторинга и адаптации маршрута беспилотных летательных аппаратов на основе нейросетевого анализа объектов риска

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследуется интеллектуальная система мониторинга и адаптации маршрута беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на основе нейросетевого анализа объектов риска. Рассматриваются алгоритмы автономной навигации, обеспечивающие анализ внешней среды и оперативную корректировку траектории полёта с учётом потенциальных угроз. Оцениваются возможности применения машинного зрения, нейросетевых алгоритмов, методов предобработки данных, детектирования объектов, семантической сегментации, алгоритмов траекторного планирования, предиктивного управления и адаптивной оптимизации маршрутов для идентификации препятствий, движущихся объектов и зон ограничения полётов. Анализируется роль интеллектуальных систем управления в архитектуре БПЛА, их влияние на повышение автономности, устойчивости и эффективности выполнения задач в динамически изменяющихся условиях. Предлагаемые решения ориентированы на снижение рисков, связанных с нештатными ситуациями, за счёт внедрения адаптивных стратегий управления полётом. Применяются методы системного анализа, компьютерного зрения и машинного обучения, включая свёрточные нейросети, алгоритмы предобработки изображений, фильтрации и сегментации данных, а также анализ сенсорных показателей. Оценка эффективности реализована посредством моделирования траекторий движения, тестирования алгоритмов идентификации угроз и анализа параметров устойчивости маршрутов БПЛА. Научная новизна заключается в разработке интегрированной системы интеллектуальной корректировки маршрута БПЛА, основанной на применении нейросетевых методов классификации объектов и адаптивных алгоритмов планирования траекторий. Разработаны механизмы предиктивного анализа рисков, обеспечивающие автоматическую корректировку маршрута при обнаружении препятствий, неблагоприятных погодных условий и зон ограниченного доступа. Предложенная архитектура управления сочетает технологии машинного зрения, анализа потоков данных и автоматизированного принятия решений, а также использует методы динамической маршрутизации, алгоритмы корректировки полёта в реальном времени и стратегии предотвращения столкновений. Такой подход обеспечивает повышение уровня автономности работы дронов. Разработанные алгоритмы интеллектуальной навигации могут быть внедрены в современные системы автономного управления БПЛА, обеспечивая адаптацию к динамическим условиям и повышение эффективности выполнения задач в различных сферах, включая оборонные и промышленные применения.

Об авторах

Дмитрий Анатольевич Сергеев

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: sergeev_da@spbstu.ru
доцент; высшая школа Высшая инженерно-экономическая школа;

Дмитрий Григорьевич Родионов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: drodionov@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1254-0464
директор; Высшая инженерно-экономическая школа;

Прохор Александрович Поляков

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: prohor@polyakov-box.ru
исследователь; Политех-Инвест;

Глеб Игоревич Голиков

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: golikov.23@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-0538-0942
исследователь; Политех-Инвест;

Олеся Дмитриевна Старченкова

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: starchenkova_od@spbstu.ru
ORCID iD: 0009-0009-1168-2362
Специалист; Моделирование и цифровизация социально-экономических систем;

Николай Дмитриевич Дмитриев

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: dmitriev_nd@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0282-1163
доцент; Высшая инженерно-экономическая школа; Заведующий лабораторией; Лаборатория «Моделирование и цифровизация социально-экономических систем»;

Евгений Александрович Конников

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: konnikov_ea@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4685-8569
доцент; высшая школа Высшая инженерно-экономической школа;

Список литературы

  1. Яковлев А. Г., Баранов Д. Е., Шишкин М. Д. О современном состоянии и тенденциях применения новых материалов и технологий в конструкциях беспилотных летательных аппаратов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 1. С. 71-74.
  2. Варламов О. О. Об одном подходе к метрике автономности и интеллектуальности робототехнических комплексов // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2017. № 6-2. С. 43-53.
  3. Коптев В. А. Анализ БПЛА как актуальных радиолокационных целей и их маскирующих факторов // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2024. № 6-1. С. 244-250.
  4. Варламов О. О., Лазарев В. М., Чувиков Д. А., Джха П. О перспективах создания автономных интеллектуальных роботов на основе миварных технологий // Радиопромышленность. 2016. № 4. С. 96-105.
  5. В России разработали новые многофункциональные дроны «Касатка» и «Микроб» [Электронный ресурс]. URL: https://aif.ru/society/army/v-rossii-razrabotali-novye-mnogofunkcionalnye-drony-kasatka-i-mikrob (дата обращения: 26.01.2025).
  6. В России представили новые многофункциональные разработки для СВО [Электронный ресурс]. URL: https://news.mail.ru/svo/64559772/ (дата обращения: 26.01.2025).
  7. Малышев В. П., Виноградов О. В. Возможные направления повышения устойчивости организаций, необходимых для выживания населения при современных военных конфликтах // Проблемы анализа риска. 2023. № 5. С. 60-70.
  8. Корнеев Д. С. Использование аппарата нейронных сетей для создания модели оценки и управления рисками предприятия // Управление большими системами: сборник трудов. 2007. № 17. С. 81-102.
  9. Овчинский В. С. Технологии будущего против криминала. М.: ЛитРес, 2019.
  10. Белякова Е. В., Прокопович Д. А., Рыжая А. А., Гильц Н. Е. Логистический подход к технологическому развитию промышленного комплекса региона // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2015. № 4. С. 1007-1013.
  11. Вырелкин А. Д., Кучерявый А. Е. Использование беспилотных летательных аппаратов для решения задач «умного города» // Информационные технологии и телекоммуникации. 2017. № 1. С. 105-113.
  12. Криничко В. А., Князев Е. А. Применение БПЛА в боевой работе командиров // Научный аспект. 2023. № 8. С. 537-546.
  13. Довгаль В. А., Довгаль Д. В. Анализ безопасности роя дронов, противостоящего атакам злоумышленников // Дистанционные образовательные технологии: сборник трудов V Международной научно-практической конференции. Симферополь: Ариал, 2020. С. 372-377.
  14. Ласточкин Ю. И., Ярыгин Ю. Н., Бывших Д. М. Методическое обеспечение обоснования способов боевого применения сил и средств радиоэлектронной борьбы при противодействии радиоэлектронной разведке в операциях объединений сухопутных войск // Военная мысль. 2018. № 6. С. 58-66.
  15. Бурченков В. В. Автоматизированные системы контроля подвижного состава. Гомель: Белорусский государственный университет транспорта, 2020. 226 с.
  16. Боровик В. С., Гуцул В. И., Клестов С. А., Фирсов И. С., Пыхтырев В. С., Шатравин В. В., Сырямкин В. И., Шидловский С. В., Шашев Д. В., Нгуен К. Т., Угрюмов Д. А., Сырямкин М. В. Коллективы интеллектуальных роботов. Сферы применения. Томск: СТТ, 2018. 140 с.
  17. Терентьев В. Б. Метод свёртки вероятностных и параметрических показателей летательного аппарата // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы. 2019. С. 51.
  18. Сорокин И. А., Романов П. Н., Чесноков А. Д., Кондраненкова Т. Е. Математическая модель обработки изображений опасных и вредоносных растений с камеры БПЛА // Вестник НГИЭИ. 2023. № 5. С. 20-32.
  19. Али Б., Садеков Р. Н., Цодокова В. В. Алгоритмы навигации беспилотных летательных аппаратов с использованием систем технического зрения // Гироскопия и навигация. 2022. № 4. С. 87-105.
  20. Костин А. С. Информационно-измерительные системы для контроля выполнения траектории авиационной системы // Волновая электроника и инфокоммуникационные системы: материалы XXIV Международной научной конференции. Часть 1. 2021. С. 219-226.
  21. Xu Y., Wei Y., Wang D., Jiang K., Deng H. Multi-UAV Path Planning in GPS and Communication Denial Environment // Sensors (Basel). 2023. Vol. 23. № 6. P. 2997.
  22. Vera-Yanez D., Pereira A., Rodrigues N., Molina J.P., García A.S., Fernández-Caballero A. Vision-Based Flying Obstacle Detection for Avoiding Midair Collisions: A Systematic Review // J. Imaging. 2023. Vol. 9. P. 194.
  23. Alharthi R. Enhancing unmanned aerial vehicle and smart grid communication security using a ConvLSTM model for intrusion detection // Front. Energy Res. 2024. Vol. 12. P. 1491332.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».