Том 121, № 1 (2024): ТЕМАТИЧЕСКИЙ БЛОК: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМИ ТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ «УМНОГО ГОРОДА»
- Год: 2024
- Статей: 10
- URL: https://ogarev-online.ru/1605-8070/issue/view/20002
-
Описание:
За последние несколько десятилетий урбанизация стала глобальной тенденцией развития экономики и условий жизнедеятельности. Существующая проблема роста городского населения предъявляет всё большие требования не
только к развитию новых технологий и инфраструктуры, но и к гражданам. Как следствие этого, требуются эффективные и экономически целесообразные результаты при соответствующей инфраструктурной поддержке для комфортного городского обитания. Решение этой проблемы состоит, помимо прочего, в эффективном развитии транспорта, информационных и коммуникационных технологий.
Весь выпуск
Колонка тематического редактора
О редакторе тематического блока докторе физико-математических наук Вячеславе Михайловиче Гордиенко. Аннотация к тематическому блоку.
6-11
Тематический блок
Оптимизация характеристик системы интеллектуального управления наземными беспилотными транспортными средствами с использованием генетических алгоритмов
Аннотация
В данной работе исследованы возможности оптимизации ключевых характеристик разработанной системы интеллектуального управления наземными беспилотными транспортными средствами с использованием генетических алгоритмов. Представлена архитектура программного комплекса, спроектированного на основе разработанной имитационной модели поведения беспилотных транспортных средств (БТС), взаимодействующих с другими участниками дорожного движения – обычными транспортными средствами (ОТС), пешеходами и др. Сформулирована и решена двухкритериальная оптимизационная задача, целевыми функционалами которой являются трафик выходного потока и число потенциальных аварий с участием БТС. Выполнены эксперименты класса Монте-Карло, подтверждающие чувствительность значений целевых функционалов к управляющим параметрам модели при различных конфигурациях уличной дорожной сети. С использованием ранее созданных генетических оптимизационных алгоритмов вещественного кодирования построены фронты Парето, позволяющие выбрать наилучшие альтернативы, обеспечивающие наиболее предпочтительные режимы функционирования интеллектуальной транспортной системы при различных конфигурациях цифровых дорожных сетей (ЦДС).
12-21
Разработка и исследование реконфигурируемых быстродействующих алгоритмов распознавания изображений для оценки дорожной ситуации на базе специализированных мобильных устройств с параллельно-конвейерной архитектурой
Аннотация
В статье обобщаются результаты исследования применения перестраиваемых вычислительных сред для задач обработки изображений, получаемых на борту беспилотных транспортных систем. Был предложен новый подход к разработке специализированных быстродействующих алгоритмов распознавания изображений дорожной сцены, предназначенных для аппаратного выполнения на вычислителях с параллельно-конвейерной архитектурой по модели перестраиваемых вычислительных сред. Рассмотрены архитектуры и алгоритмическое обеспечение таких сред для задач оценки дорожной ситуации. Новый сформированный класс алгоритмов распознавания изображений основан на вычислении дескрипторов LBP, HOG и классификатора SVM. Показано, что вычисления дескрипторов HOG в слое перестраиваемой вычислительной среды выполняются за один машинный такт для всего изображения, а время выполнения (при реализации на FPGA Intel Arria 10) не превышает 20 нс.
22-32
Психофизиологические предикторы качества управления симулятором вождения автомобиля на фоне хронической депривации сна
Аннотация
Исследовался декремент бдительности водителей во время управления симулятором вождения автомобиля. Проведена оценка психофизиологических предикторов декремента бдительности, а также проверка двух неинвазивных техник снижения сонливости на фоне хронической депривации сна: вибромассажной накидки на кресло и эфирного масла мяты перечной.
В исследовании проведены эксперименты с симулятором вождения автомобиля на 18 здоровых испытуемых с частичной депривацией сна. Регистрировались видеозапись лица испытуемого, электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электрокардиограмма (ЭКГ) и кожно-гальваническая реакция (КГР). Испытуемые протестированы на сонливость, общее самочувствие и время реакции.
Установлено, что испытуемые, которые находились в состоянии хронической депривации сна и хронического стресса, в среднем допускали 2.2 (от 0 до 7) ошибки за эксперимент. При этом около 20% ошибок испытуемых, по оценкам экспертов, вызвано отвлечением, а не засыпанием. Сделаны выводы о зависимости уровня внимания и сонливости от нескольких факторов и необходимости дальнейших исследований. На основании экспериментальных данных разработан список рекомендаций для конструирования систем мониторинга состояний водителя.
33-44
О построении интеллектуальной системы управления распределенными радиолокационными средствами для обнаружения объектов малоразмерной авиации в условиях плотной городской застройки
Аннотация
Определены задачи исследования по своевременному обнаружению, распознаванию и классификации воздушных объектов, определению координат и направления движения в режиме реального времени, прогнозированию положения воздушного объекта, а также оптимальному развертыванию распределенной системы с учетом профиля зданий, сооружений и объектов в контролируемой зоне, а также разработке перспективных модулированных радиосигналов в условиях возрастающего уровня естественных и искусственных помех на основе технологии множественного доступа с применением специальных квазиортогональных базисов. Представлены результаты научного исследования, включающие теоретические обоснования, результаты моделирования и натурных экспериментов по созданию интеллектуальной системы управления распределенными радиолокационными средствами для обнаружения объектов малоразмерной авиации в условиях плотной городской застройки, что является основой для реализации разработанной системы в промышленном варианте.
45-53
Имитационное моделирование и оценка эффективности систем обнаружения и противодействия беспилотным транспортным средствам, несущим угрозу нормальному функционированию «умного города»
Аннотация
Предложена система компьютерных моделей для оценки эффективности систем обнаружения и противодействия беспилотным транспортным средствам в условиях «умного города». Рассматриваемыми беспилотными транспортными средствами являются беспилотные автомобили и беспилотные летательные аппараты. Разработана упрощенная модель гетерогенного автомобильного потока, состоящего из беспилотных и управляемых человеком автомобилей. Модель позволяет исследовать процесс перехвата беспилотного автомобиля, управление которым было захвачено. В рамках исследования процессов противодействия беспилотным летательным аппаратам создана имитационная модель системы обнаружения и противодействия налету группы беспилотных летательных аппаратов, а также впервые в трехмерной постановке решена задача перехвата группы беспилотных летательных аппаратов другой группой (роем) беспилотных летательных аппаратов.
54-65
Методология создания системы управления воздушным движением беспилотных транспортных средств «умного города» на основе мониторинга их траекторных параметров многопозиционными локационными комплексами с разнородными элементами
Аннотация
Проблема использования и развития воздушного пространства «умного города» обусловлена тем, что в нем наряду с пилотируемыми летательными аппаратами используются беспилотные летательные аппараты (БПЛА), которые могут решать задачи перемещения грузов, мониторинга территорий и т. д. Целью работы явилась разработка основных положений теории управления воздушным движением БПЛА для безопасной интеграции таких летательных аппаратов в воздушное движение «умного города» с существующими в нем пилотируемыми летательными аппаратами на основе мониторинга с применением разнородных средств локации, имеющихся на территории и вновь создаваемых, которые объединяются в единую систему, являющуюся источником информации о воздушных объектах для системы управления воздушным движением. В работе решены задачи системного анализа управления воздушным движением, формирования требований к подсистеме мониторинга БПЛА, разработана методология создания такой подсистемы на основе многопозиционного локационного комплекса с разнородными источниками информации, включающая методы классификации воздушных объектов по набору траекторных параметров, методы рекуррентной адаптивной фильтрации измерений динамических параметров интенсивно маневрирующих БПЛА, а также методы управления указанной подсистемой мониторинга.
66-76
Интегрированная система обеспечения безопасности полетов беспилотных воздушных транспортных средств в едином воздушном пространстве «умного города»
Аннотация
В работе рассматривается концепция построения интегрированной системы обеспечения безопасности полетов беспилотных воздушных транспортных средств (БВТС) в едином воздушном пространстве «умного города», включающая разработку методов, направленных на обеспечение эксплуатационной безопасности, минимизирующей риски, связанные с отказами оборудования; функциональной безопасности, направленной на устранение рисков, связанных со столкновениями; психофизиологической безопасности, учитывающей управление БВТС с учетом особенностей человека-оператора. В основу методов эксплуатационной и функциональной безопасности положен единый подход, основанный на безмодельной обработке информации о входных и выходных сигналах БВТС. Внедрение такого подхода позволит, прежде всего, масштабировать системы безопасности полетов на различные классы БВТС без необходимости создавать сложные математические модели каждого объекта в отдельности.
77-92
Разработка системы автономной навигации беспилотных транспортных средств с помощью ультразвуковых локационных методов
Аннотация
Приведены результаты работ по акустическим локационным методам применительно к небольшим летательным аппаратам. Разработана экспериментальная модель с оригинальной системой обнаружения и идентификации препятствий, учитывающей особенности дифракции и отражения акустических волн. Развиты методы активной локации, использующие тройную корреляцию и свойства корреляционной функции ЛЧМ-сигналов, отраженных от вращающегося винта. Создан прототип мобильного содара, реализующий новые способы активной локации. Разработаны методы расчета дифрагированного акустического поля, основанные на обобщении интеграла Зоммерфельда и метода перевала, а также использующие асимптотические формулы для двумерного интеграла Фурье. Изучено акустическое переходное излучение. Установлены новые спектральные признаки сигналов, отраженных от движущегося летательного аппарата, с учетом взаимодействия собственного излучения и зондирующего сигнала на нелинейности подвижной границы.
93-100
Робототехнический комплекс обнаружения и локализации подводных источников шума
Аннотация
Разработаны методы голографической обработки шумовых сигналов для обнаружения и локализации малогабаритных подводных беспилотных транспортных средств (БТС), обладающих низким уровнем шумоизлучения. Предложена методика применения для контроля подводной обстановки автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с малогабаритными антеннами из векторно-скалярных приемников (ВСП) на борту. Созданы облики АНПА-транспорта и АНПА-носителя с малогабаритной антенной из ВСП. Выполнены вычислительные и натурные эксперименты, проведена голографическая обработка экспериментальных данных. Предложена новая концепция построения роботизированной системы мониторинга подводной обстановки на основе голографической обработки. Обозначены перспективы развития голографической обработки для гидроакустических сигналов.
101-111