Мультиагентная система планирования совместных действий групп беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)
Назначение
Система предназначена для планирования и подготовки полетных заданий совместно действующих групп БПЛА и управления группами БПЛА в режиме реального времени.
Swarm of Drones позволяет управлять объединенными группами беспилотных летательных аппаратов, которые могут функционировать как автономно, так и под управлением операторов.
Планирование и управление происходит в режиме реального времени с учетом особенностей выполняемых заданий и с возможностью адаптивного пересмотра планов непосредственно в процессе выполнения задач при изменении условий окружающей обстановки.
Ожидаемые результаты внедрений
Swarm of Drones помогает пользователям:
- осуществлять интеллектуальное многокритериальное планирование выполнения задач в условиях высокой неопределенности;
- производить расчет маршрутов БПЛА с учетом рельефа местности и объектов тактической обстановки;
- в автоматическом режиме готовить полетные задания для автономных БПЛА;
- определять порядок совместных действий и формировать полетные задания для групп совместно действующих БПЛА в соответствии с заданными пользователем критериями качества (безопасность, гарантированность обслуживания целей, оптимальное использование имеющихся ресурсов и оборудования и т.д.);
- корректировать назначенные полетные задания (и роли каждого БПЛА) в ходе их выполнения с учетом текущих наборов технических средств и их характеристик в режиме реального времени;
- разрешать спорные ситуаций при взаимодействии операторов и БПЛА группы;
- получать от внешних систем или задавать и изменять оператором в ручном режиме исходные данные (о тактической обстановке) для оперативного планирования и управления;
- моделировать процессы выполнения заданий для анализа скорости и качества их выполнения и расчета потребности ресурсов (БПЛА, оборудования)
Используя Swarm of Drones можно:
- снизить стоимость работ и время выполнения заданий;
- снизить затраты на эксплуатацию парка БПЛА (до 50%) за счет оптимизации загрузки устройств;
- рассчитать количество требуемых ресурсов и оптимизировать состав парка БПЛА,
- снизить риск ошибок при планировании полетных заданий;
- снизить риск ошибок при ручном управлении БПЛА за счет выполнения заданий в автономном режиме;
- контролировать ход выполнения заданий в режиме реального времени, при необходимости переключаясь на ручное управление устройствами;
- повысить оперативность принятия управленческих решений.
Применение
Система Swarm of Drones может применяться для решения разнородных типов задач, выполняемых группами БПЛА, в том числе таких как:
- Разведка и исследование местности;
- Мониторинг состояния и охрана промышленных объектов;
- Обеспечение безопасности на массовых мероприятиях;
- Участие в поисково-спасательных работах на местах ЧС;
- Оперативное разворачивание сети связи над участком местности;
- Доставка в удаленные труднодоступные районы;
- Построение цифровых моделей местности и трехмерных моделей зданий.
Система может быть интегрирована с существующими системами подготовки полетных заданий и использоваться в составе существующих программно-аппаратных комплексов БПЛА. Задания группе БПЛА могут задаваться как оператором в ручном режиме, так и поступать из внешних систем. На входе система получает набор данных, описывающих тактическую обстановку в районе выполнения задач и набор заданий (целей). На выходе Swarm of Drones предоставляет пользователю готовый план (описание совместных действий) отвечающий заданным критериям
Программные компоненты системы могут гибко изменяться, модифицироваться и адаптироваться для расширения ряда решаемых задач, совместно выполняемых группами БПЛА. Добавление новых типов задач возможно без коренной доработки системы благодаря использованию онтологии – базы знаний, описывающей взаимоотношения объектов реального мира.
Использованные в Swarm of Drones методы мультиагентного планирования позволяют одновременно учитывать несколько критериев, оказывающих влияние на качество выполнения заданий, таких как:
- безопасность выполнения полетов
- гарантированное выполнение задачи,
- способ (качество) выполнения задачи,
- скорость выполнения задания,
- оптимизация (минимизация) использования имеющихся ресурсов и оборудования и др.
Основными пользователями Swarm of Drones являются операторы, которые могут работать с системой как в одиночку, так и как совместно. При использовании Swarm of Drones операторы освобождаются от необходимости постоянного ручного управления БПЛА, вместо этого им предлагается работа по целеполаганию и контролю выполнения задач. При этом возможность ручного управления БПЛА сохраняется – операторы могут переводить БПЛА группы в режим ручного контроля в любой момент времени.
Оператор
- постановка задач
- определение условий и ограничений
- указание весов критериев
- получение готовых полетных планов
- контроль выполнения заданий в автономном режиме
- управление одним или несколькими БПЛА вручную (при необходимости).
Функциональные возможности системы
Планирование полетных заданий
Swarm of Drones позволяет планировать полетные миссии как для одиночных БПЛА, так и для групп устройств, совместно выполняющих общие задачи.
Применение методов многокритериального мультиагентного планирования позволяет системе формировать полетные задания в сложных ситуациях – таких, где наличествует большое число факторов (десятки и сотни) одновременно оказывающих влияние на процесс принятия решения.
Моделирование процессов выполнения заданий
Для оценки затрат времени, расчета количества ресурсов, требующихся на выполнение назначенных заданий, и получения своевременной информации для управления в системе реализован функционал моделирования.
Оператор может получить планы действий группировки, расчеты времени и стоимости выполнения работ указав входные данные (условия задания, количество и модели устройств БПЛА в составе группы) и запустив процесс моделирования.
Полученная информация может использоваться как в целях планирования текущей деятельности (определения границ территорий для наблюдения, составление расписаний работ), так и для планирования состава группировок БПЛА (количества БПЛА и навесного оборудования) при их комплектации и модернизации.
Контроль выполнения заданий и ручное управление
Операторы в режиме реального времени отслеживают ход работ и состояние отдельных устройств группы.
В случае необходимости операторы могут переводить отдельные БПЛА или всю группу устройств в режим ручного управления.
Пересмотр планов при изменении условий выполнения
При изменении внешних условий (например, при потере связи с БПЛА, изменения целей и задач миссии) полетные задания отдельных устройств группы адаптивно перестраиваются по событиям в режиме реального времени.
Перераспределение задач между БПЛА при этом осуществляется путем переговоров соответствующих им программных агентов.
Преимущества
- Актуальные планы полетных заданий, адаптируемые к изменениям окружающей обстановки в реальном времени
- Эффективный инструмент совместного управления объединёнными группами БПЛА
- Широкие возможности по интеграции с системами подготовки полетных заданий, аналитическими и информационными системами
- Качественное многокритериальное планирование и управление в условиях динамически изменяющейся среды
- Учет особенностей процессов выполнения разнотипных задач БПЛА
- Возможность моделирования и прогнозирования хода выполнения задач для своевременного получения информации для управления
Swarm of Drones обладает широкими возможностями по интеграции с существующими системами подготовки полетных заданий и программно-аппаратными комплексами БПЛА.
В частности, система эксплуатируется в составе стенда Генерального Конструктора, предназначенного для моделирования действий группировок БПЛА, состоящих из разнородных аппаратов, в том числе из перспективных моделей БПЛА, разрабатываемых и проходящих первые испытания в данный момент.
Моделирование, реализуемое с помощью Swarm of Drones, позволяет конструкторам оперативно:
- Определять оптимальные конфигурации группировок БПЛА для выполнения задач различных типов
- Прогнозировать возможные проблемы в работе БПЛА (связанные с их техническим особенностями и ограничениями) при выполнении различных типов заданий
- Сократить затраты (временные и финансовые) на подготовку и проведение летных испытаний
- Снизить риски повреждения и потерь нового оборудования
- На 80% сократить время на подготовку полетных заданий для автономных БПЛА
- Подготавливать оборудование к проведению тестовых полетов БПЛА в автономном режиме для совместного выполнения заданий.
Демонстрационное видео
Мультиагентная система планирования совместных действий групп беспилотных летательных аппаратов
Статьи о системе Swarm of Drones
Онтология проектирования точного земледелия: состояние вопроса, пути решения
Мультиагентная система согласованного управления группой беспилотных летательных аппаратов