«Информационно-аналитическая система для автоматизированного управления роем беспилотных летательных аппаратов специального назначения»
О проекте:
Название проектного научного коллектива: Ариэль;Основа проектной команды - инициативная группа студентов, магистрантов и аспирантов ИИНТБ, стремящихся добиться существенных профессиональных успехов и позиционировать себя в ИТ-области через создание амбициозных ИТ-проектов междисциплинарного назначения.
Девиз команды - Только вперед - через тернии к звездам!
Студенческий научный проект (СНП) заключается в разработке и практической реализации концепции ситуационного управления роем воздушных роботов – беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) малого класса, выполняющих важные социально-значимые задачи.
Цели студенческого научного проекта
1. Повышение устойчивости процесса управления роем БПЛА специального назначения в условиях дестабилизирующих воздействий различной физической природы на основе разработки и реализации в составе информационно-аналитической системы управления прикладного программного обеспечения, реализующего прикладные методы, модели и алгоритмы Data Mining в интересах координации действий и ситуационного управления роем БПЛА в интересах эффективного выполнения полетного задания.
2. Формирование профессиональных компетенций (специальных знаний, умений и навыков) ИТ-специалиста у участников СПНК на основе научного обоснования, формализации и целенаправленного решения комплекса информационно-связанных проектных задач в контексте решения проблемы разработки прототипа перспективной информационно-аналитической системы поддержки управления роем БПЛА.
Примечание. Для достижения указанных целей проекта используется инновационный метод проектного обучения, предусматривающий выполнение всего комплекса проектных работ при создании типового ИТ-проекта и активное вовлечение участников СПНК в решение проектных задач в соответствии с базовыми компетенциями и ролями в составе команды ИТ-проекта.
Объект исследования – автоматизированная информационно-аналитическая система управления, используемая для поддержки процесса ситуационного управления роем БПЛА специального назначения.
Предмет исследования – устойчивость процесса ситуационного управления роем БПЛА в условиях дестабилизирующих воздействий; эффективность решения задач оптимального целераспределения и координации действий БПЛА в составе замкнутого контура ситуационного управления.
Актуальность исследования процессов управления роем БПЛА обусловлена:
1) быстрым совершенствованием элементной базы и технических характеристик данного вида автономных роботов, значительным расширением их функционала;
2) сложностью формального описания и высокой практической значимостью целевых задач, традиционно возлагаемых на БПЛА при их автономном или групповом применении.
Система траекторного управления современного БПЛА в общем случае представляет собой распределённую (на разных носителях) автоматизированную информационную систему с несколькими информационными каналами наблюдения, целеуказания, наведения и коррекции траектории. Наряду с режимом телеуправления в БПЛА могут использоваться режимы автономного (инерциального) наведения и самонаведения. Общие требования к системе управления БПЛА задаются через показатели, отражающие: помехозащищенность информационных каналов, устойчивость процесса управления, качество получаемой оператором (через БПЛА) полезной информации, точность выполнения полётного задания и заданную вероятность реализации целевой функции.
В настоящее время проблема разработки перспективных систем управления характеризуется переходом от парадигмы классического командного управления одиночными БПЛА к парадигме интеллектуального группового (роевого) управления. Это обстоятельство обусловлено диалектическим развитием и непрерывным усложнением аппаратуры БПЛА и условий их функционирования, появлением новых высокопроизводительных каналов телекоммуникаций с использованием компонентов системы спутниковой навигации, резким повышением требований к надежности и эффективности процессов управления в условиях существенной априорной и апостериорной неопределенности, обусловленной наличием деструктивных воздействий различной природы и/или активным радиоэлектронным противодействием.
Методологическая основа научного исследования:
- базовые положения системного подхода к анализу сложных человеко-машинных систем,
- терминологический аппарат и принципы современной теории управления;
- методы математического моделирования динамических систем;
- методы и алгоритмы дискретного программирования;
- методология ситуационного управления сложными динамическими системами;
- методы математической статистики;
- методы и модели интеллектуального анализа данных.
Результаты реализации проекта
Теоретические результаты
- концепция интеллектуального управления роем БПЛА, предусматривающая реализацию принципов ситуационного управления группой динамических объектов на основе сбора и комплексной обработки в центре управления разнородной информации с применением моделей и алгоритмов интеллектуального анализа данных и адаптивного выбора вариантов;
- теоретико-множественная интерпретация задачи ситуационного управления роем БПЛА, выполняющих задачи обнаружения и локализации малозаметных критических объектов в зоне ответственности оператора;
- функциональная модель информационно-аналитической системы управления в виде иерархии диаграмм, построенных в нотации IDEF0;
- комплекс вычислительных алгоритмов для анализа зашумленных видеоизображений земной поверхности, рангового обнаружения критически опасных объектов и оптимального целераспределения между БПЛА.
Прикладные результаты:
- технические решения (функциональные модели) аппаратно-программных модулей, обеспечивающих в составе замкнутого контура управления автоматическое решение задач комплексной обработки разнородной информации, анализа видеоизображений и обнаружения критически опасных объектов в зоне ответственности;
- комплекс прикладных программ, реализующих разработанные алгоритмы обработки нечеткой информации и принятия решений по вопросам целераспределения;
- результаты имитационного моделирования и оценки устойчивости процесса ситуационного управления роем БПЛА в условиях типовых дестабилизирующих воздействий на основе расширенных временных сетей Петри;
- результаты статистической оценки качества алгоритмов рангового обнаружения критических объектов в зоне ответственности оператора БПЛА и анализа сходимости моделей и вычислительных алгоритмов целочисленного программирования, разработанных для решения задач оптимального целераспределения.
|
№ |
Наименование индикатора |
Количество |
|---|---|---|
|
1 |
Количество опубликованных работ |
13 |
|
|
· в том числе в периодических изданиях, входящих в категорию К1 Перечня ВАК при Минобрнауки России и (или) индексируемых в ядре РИНЦ, RSCI, международных наукометрических базах данных Web of Science и (или) Scopus |
2 |
|
|
· в том числе в периодических изданиях Перечня ВАК при Минобрнауки России |
6 |
|
|
· в том числе в научных изданиях, индексируемых в Российском индексе научного цитирования |
13 |
|
|
· в том числе студентами и аспирантами |
12 |
|
2 |
Количество проведенных студенческих научных мероприятий по теме проекта |
2 |
|
3 |
Выступления с докладами на научных конференциях, школах-семинарах, выставках и симпозиумах |
16 |
|
|
· в том числе выступлений студентов и аспирантов |
13 |
|
4 |
Количество диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук (в примечании указать фамилии соискателей, научных руководителей, темы, предполагаемый результат, сроки завершения) над которыми ведут работу члены СПНК* |
2 |
|
5 |
Создание и поддержка веб-страницы проекта на сайте РГГУ и социальных сетях |
1 |
|
6 |
Оформление и подача заявок на государственную регистрацию в ФИПС программ для ЭВМ |
2 |
Примечание:
1) аспирант Тихонов Максим Алексеевич; тема диссертации: «Разработка моделей и вычислительных алгоритмов для прогностической оценки и ранжирования ИТ-проектов»; срок завершения обучения – сентябрь 2025 г.;
Ожидаемые результаты:
- методика комплексной оценки эффективности ИТ-проекта по совокупности показателей;
- методика (базовая модель и алгоритмы) прогностической оценки конкурентоспособности ИТ-проектов;
- алгоритм и программное обеспечение решения задачи нечеткого когнитивного анализа коммерческого потенциала ИТ-проекта.
2) аспирант Михеев Кирилл Андреевич; тема диссертации: «Модели и прикладные методы анализа процессов информационного обмена и выявления деструктивных тенденций в социальных сетях»; срок завершения обучения – сентябрь 2025 г.;
Ожидаемые результаты:
- математические модели информационного обмена данными в социальной сети, построенные в нотации DFD;
- методика сбора и синтаксического анализа текстовых данных;
- методика сетевого моделирования и аналитического анализа характеристик информационного обмена между пользователями с учетом особенностей социальной сети;
- рекомендации по выявлению потенциальных компьютерных злоумышленников в социальной сети на основе формальной постановки и решения задач семантического анализа и нечеткой кластеризации пользовательских запросов.
Формы и механизмы внедрения результатов проекта в социальную практику
- Предусматривается заключение договоров с отечественными предприятиями-разработчиками БПЛА на выполнение хоздоговорных НИР по вопросам внедрения программных средств, реализующих разработанные членами СПНК прикладные методы, модели и алгоритмы.
- После государственной регистрации созданных программ для ЭВМ установленным порядком планируется подать заявки на их сертификацию.
- В интересах апробация отдельных положений концепции интеллектуальной системы управления роем БПЛА и технических решений разработанных аппаратно-программных средств в 2024 году планируется участие всех членов СПНК в работе профильных научно-практических конференций всероссийского и международного уровня.
