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.

БПЛА - Планирование полетных заданий

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.

БПЛА - Ключевые показатели эффективности

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.

БПЛА - Моделирование выполения задания

Контроль выполнения заданий и ручное управление

Операторы в режиме реального времени отслеживают ход работ и состояние отдельных устройств группы.

БПЛА - Контроль выполения заданий

В случае необходимости операторы могут переводить отдельные БПЛА или всю группу устройств в режим ручного управления.

БПЛА - Ручное управление

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.

БПЛА - Лог событий

Перераспределение задач между БПЛА при этом осуществляется путем переговоров соответствующих им программных агентов.

БПЛА - Лог переговоров 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

Разработка программно-аппаратного комплекса управления группой беспилотных летательных аппаратов для решения задач предприятий растениеводства

Онтология проектирования точного земледелия: состояние вопроса, пути решения

Стратегия поведения автономного робота в противодействующей среде: ситуационная осведомленность и самоорганизация

Мультиагентная система планирования задач для согласованного управления группой беспилотных летательных аппаратов

Мультиагентная система согласованного управления группой беспилотных летательных аппаратов

Разработка прототипа системы согласованного управления группой беспилотных аппаратов с применением мультиагентных технологий

Узнайте больше про Swarm of Drones