Мультиагентная система управления группой автономных необитаемых подводных аппаратов

О системе

Мультиагентная система Swarm of Submarines — представляет собой инструмент управления в реальном времени совместными действиями автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) для распределенного решения задачи патрулирования и мониторинга заданной территории с учетом их особенностей: ограничений диапазонов и физических принципов связи.

Целевое назначение

АНПА используются для исследования морских глубин, в основном, выполняя следующие задачи:

  • прокладка подводных кабелей;
  • обследование подводных трубопроводов;
  • проведение подводных научных исследований в различных областях.

Вместе с тем имеются актуальные задачи, которые эффективно могут быть решены только при использовании группы АНПА, действующих по единому замыслу во взаимодействии друг с другом. Такими задачами являются:

  • обеспечение поиска подводных месторождений углеводородов методом донного зондирования;
  • поиск донных объектов (например, мин, затонувших кораблей и самолетов) в назначенном районе относительно большой площади;
  • нейтрализация подводного нарушителя, вошедшего в охраняемый район.

Для эффективного выполнения таких задач требуется обеспечение взаимной координации АНПА в режиме реального времени, желательно с частичной или полной автоматизацией процессов принятия решений.

МАС АНПА представляет собой распределенную интеллектуальных систему, состоящую из автономных интеллектуальных бортовых систем, способных к согласованному взаимодействию и совместному решению сложных задач.

Принципы работы системы

Для создания распределенной системы используется сетецентрический подход, заключающемся в отсутствии единого командного центра по принятию решений (может иметь лишь некоторые возможности для координации), при использовании прямого взаимодействия систем между собой для их самоорганизации. Главный принцип такого рода сетецентрических систем может быть сформулирован следующим образом: задача должна решаться так локально, как это только возможно, но при этом и так глобально, как это требует ситуация.

МАС АНПА имеет распределенную архитектуру. Автономные проактивные агенты, составляющие систему, решают свои локальные задачи:

  • обеспечение за определенным квадратом акватории,
  • выбора безопасного без столкновений маршрута,
  • поддержание необходимого запаса заряда батарей,
  • обеспечение сеансов связи с базой и идентификацией определенных целей (задач для каждого АНПА).

Согласование своих действий каждый агент АНПА производит в мягко запланированных временных окнах, которые подвижны и могут перемещаться по времени в зависимости от ситуации. При невозможности выполнения задачи передаются другим агентам, с возможной потерей качества выполнения заданий в угоду оперативности и достоверности.

Метод адаптивного планирования, который используется в работе системы, базируется на введении функций удовлетворенности каждого агента системы, описывающие отклонения атрибутов параметров от желаемых идеальных значений.

Каждый агент получает описание предметной области из локальной онтологии, являющейся частью онтологии региона. Текущее состояние сцены формируется путем коррекции онтологических сцен отдельных агентов. Общая направленность поведения агентов задается в онтологии, поведение агентов направлено на получение локально оптимальных параметров.

В текущей сцене возможны временные ухудшения состояний отдельных агентов, однако вся система направлена на автоматическую адаптацию в требуемом направлении. Потеря одного или нескольких аппаратов не приводит к срыву задания, а только увеличивает время его выполнения и возможно, к ухудшению качества.

Функциональные возможности системы

  • Автоматическое построение расписания работы отдельных АНПА в составе группы по поступающим событиям;
  • Определение порядка совместных действий и формирование заданий в соответствии с указанными пользователем критериями качества и заданной территорией;
  • Динамическая корректировка задания и роли каждого АНПА в ходе его выполнения с учетом текущих наборов технических средств и характеристик, а также поступающих событий (например, выход из строя одного из аппаратов) в режиме реального времени;
  • Задание и изменение исходных данных для планирования (например, данных о технических характеристиках аппарата) в ручном режиме оператором или получение их от внешних систем;
  • Реализованные механизмы интерактивного взаимодействия оператора и группы АНПА для решения спорных ситуаций;
  • Расчет маршрутов с учетом рельефа территории и объектов тактической обстановки;
  • Широкие возможности интеграции с внешними системами.

Ожидаемые результаты

Создаваемый в настоящее время экспериментальный образец МАС АНПА должен доказать возможность автономного управления системой АНПА для решения задач патрулирования акваторий. Он будет исследован на предмет гибкости и эффективности планирования при реализации заданных миссий.

Полученные результаты позволят на практике отработать важные новые принципы построения систем коллективного управления интеллектуальными подвижными объектами, переносимые непосредственно в робототехнику, что в последствии даст возможность начать перспективнее разработки распределённых систем управления коллективами АНПА в их натурном воплощении.

В дальнейшем разработанные модули будут доработаны и перенесены в бортовые версии АИС для размещения на реальных надводных и подводных судах.

Узнайте больше про Swarm of Submarines