Розроблення алгоритмів оброблення даних у реальному часі для оптимізації трафіку БпЛА

2025

Сучасний стан наукових досліджень та технологій в промисловості, Iss 1(31) (2025)

Предмет дослідження – процеси управління трафіком БпЛА, зокрема алгоритми оброблення великих потоків інформації в реальному часі для забезпечення безпеки, ефективності та оптимального маршруту польотів. Мета роботи – розроблення та впровадження алгоритмів оброблення даних у реальному часі для забезпечення безпечного, ефективного та автоматизованого управління трафіком БпЛА в міських та сільських умовах. Завдання: проаналізувати наявні підходи до управління трафіком БпЛА та технології оброблення інформації в реальному часі; розробити математичну модель, яка бере до уваги особливість маршрутизації БпЛА, зокрема уникнення зіткнень та оптимізацію маршрутів; створити алгоритм оброблення вхідних даних у реальному часі, який інтегрує динамічні зміни трафіку, погодні умови й стан повітряного простору; реалізувати та протестувати запропонований алгоритм у симуляційному середовищі; проаналізувати й порівняти процеси симуляції БпЛА із запропонованим алгоритмом та без. Методи: застосування методів нелінійної оптимізації для побудови маршрутів, що мінімізують витрати енергії, час польоту та ризик зіткнень; використання теоретико-графових моделей для подання повітряного простору як мережі з вузлами (точки маршруту) та ребрами (потенційні траєкторії), що дає змогу ефективно виконувати завдання маршрутизації; використання генетичних алгоритмів для пошуку оптимальних рішень у складних багатофакторних задачах маршрутизації; оброблення інформації на основі фільтрів Калмана; cтворення віртуальних копій повітряного простору для проведення експериментів та оцінювання ефективності алгоритмів у безпечному середовищі. Результати: розроблено алгоритми нелінійної оптимізації, що дали змогу мінімізувати витрати енергії на польоти БпЛА та час виконання завдань; ефективність підходу підтверджено тестуванням, яке показало зменшення середнього часу польоту на 15 %, якщо порівнювати з базовими алгоритмами; побудовано теоретико-графову модель повітряного простору, яка допомагає візуалізувати та аналізувати можливі маршрути; доведено високу точність aлгоритмів фільтрації в прогнозуванні положення БпЛА, навіть за умов нестабільності сигналів GPS; упровадження фільтрів Калмана дало змогу знизити похибку у визначенні місця розташування БпЛА, що є критичним для уникнення зіткнень. Висновки: розроблені методи забезпечують безпечне управління повітряним простором та значно знижують ризики зіткнень БпЛА, що робить їх перспективними для інтеграції в системи міського та регіонального управління; застосування оптимізаційних, кластеризаційних та еволюційних алгоритмів покращує маршрутизацію, знижує витрати енергії та час виконання завдань.

article

English
Russian
Ukrainian

Kharkiv National University of Radio Electronics, 2025.

безпілотні літальні апарати (БпЛА), управління трафіком БпЛА, оброблення даних у реальному часі, оптимізація маршрутів, теоретико-графові моделі, фільтри Калмана, еволюційні алгоритми., Engineering economy, TA177.4-185