Главная / Исследователи разработали программное обеспечение, чтобы предсказать и предотвратить столкновение дронов
16.12.2015 |
|
 Когда Джефф Безос представил свое видение дронов, поставляющих пакеты для клиентов Amazon во время 60-минутного сегмента в конце 2013 года, многие люди посчитали его научной фантастикой. Два года спустя беспилотные летательные аппараты готовы стать технология не только для доставки пакетов, но и для мониторинга в сельском хозяйстве, сборе новостей в городских условиях и даже проведении поисково-спасательных миссий.
Но прежде, чем беспилотная авиация может стать распространенной, должна быть разработана новая инфраструктура для определения путей полета при малых высотах, регулирования движения в густонаселенных районах и предотвращения столкновений.
На этом фронте Стэнфордская лаборатория интеллектуальных систем является частью широкого партнерства с НАСА, с целью создать транспортную систему управления беспилотными летательными аппаратами, чтобы управлять ожидаемым всплеском беспилотных полетов.
НАСА предполагает, что система будет в состоянии поддерживать оркестровку огромного количества беспилотников без операторов управления воздушным движением, проводящих мониторинг каждого транспортного средства в воздухе. Ключевой атрибут этой системы включает в себя автоматизированное предотвращение конфликтов. Программное обеспечение может привести в готовность нескольких дронов при появлении возможности столкновения, и вычислить маневры, необходимые для того, чтобы избежать его.
Само прогнозируемое количество сделает нецелесообразным копирование управляемой человеком системы воздушным движением для регулирования полетов беспилотников. Сегодня Федеральное управление гражданской авиации имеет 15000 человек, управляющих примерно 87000 пилотируемыми рейсами По в день.
Дроны Amazon в одиночку могут затмить эти цифры. По консервативным оценкам, около 40 млн абонентов Amazon Prime могут генерировать 130000 поставок беспилотников в течение одного обычного торгового дня. И в это число не входят десятки других компаний, включая Google и Matternet, которые также развивают коммерческие операций беспилотников.
НАСА предполагает, что преимущественно автономная система на основе облака UTM будет раскатывать в серии из четырех сборок с увеличением возможностей. Первая сборка, которая был выпущена в августе, в основном сосредоточена на установке геозон – основанных на GPS коридорах для полета беспилотников, с целью поддержания безопасности и эффективности.
Такая сборка может работать для приложений ведения сельского хозяйства. Но как только речь заходит о том, чтобы начать перемещать дронов вокруг городских районов, то все заметно усложняется.
Команда Стэнфордского университета считает, что автоматизированное избегание конфликта является наилучшим способом для того, чтобы повысить плотность полетов в местах большого скопления людей. Но автоматизация предотвращения конфликтов, чтобы регулировать трафик множества дронов, потребует новых алгоритмов для прогнозирования и предотвращения потенциальных столкновений.
Ранее исследователи разработал новый подход к предотвращению столкновений, который настоящее время включены в систему следующего поколения для пилотируемых летательных аппаратов, которые могли бы служить в качестве строительного блока для такого протокола. Система использует процесс, известный как динамическое программирование, чтобы выяснить оптимальные стратегии предотвращения столкновений. В ней программное обеспечение предупреждает операторах об потенциальном риске и рекомендует маневр, чтобы избежать столкновений. Результатом стало то, что система значительно улучшила безопасность, снижая количество ненужных предупреждений.
Исследователи адаптировали некоторые из методов и применил их к разработке автоматизированной системы предотвращения столкновений для беспилотных летательных аппаратов. Но ожидаемая плотность беспилотников создал совершенно новый уровень сложности для исследователей. В традиционной авиации конфликты между более чем двумя самолетами являются довольно редкими. Но в ограниченном воздушном пространстве города конфликты могут легко включать в себя трех или больше дронов - например, в случае, когда несколько пакетов доставляются в один и тот же адрес.
Поскольку число беспилотников растет, то проблема предотвращения столкновения становится экспоненциально сложнее – такую проблему математики называют проклятием размерности. Таким образом, необходимо придумать более эффективные способы, чем простой подбор грубой силы и перебор всех возможных решений.
Чтобы преодолеть проклятие, архитектура облачных вычислений отделяет несколько конфликтующих самолетов в парные проблемы. Она быстро подбирает лучшее действие для каждой пары дронов из таблицы, предсказывающей траекторию полета каждого дрона. Затем сервер координирует каждой из этих попарных решений и выдает совместный порядок для всех участвующих дронов.
За несколько миллисекунд, десяток дронов, поставляющих пакеты, будут точно знать, какие маневры следует принять, чтобы обеспечить безопасный путь полета для каждого из них. Чтобы проверить этот подход, исследователи провели более 1 млн моделирования столкновений между 2-10 беспилотниками. Они сравнили их попарное решение с другими решениями, такими как менее скоординированная стратегия, в которой каждый беспилотник реагирует только с ближайшей к нему угрозы. Их попарное решение показало значительное улучшение безопасности, более быстрое принятие решений и снижение количества уведомлений.
|
|
