Интеллектуальное планирование и навигация БПЛА с использованием векторной карты Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана Научно-учебный комплекс «Информатика и системы управления» (НУК ИУ) Руководитель НУК ИУ Заслуженный деятель науки РФ д. т. н., профессор Матвеев В. А. Москва -2011

ОГЛАВЛЕНИЕ I. Основные сведения о НУК ИУ II. Постановка задачи III. Актуальность задачи IV. Предлагаемый подход V. Алгоритм реализации VI. Выводы и предложения

I. Основные сведения о НУК ИУ 1. Подразделения НУК ИУ ПодразделениеШифрНазвание КафедрыИУ1Системы автоматического управления ИУ2 Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации ИУ3Информационные системы и телекоммуникации ИУ4 Проектирование и технология производства электронной аппаратуры ИУ5Системы обработки информации ИУ6Компьютерные системы и сети ИУ7 Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии ИУ8Информационная безопасность ИУ9Высокопроизводительные компьютерные системы ИУ10Защита информации Научно-исследовательский институтНИИ ИСУИнформатика и системы управления

I. Основные сведения о НУК ИУ 2. Научно-исследовательские и учебно- научные лаборатории НУК ИУ Полное наименование лаборатории Код строки Штатная численность, чел. 123 Учебно-научная лаборатория "Компьютерные информационные системы и технологии" НУК ИУ 1 2 Научно-испытательная лаборатория "МГТУ-ТЕСТ" НУК ИУ 2 4 Электронных устройств ИУ6 3 4 Микропроцессорной техники ИУ6 4 2 Глобальных компьютерных сетей ИУ6 5 2 Цифровой обработки сигналов ИУ Беспроводных сетей ИУ6 7 2 Основ построения ЭВМ ИУ6 8 2 Периферийных устройств ИУ6 9 2 Научно-образовательный центр (НОЦ) по системам ориентации, навигации и стабилизации высокоточных летательных аппаратов ИУ Микропроцессорной техники ИУ Человеко-машинного взаимодействия ИУ Электроники ИУ Телекоммуникационной техники ИУ Проектирования цифровых устройств ИУ НОЦ "Нанотехнологические системы и наноэлектроника" ИУ Натурно-математическое моделирование систем ИУ Интеллектуализация процессов управления ИУ Микропроцессорное управление ИУ Информационные технологии в управлении ИУ1 20 2

I. Основные сведения о НУК ИУ 3. Финансирование научных исследований и разработок в 2010 г. Показатель Код строки Объем финансирования, тыс. р. В том числе из средств министерств, федеральных агентств, служб и других ведомств фондов поддержки научной и научно- технической деятельности субъектов федерации, местных бюджетов российских хозяйствующих субъектов зарубежных источников всего из них Минобрнауки России Всего по НУК ИУ ,322139,8 2404,03200,040236,4535,1

I. Основные сведения о НУК ИУ 4. Состояние материально-технической базы в 2010 г. ПоказательКод строки Стоимость основных средств, тыс. р. В том числе приобретено за отчетный период, тыс. р. Стоимость машин и оборудования, тыс. р. В том числе приобретено за отчетный период, тыс. р Всего по НУК ИУ ,11627,814999,51228,1

I. Основные сведения о НУК ИУ 5. Результативность научных исследований и разработок в 2010 г. Показатель Код строки Количество 123 Монографии 1 12 Научные статьи Сборники научных трудов конференций 3 26 Учебники и учебные пособия 4 22 Заявки на объекты промышленной собственности 5 1 Патенты России 6 2 Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, баз данных, топологии интегральных микросхем, выданные Роспатентом 7 2 Лицензионные договоры на право использования объектов интеллектуальной собственности, заключенные с другими организациями 8 1 Экспонаты, представленные на выставках 9 7 Премии, награды, дипломы 10 4 Диссертации на соискание ученой степени доктора наук, защищенные работниками организации 11 3 Диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, защищенные работниками организации 12 5

II. Постановка задачи Имеется беспилотный летательный аппарат (БПЛА), получающий видеоизображение местности; Имеются показания инерциальной навигационной системы (ИНС) с быстро накапливающейся ошибкой; Работа средств глобальной навигации нарушена полностью либо частично; Требуется скорректировать показания ИНС путем сравнения видеоизображения с картой местности и построить траекторию движения.

III. Актуальность задачи На борту БПЛА, как правило, уже имеется существенная часть оборудования, необходимого для интеллектуальной навигации; Опыт последних лет показывает, что при возникновении международных конфликтов работа средств глобальной навигации может быть нарушена, и необходимы иные навигационные средства; Существующие вычислительные средства вполне позволяют реализовать интеллектуальные алгоритмы.

IV. Предлагаемый подход Подход основан на сопоставлении наблюдаемого изображения с векторной картой местности; Векторная карта требует достаточно скромных объемов памяти; Векторная карта не несет яркостной информации, чувствительной к условиям наблюдений; Интеллектуальное принятие решений имеет высокую надежность и скорость работы.

V.1. Алгоритм реализации Получение кадра Быстрая векторизация Оценка место- положения Отбор векторов карты Сопоставление векторов кадра и карты Оценка достовер- ности Коррекция ИНС и построение траектории

V.2. Быстрая векторизация Векторизация исходного кадра позволяет исключить всю яркостную информацию, оставив данные лишь о геометрии наблюдаемых объектов; На изображении выделяются границы наблюдаемых объектов; Найденные элементы контура объединяются в вектора.

V.3. Векторное сравнение кадра и карты - сопоставление по отрезкам В качестве ключевых точек взяты отрезки, аппроксимирующие контуры объектов; Каждая пара отрезков порождает некоторое множество гипотез, лежащих на одной прямой. Область пересечений таких прямых образует в пространстве поиска кластер верных гипотез; Количество операций минимально и линейно зависит от количества используемых отрезков.

V.4. Векторное сравнение кадра и карты - Сопоставление точка границы - отрезок Ключевые точки обоих изображений различаются – одно изображение использует отрезки, другое – точки контура; Каждая пара точка контура – отрезок порождает множество гипотез, лежащих на одном отрезке. Область пересечения большинства отрезков образует кластер верных гипотез; Количество операций пропорционально числу используемых отрезков и числу точек границы; Не требует операции выделения отрезков.

V.5. Оценка достоверности Учет близких по величине откликов (наличие похожих объектов); Учет физических ограничений (по последовательности найденных положений кадра на карте строится предполагаемая траектория линии визирования).

V. 6. Режим интеллектуального планирования траектории Использование векторной карты местности позволяет БПЛА автоматически корректировать траекторию движения с учетом: - наличия достижимых ориентиров, видимых при текущих погодных условиях; - обхода опасных и нежелательных зон; - оптимизации расхода топлива.

VI. Выводы и предложения НУК ИУ способен разработать и исследовать алгоритм интеллектуальной навигации и построения траектории, использующий векторную карту местности; Портировать программно-аппаратное обеспечение на автономные БПЛА, уже оснащенные аппаратурой видеонаблюдения; Провести эксперименты на статистически обоснованной выборке, подтверждающие высокую точность работы алгоритма и его устойчивость к сезонно-суточным и погодно- климатическим изменениям условий наблюдения.

Спасибо за внимание!