Методика формирования требований к характеристикам информационного обеспечения систем управления беспилотных авиационных транспортных систем

Цель исследования заключается в разработке и описании методики формирования требований к характеристикам информационного обеспечения функционирования системы управления (СУ) беспилотной авиационной транспортной системы (БАТС) для обеспечения безопасности полетов.

Методы. Предлагаемая методика формирования требований к характеристикам информационного обеспечения функционирования СУ БАТС основана на методах системного анализа, когнитивном подходе и методах многокритериального анализа решений.

Результаты. Рассмотрены и описаны основные задачи, решаемые на этапе определения концепции, в том числе оценка требований к показателям функционирования, описание функциональной архитектуры и физической реализации, а также их валидация. В рамках архитектурного проектирования и анализа определен набор подсистем, присутствие которых в СУ БАТС требуется для реализации функций и соответствия функциональным требованиям, а также соответствующий набор модулей каждой подсистемы. Проанализированы преимущества и недостатки различных вариантов функциональной архитектуры подсистем СУ БАТС. На основе результатов формирования концепции и архитектурного проектирования и анализа обобщены и представлены основные и вспомогательные характеристики информационного обеспечения СУ БАТС. Показано, что для решения задачи оценки влияния характеристик информационного обеспечения на показатели функционирования технологий интеллектуальной автомати-зации управления БАТС следует применять когнитивный подход и методы многокритериального анализа решений. Применение предложенной методики формирования характеристик информационного обеспечения СУ БАТС показано на примере реальной транспортной задачи.

Заключение. Предложенная методика позволяет формировать требования к информационному обеспечению СУ БАТС и его характеристикам, исходя из целевого назначения системы и ее функциональной архитектуры (в том числе к составу и структуре информационных потоков, формату представления и передачи данных, частоты предоставления информации и т.д.) для обеспечения требуемой адекватности, полноты и своевременности предоставления информации, требуемой для принятия решений.

1. Новиков Д.А. Классификации систем управления // Проблемы управления. 2019; 4: 27-42.

2. Синтез интеллектуальных автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами / С. Орешкин, А. Спесивцев, И. Дайманд, В. Козловский, В. Лазарев // Автоматизация в промышленности. 2013; 7: 3-9.

3. Качала В.В. Общая теория систем и системный анализ. М.: Горячая линия – Телеком, 2017.

4. Филимонюк Л.Ю. Модели повышения безопасности авиационных систем в условиях критических сочетаний событий // Труды 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами». Тула, 2018; 8: 157-161.

5. Jharko E., Abdulova E., Iskhakov A. Unmanned Vehicles: Safety Management Systems and Safety Functions. Futuristic Trends in Network and Communication Technologies // FTNCT 2020. Communications in Computer and Information Science. 2021; 1396: 112-121. https://doi.org/10.1007/978-981-16-1483-5_11.

6. Полтавский А.В., Рякин А.В. Обеспечение безопасности полетов беспилотных летательных аппаратов // Научный вестник МГТУ ГА. 2007; 119: 152-157.

7. Прототип системы обеспечения траекторной безопасности полета / Б.С. Алешин, С.Г. Баженов, В.Г. Лебедев, Е.Л. Кулида // Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2014). М., 2014. С. 3351-3361.

8. Белый О.В., Малыгин И.Г., Цыганов В.В. Интеллектуальные транспортные системы: концептуальные основы построения // Материалы 7-й Международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем» (MLSD-2013). М.,2013; т.1, с. 20-22.

9. Бузиков М.Э., Васильев С.Н. Гибридная технология интеллектуального управления // Тезисы докладов научной конференции «Ломоносовские чтения». М.,2018. С. 112-114.

10. Применение гибридных методов в интеллектуальных системах управления / А.Ф. Пащенко, Ф.Ф. Пащенко, А.Д. Вислогузов, Ф.В. Морозов, Л.Д. Хижинская, С.В. Гуляев // Датчики и системы. 2023; 2: 51-58.

11. Евдокименков В.Н., Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г. Распределенная интеллектуальная система управления группой беспилотных летательных аппаратов: архитектура и Программно-математическое обеспечение // Известия ЮФУ. Технические науки. 2016; 1(174): 29-44.

12. Интеллектуальная система управления автономным беспилотным летательным аппаратом / В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов, И.Б. Гарцеев, Д.В. Евстигнеев, К.С.. Колядин // Известия ЮФУ. Технические науки. 2006; 3: 141-143.

13. Иванец В.М., Лукьянчик В.Н., Мельник В.Н. Особенности управления беспилотными летательными аппаратами в составе беспилотной интеллектуальной авиационной системы на основе технологий искусственного интеллекта // Военная мысль. 2022; 9: 100-109.

14. Подвесовский А.Г., Лагерев Д.Г., Коростелев Д.А. Применение нечетких когнитивных моделей для формирования множества альтернатив в задачах принятия решений // Вестник Брянского государственного технического университета. 2009; 4(24): 77-84.

15. Подвесовский А.Г., Исаев Р.А. Построение оптимальной метафоры визуализации нечетких когнитивных карт на основе формализованных критериев когнитивной ясности // Научная визуализация. 2019; 11(4): 115-129.

16. Захарова А.А., Подвесовский А.Г., Исаев Р.А. Математическое и программное обеспечение поддержки когнитивного моделирования слабоструктурированных организационно-технических систем // Международная конференция CPT2019. Нижний Новгород, 2019. С. 131-141.

17. Zakharova A., Podvesovskii A. Model for Optimization of Heterogeneous Cargo Transportation Using UAVs, Taking into Account the Priority of Delivery Tasks / Agriculture Digitalization and Organic Production. ADOP 2023. Smart Innovation, Systems and Technologies. 2023; 362: 257-268. https://doi.org/10.1007/978-981-99-4165-0_24.

18. Zakharova A., Podvesovskii A. Application of Visual-Cognitive Approach to Decision Support for Concept Development in Systems Engineering // IFAC-PapersOnLine. 2021; 54(13): 482-487. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2021.10.495.

19. Щербатов И.А. Автономность функционирования и степень интеллектуальности сложных технических систем // Информатика и системы управления. 2016; 3(49): 105-118. https://doi.org/10.22250/isu.2016.49.105-118.

20. Клименко А.Б. Повышение ресурсной эффективности распределенных архитектур систем обработки данных на основе априорных данных о поздних сроках завершения работ // Известия Юго-Западного государственного университета. 2023;27(2):124-139. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2023-27-2-124-139.

21. Розенберг И.Н. Интеллектуальное управление транспортными системами // Economic Consultant. 2016; 3(15): 26-32.

22. Мартышкин А.И., Кирюткин И.А., Мереняшева Е.А. Автотестирование встраиваемой реконфигурируемой вычислительной системы // Известия Юго-Западного государственного университета. 2023;27(1):140-152. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2023-27-1-140-152.

23. Агеев А.М., Попов А.С. Требования к надежности бортовых комплексов управления беспилотных летательных аппаратов различного класса // Воздушнокосмические силы. Теория и практика. 2018; 7(7): 95-101.

24. Клименко А.Б. Методика выбора способа управления распределенными информационными системами в условиях высокой динамики сетевой инфраструктуры // Известия Юго-Западного государственного университета. 2022;26(1):57-72. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2022-26-1-57-72.

25. Analysis and Determination of Minimum Requirements of an Autopilot for the Control of Unmanned Aerial Vehicles (UAV). Advances and Applications in Computer Science, Electronics and Industrial Engineering / H. Loya, V. Enríquez, F.W. Salazar, C. Sánchez, F. Urrutia, J. Buele // CSEI 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020; 1078: 129-142. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33614-1_9.

26. Макаров М.В., Астафьев А.В., Семенов И.А. Исследование интеллектуальных элементов управления мобильным роботом и обеспечение информационной безопасности процесса его функционирования в динамической среде // Известия Юго-Западного государственного университета. 2022;26(2):72-86. https://doi.org/ 10.21869/2223-1560-2022-26-2-72-86.

27. SongWei F., HongWei B. The application requirement analysis and system design of shipborne small multi-rotors unmanned aerial vehicle // Proceedings 2013 International Conference on Mechatronic Sciences, Electric Engineering and Computer (MEC). 2013; 2812-2816. https://doi.org/10.1109/MEC.2013.6885508.

28. Андронов В.Г., Чуев А.А., Юдин И.С. Методика определения отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории по параллаксам изображений подстилающей поверхности // Известия Юго-Западного государственного университета. 2022;26(2):122-141. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2022-26-2-122-141.

29. Beainy F., Mai A., Commuri S. Unmanned Aerial Vehicles operational requirements and fault-tolerant robust control in level flight // 17th Mediterranean Conference on Control and Automation. 2009; 700-705. https://doi.org/10.1109/MED.2009.5164625.

30. Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э., Ковалев В.В. Особенности поддержки принятия управленческих решений в системе управления логистическими потоками транспортно-складского комплекса // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021; 25(2): 107-122. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2021-25-2-107-122.

31. Агеев А.М., Макаров И.В. Методика синтеза программно-аппаратных комплексов автоматизированной разработки систем управления полетом беспилотных летательных аппаратов // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2016; 8: 1267-1278.

32. Клименко А. Б. Методика выбора способа управления распределенными информационными системами в условиях высокой динамики сетевой инфраструктуры // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021; 25(3): 136-151. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2021-25-3-136-151.

33. Dalamagkidis K., Valavanis K.P., Piegl L.A. UAS Safety Assessment and Functional Requirements. On Integrating Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System // Intelligent Systems, Control and Automation: Science and Engineering. 2012; 54: 91-123. https://doi.org/10.1007/978-94-007-2479-2_5.

34. Андронов В. Г., Чуев А. А., Князев А. А. Модель параметров отклонений маршрута полёта беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021; 25(4): 145-161. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2021-25-4-145-161.

35. Инсаров В.В., Тихонова С.В., Дронский С.А. Концепция построения интеллектуальных систем управления автономных беспилотных летательных аппаратов с реализацией функции ситуационной осведомленности // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018; 19(2): 111-119. https://doi.org/10.17587/mau.19.111-119.

36. Нгуен В.В., Усина Е.Е. Динамические модели управления и стабилизации движения манипулятора беспилотного летательного аппарата // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020; 24(4): 200-216. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2020-24-4-200-216.