От автора: предлагая свое видение, автор не претендует на установленную классическую терминологию, но ориентируется на мышление целевой аудитории инженеров в области аэронавигационного обеспечения.
Ничков Сергей Анатольевич – руководитель Программы БАС МКАА «Безопасность полетов», ветеран системы управления воздушным движением, член Международного общественного движения «Аэронавигация без границ»
Пространственное определение
Материальные объекты обладают множеством точечных определений, которые в совокупности формируют образ материального объекта. Исходя из этого понятийного представления любую область, а в нашем случае воздушное пространство, можно представить как множество вполне определенных позиционных точек. При назначении условной начальной координаты счисления можно определить и обозначить координатную составляющую любой другой точки этого пространства.
Поскольку, изначально, принято понятие назначения координат точек условного пространства, то можно выполнить оцифровку любых объектов, включая точечные, с присвоением (назначением) конкретного числового потенциала.
Итак, все условные или обособленные пространства определяются множеством точек с относительными координатами (числовыми) значениями (величинами) в трехмерном измерении.
Условными значениями этих точек будем определять в трехосевом направлении с назначением каждой оси своего индекса (показателя) X,Y и Z. Относительной начальной координаты, которая будет иметь значения X0,Y0 и Z0, в дальнейшем каждая точка будет описываться координатами, типа: Xn+1, Yn+1 и Zn+1 , где n — условное название (наименование) точки пространства. Количество точек, в потенциалом n+1 в условном пространстве, будет обосабливаться зависимостью линейных определений и достигаемого (установленного) уровня разностных потенциалов с учетом установленных точностных характеристик.
Индексы точек будут иметь вполне определенное место в совокупной матрице точек условного пространства.
Точка также может восприниматься и как некий материальный объект со своими геометрическими параметрами (формами).
Исходя из установленного структурного понимания положения точек и при установлении обособленного разностного линейного потенциала в пространстве между ними, можно установить безопасную линейную величину, при которой точки могут выполнять свои функциональные (динамические) действия, связанные с направлением (вектором) движения (перемещения).
Статические и динамические точки
Из определения о наличии в пространстве множества материальных точек формируется общая пространственная сущность, в которой при отсутствии на точки временного воздействия (начальное состояние) можно отнести к статическим (неподвижным) точкам (объектам). С применением временной составляющей к точкам обладающим способностью изменения пространственного (численного) потенциала формируется динамическая (подвижная) область в пространстве и такие точки являются динамическим.
Формула движения в пространстве
Движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени «Относительно других тел» — очень важные слова в этом определении. Для реализации движения нам нужны:
- точка ( объект) отсчета;
- система координат;
- часы.
В совокупности эти три параметра образуют систему отсчета.
Основы движение описываются в разделе физики — кинематика. Он отвечает на вопрос, как движется точка (тело).
Одной из основных задач движения является определение положения точки (объекта) относительно других точек (объектов) в данный момент времени.
Для решения этой задачи помогает формула движения, то есть зависимость координаты точки от времени х = х(t), когда:
x(t) = x0 + vxt
где:
- x(t) — искомая координата в момент времени t [м];
- x0 — начальная координата [м];
- vx — скорость тела в данный момент времени [м/с];
- t — момент времени [с].
Здесь не рассматриваются классические основы движения, тем не менее необходимо определить, что:
- движение точек относительно начальной координаты осуществляется в учетом временной составляющей, которое формирует линию пути (маршрут) при движении этих точек;
- поскольку временная величина является константой в формуле движения, то при определении потенциальных динамических возможностей точки применяется скоростная составляющая, позволяющая обеспечить движение точки во временном интервале.
«Облако» точек
Все координаты точек (объектов) движения в установленном пространстве можно отнести к совокупности обособленного массива (облака) с числовыми характеристиками, подверженным математическим манипуляциям.
Определив наличие точек и выполнив их идентификацию (установление потенциала), представится возможность и необходимость формирования алгоритмов их взаимодействия и организацию движения в целом.
Технология саморегулирования и самоэшелонирования
Существуют множество концепций контроля и регулирования движения точек (объектов) в воздушном пространстве. Во первых, для создания эффективной системы предотвращения столкновений в первую очередь необходимо научиться точно определять положение объекта относительно статических и движущихся других объектов. Механизмы применяемые для решения этих задач устанавливаются на подвижных объектах и к ним относятся, такие как: лидары, видеокамеры, радары, датчики GPS и др. средства.
Второе, – это то, что мобильные объекты являются важной ступенью на пути к созданию умных летательных аппаратов, обладающих полной автономностью. В большинстве своем такие объекты будут использовать массив датчиков с высоким разрешением и частотой обновления, которые передают данные о положении устройства в систему управления полетом.
В настоящее время наиболее известны следующие технологии предотвращения столкновений: ИК-методы, лидарные системы, монокулярное зрение, стереозрение, ToF- системы и т.д.
Предлагаемая, в отличии от традиционных концепций, технология ориентируется на предоставлении мобильными объектами обособленных данных о своем местоположении при взаимном обмене данными с последующим автономном принятии решение по оптимизации движения и автоматического уклонения (избегания) от столкновений (система Detect And Avoid (DAA)). Технология DAA является той самой «волшебной палочкой», призванной предотвращать конфликтные ситуации в воздухе.
Принцип работы DAA в массиве U-space можно отнести к трем группам:
- обнаружение и отслеживание движения окружающих точек (объектов) на предмет потенциально опасных действий;
- непосредственная идентификация опасных действий в массиве U-space;
- предотвращение опасных и конфликтных ситуаций и построение безопасного маршрута — уклонения и выполнение маневра уклонения.
Таким образом, применение DAA массива U-space будет является основой автономной системы саморегулирования и самоэшелонирования точек (объектов) движения.
Относительно статических точек (объектов) массива U-space будет сформирована матрица с неизменной постоянной базой используемой при вычислении маршрутов движения объектов с временной переменной.
Решение задач DAA массива U-space
Алгоритмом реализации поставленных задач DAA станут реализация технических решений на базе бортового компьютера мобильных объектов. Пересчет (перебор) цифровых координат динамических точек транслирование своих данный местоположения и прием координат динамических точек смежных мобильных объектов позволит сформировать внутреннюю виртуальную среду, которая на машинном уровне обеспечит каждому мобильному объекту возможность оптимального выполнения поставленных миссий.
Новые технические решения предполагают разработку и функциональную реализацию бортового комплекса обработки большого объема информационных принимаемых и передающих данных на платформе массива U-space.
Оперативно мобильные объекты будут считаться частью экосистемы U-space с момента идентификации своего индекса в общем потоке данных массива U-space и входом в систему согласно своей временной активации.
Очевидно, бортовые системы типа: ИК- системы, лидарные системы, монокулярное зрение, стереозрение, GPS, ToF-системы и т.д. при необходимости будут на инструментальном уровне поддерживать функционирование бортовых нейросетей (НС) и искусственного интеллекта (ИИ) мобильного объекта.
Основными технологическими решениями в U-space будут реализация когнитивных, виртуальных и нейро технологий.
Принятие решений по оптимизации движения будет осуществляться на основе ИИ мобильных объектов.
Вывод
Внедрение новой технологии пространственного распределения и применение ИИ при движении мобильных объектов в U-space значительно упростит взаимодействие составляющих элементов экосистемы и сформирует независимую от интеллекта человека новую автономную транспортную платформу городской инфраструктуры.
Ничков С.А., 02.01.2023, Москва.
