Интеллектуальные технологии в беспилотных системах

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ 

ТЕХНОЛОГИИ 

В БЕСПИЛОТНЫХ

СИСТЕМАХ

В.А. ГВОЗДЕВА

Москва

ИНФРА-М

2022

УЧЕБНИК

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебника для студентов 

высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 

09.03.02 «Информационные системы и технологии», 

24.03.04 «Авиастроение» (квалификация (степень) «бакалавр») 

(протокол № 11 от 09.11.2020)

удк 629.053(075.8)
ббк 39.17я73
 
г25

гвоздева в.а.

Г25 
 
Интеллектуальные технологии в беспилотных системах : учебник / 

В.А. Гвоздева. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 176 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1083296.

ISBN 978-5-16-016143-3 (print)
ISBN 978-5-16-108498-4 (online)

В учебнике рассмотрена работа по применению интеллектуальных 

технологий в беспилотных системах. Дано описание методики исследования, изложены результаты проведенной работы, а также их интерпретация. 
Изучены основы управления интеллектуальными беспилотными системами. Описаны основные понятия и определения, история развития, 
основы управления данными в беспилотных системах. Приведены основные методы и модели, используемые в интеллектуальных беспилотных 
системах. Рассмотрены вопросы управления данными в беспилотных 
системах различных видов деятельности.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Для подготовки студентов вузов и колледжей по специальностям, пред
полагающим изучение дисциплин, связанных с интеллектуальным управлением в беспилотных системах.

УДК 629.053(075.8)

ББК 39.17я73

ISBN 978-5-16-016143-3 (print)
ISBN 978-5-16-108498-4 (online)
© Гвоздева В.А., 2021

Список принятых сокращений

АЗН-В — автоматическое зависимое наблюдение-вещание
АНПА — автономный подводный аппарат
АС — автоматизированная система
АУС — авианесущее соединение
БА — беспилотный автомобиль
БАС — беспилотная авиационная система
БД — база данных
БЗ — база знаний
БЛС — беспилотные летательные системы
БНС — беспилотные наземные системы
БПАЛА — беспилотный автоматический летательный аппарат
БПЛА — беспилотный летательный аппарат
БС — беспилотная система
БЦВМ — бортовая цифровая вычислительная машина
ГБО — гидролокатор бокового обзора
ДПАС — дистанционно пилотируемая авиационная система
ДПЛА — дистанционно пилотируемый летательный аппарат
ДУАС — дистанционно управляемая авиационная система
ДУЛА — дистанционно управляемый летательный аппарат
ИИ — искусственный интеллект
ИИБ — информационная интеллектуальная база
ИИТ — информационные интеллектуальные технологии
ИСУ — интеллектуальные системы управления
ИСУЖТ — интеллектуальная система управления железнодорожным транспортом
ЛА — летательный аппарат
МВ — механизм вывода
МВД — Министерство внутренних дел
МИНС — малогабаритная инерциальная интегрированная 
систем

Список принятых сокращений

МЛЭ — многолучевой эхолот
ММ — модель местности
МСЭ — Международный союз электросвязи
МЧС — Министерство по делам гражданской обороны, 
чрезвычайным ситуациям и ликвидациям последствий стихийных бедствий
НКУ — наземный комплекс управления
ННА — надводный необитаемый аппарат
НПДУ — наземный пункт дистанционного управления
ООН — Организация Объединенных Наций
ООСУБД — объектно-ориентированная система управления базой данных
ОРСУБД — объектно-реляционная система управления 
базой данных
ОС — операционная система
ПО — программное обеспечение
ППРЧ — псевдослучайная перестройка рабочей частоты
ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина
СПИ — система пользовательского интерфейса
СУ — система управления
СУБД — система управления базой данных
ТНПА — телеуправляемый необитаемый подводный аппарат
ТПА — телеуправляемые подводные аппараты
ЭВМ — электронно-вычислительная машина
ЭС — экспертная система
ASP — application service provider (поставщик сервиса приложений)
BI — business intelligence (бизнес-аналитика)
BPM — business performance management — управление эффективностью бизнеса
CRM — customer relationship management (система управления взаимоотношениями с клиентами)

Список принятых сокращений

DDL — data definition language (язык определения данных 
для схемы)
DML — data manipulation language (язык манипулирования 
данными)
ER — entity-relationship (сущность-связь)
ERP — enterprise resource planning (планирование ресурсов 
предприятия)
ETL — extraction, transformation, loading (извлечь, преобразовать, загрузить)
ICAO — International Civil Aviation Organization (Международная организация гражданской авиации ИКАО)
KDD — knowledge discovering in databases (обнаружение 
знаний в базах данных)
ML — machine learning (машинное обучение)
OLAP — online analytical processing (интерактивная аналитическая обработка)
SBML — systems biology markup language (системный биологический язык разметки)
SQL — structured query language (структурированный язык 
запросов)
WFS — web feature services (веб-служба)
WMS — web map services (сервис веб-карт)

Введение

Четвертая промышленная революция кардинально меняет 
прежние экономические, общественные и иные отношения. 
На современном уровне развития и тенденций совершенствования вычислительной техники, информационных технологий, искусственного интеллекта возникают совершенные 
интеллектуальные системы управления (ИСУ) с элементами 
искусственного разума. Мир стоит на пороге интеллектуальной революции, а экономическая и транспортная сферы 
уже оказались активно вовлечены в нее.
Двигателем четвертой промышленной революции станут 
«умные» технологии. В основе цифрового интеллектуального 
мира будет технология 5G, обеспечивающая три краеугольных 
камня нового цифрового мира: сверхширокополосный мобильный доступ; абсолютно надежную связь с низкими задержками; массовое подключение устройств интернета. На них 
работают критически важные приложения и беспилотные автомобили, базируются процессы автоматизации промышленности, концепции «умного» дома, «умного» города, «умных» 
дорог, 3D-видео, технологии дополненной и виртуальной реальности, 4K-разрешение и облачные сервисы.
В июне 2015 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) 
разработал план развития технологии мобильной связи 5G 
и определил ее название  — «IMT-2020» (International Mobile 
Telecommunications). Высокоскоростной интернет по этой 
технологии будет обеспечивать среднее количество одновременных подключений 1 млн на 1 км2.
На повестку дня встают сложные вопросы разработки 
и внедрения беспилотных систем и машин, т.е. управляемых 
без непосредственного участия человека. В мире создаются 
различные беспилотные комплексы того или иного назначения. Использование автономных роботов в авиации, кос

Введение

мосе, транспортной отрасли, автомобилестроении, сельском 
хозяйстве, военном деле, медицине, разных областях промышленности и т.д. ведет к повышению уровня развития этих отраслей и экономической эффективности затраченных труда 
и средств. Сегодня беспилотные аппараты уже могут ездить 
по вертикальным стенам, передвигаться по поверхности морей 
и океанов и бороздить подводные просторы. Создаются автономные устройства, которые способны как летать, так и плавать под водой.
Задачей настоящей книги было представить описание результатов изучения темы об управлении беспилотными системами с помощью интеллектуальных технологий, а также 
тесно связанных с ней тем.
Интеллектуальная система управления — система управления, обладающая целенаправленной свободой выбора своих 
управляющих решений [28]. Cовременные ИСУ, как правило, 
имеют базы знаний и данных строгой целевой направленности. Поэтому такие системы применяются для объектов той 
области, в которой они используются.
Уже сейчас существующие ИСУ с элементами искусственного интеллекта имеют многопрофильные базы знаний и данных, осуществляют самостоятельное непрерывное и активное 
их пополнение, формируют управляющие решения в условиях 
неопределенности на основе построения аналогий из смежных областей знаний. Как правило, такие системы управления 
сами по себе являются сложными системами с большим числом иерархических уровней.
Например, система управления опытной дистанционно 
управляемой авиационной системы (ДУАС) «Бумеранг» 
построена на принципах открытой архитектуры и имеет 
шесть иерархических уровней. На каждом из уровней есть 
своя ИСУ с подсистемами летательных аппаратов (ЛА) и совмещенными базами знаний (БЗ), базами данных (БД): собственного состояния, планирования поведения и состояния 
окружающей среды (контуры согласования). Каждый из уров

Введение

ней отличается диапазоном ответственности управляющих 
решений.
Отечественная беспилотная авиация сейчас находится 
на этапе становления и бурного развития, особенно в сфере малых и средних беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). 
В России насчитывается десяток производителей, ведущих 
активную деятельность в области разработки, производства 
и эксплуатации беспилотников. Летательные беспилотники 
уже сейчас успешно применяются в электроэнергетике и добывающей промышленности, полиции и специальных службах, дорожном хозяйстве и коммунальных службах, сельском 
хозяйстве, строительстве и др.
Беспилотные летательные аппараты могут выполнять [35]:
 
• для электроэнергетики: фотографирование объектов и территорий, авиационное беспилотное обследование вдоль 
трассовых линий электропередачи, тепловизионные съемки 
объектов и территорий, стереосъемки объектов и участков 
территорий;
 
• для газовиков: авиационное беспилотное патрулирование 
трасс магистральных трубопроводов, авиационное обследование линейной части магистральных газопроводов по материалам авиационной беспилотной и космической съемки, 
картографирование объектов реконструкции и строительства по материалам авиационной беспилотной съемки;
 
• для нефтяников: поиск утечек, оперативное картографирование, поиск врезок, круглосуточное патрулирование, получение ортофотопланов, контроль производственных работ 
на объектах строительства и реконструкции по материалам 
авиационной беспилотной съемки;
 
• для Министерства внутренних дел (МВД) и Министерства 
по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям 
и ликвидациям последствий стихийных бедствий (МЧС): 
аэрофотосъемка и картографирование, мониторинг сельскохозяйственных угодий, прибрежной зоны, границ, криминогенной и чрезвычайных ситуаций;

Введение

 
• для железнодорожников: оснащение ремонтно-восстановительных поездов авиадронами для разведки местности и передачи визуальной информации в условиях экстремальных 
температур, высокой скорости ветра, ограниченности связи, 
удаленности от населенных пунктов.
Беспилотные автомобили уже становятся частью современной жизни. Для безлюдного управления движением они 
располагают высокоинтеллектуальными интегрированными 
навигационными системами, высокочувствительными датчиками, оптическими дальномерами, внутренними камерами. 
Это позволяет автомобилям передвигаться самостоятельно 
с соблюдением правил дорожной безопасности. Внедрение 
технологии 5G позволит добиться высокоскоростного и безопасного движения беспилотного автомобиля.
В России над созданием отечественных беспилотных систем 
работают совместно такие компании, как Яндекс, КаМАЗ 
и НАМИ.
Кроме «умных» автомобилей должны быть и «умные» 
дороги, оснащенные чувствительными сенсорами и помогающими автотранспорту беспилотно передвигаться по маршрутам и безопасно осуществлять необходимые маневры на дороге. Например, в Китае такое «умное» скоростное шоссе уже 
появилось.
На железнодорожном транспорте также работают над созданием беспилотных систем управления. Стандарт МЭК 62290 
(2014 г.) для реализации беспилотной системы управления 
предусматривает степени автоматизации и функции: от 0-й, 
когда за управление и безопасность движения полностью отвечает машинист, до 4-й, когда персонал на борту отсутствует, 
управление движением поезда полностью в автоматическом 
режиме выполняет автоматическая бортовая система.
Для полноценной работы автоматических транспортных 
средств необходима соответствующая инфраструктура. Это 
дорожная разметка и интеллектуальные центры в городах, 

Введение

точные и своевременно обновляемые карты, мощные бортовые вычислительные комплексы и чувствительные датчики, 
сеть для обмена информацией между участниками движения.
В задачи водных беспилотников входят патрулирование 
водных частных владений, мониторинг береговой ситуации, 
оперативная передача информацию при разливе нефтепродуктов в центр управления, поиск пострадавших людей 
при крушении судов и передача сообщений в координационный центр. Это облегчает службу спасателей, работников 
искусственных и естественных водоемов.
Книга предназначена для подготовки студентов вузов 
и колледжей по специальностям, предполагающим изучение 
дисциплин, связанных с интеллектуальным управлением 
в беспилотных системах.
В результате изучения материала данного учебного издания студент должен овладеть следующими компетенциями:
знать
 
• роль и место дисциплины при освоении профессиональной 
образовательной программы по специальности и в сфере 
профессиональной деятельности;
 
• международные стандарты в изучаемой области;
 
• основы искусственного интеллекта;
 
• информационные интеллектуальные технологии (ИИТ), 
а также спутниковые системы связи и навигации;
 
• основные положения теории управления беспилотными 
системами с помощью ИИТ;
 
• модели беспилотных систем;
 
• технологии интеллектуального анализа управления беспилотными системами;
 
• методы и способы защиты информации в беспилотных системах;
уметь
 
• разрабатывать информационно-логическую, функциональную и объектно-ориентированную модели управления в беспилотных системах;