Метод композиції маршруту безпілотного літального апарату у просторі

Abstract

Стаття присвячена розробці методу композиції маршруту безпілотного літального апарату у тривимірному просторі. Основною відмінністю представленого методу є комплексне врахування особливостей навколишнього середовища, що відображає можливі перешкоди (активні або пасивні) та інші обмеження задачі при композиції маршруту безпілотного літального апарату в тривимірному просторі. Це дозволило підвищити безпеку виконання завдання у автономних умовах польоту. У статті проведено аналіз основних підходів композиції маршрутів безпілотного літального апарату у просторі. Зроблено висновок про недоліки двовимірного уявлення. У методі представлено чотири етапи виконання завдання. Це етап моделювання навколишнього середовища, що відображає можливі перешкоди (активні чи пасивні) та інші обмеження завдання. Етап побудови розширеного графу маршрутів пересування безпілотного літального апарату у просторі. Відмінністю цього етапу є адаптивне врахування просторового розташування активних перешкод у просторі. Наступний етап це етап пошуку маршруту, що з'єднує стартову точку з кінцевою і обходить всі перешкоди та дає можливість побудови початкового маршруту у вигляді ламаної лінії, яка формується послідовністю шляхових точок, і з'єднує стартову точку з кінцевою, минаючи перешкоди. Останнім є етап отримання кінцевого результату, який забезпечується згладжуванням отриманої ламаної лінії. У цій частині методу композиції для вирішення задачі згладжування траєкторії руху безпілотного літального апарату у просторі на обраному маршруті доведено доцільність використання методу нерівномірного кубічного B-сплайну. За допомогою цього методу поставлено та вирішено завдання вибору та оптимізації параметра згладжування.The article is devoted to the development of a method of composition of the route of an unmanned aerial vehicle in three-dimensional space. The main difference of the presented method is the complex consideration of the features of the environment, which reflects the possible obstacles (active or passive) and other limitations of the problem when composing the route of the unmanned aerial vehicle in three-dimensional space. This allowed to increase the safety of the task in autonomous flight conditions. The article analyzes the main approaches to the composition of unmanned aerial vehicle routes in space. The conclusion about the shortcomings of the two-dimensional representation is made. The method presents four stages of the task. This is the stage of modeling the environment that reflects possible obstacles (active or passive) and other limitations of the task. Stage of construction of an extended graph of unmanned aerial vehicle routes in space. The difference of this stage is the adaptive consideration of the spatial location of active obstacles in space. The next stage is the route search stage, which connects the starting point with the end and bypasses all obstacles and allows you to build a starting route in the form of a broken line, which is formed by a sequence of waypoints, and connects the starting point with the end, bypassing obstacles. The last is the stage of obtaining the final result, which is provided by smoothing the obtained broken line. In this part of the composition method, to solve the problem of smoothing the trajectory of the unmanned aerial vehicle in space on the selected route, the expediency of using the method of non-uniform cubic B-spline is proved. With the help of this method the task of selection and optimization of the smoothing parameter is set and solved.