СПОСОБ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ MESH-СЕТИ Российский патент 2023 года по МПК G05D1/00 G08G5/00 B64C39/02 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области систем/способов управления воздушным движением беспилотных летательных аппаратов (далее - БЛА) и может быть использовано для мониторинга и управления воздушным движением БЛА.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ организации воздушного движения с формированием принципов искусственного интеллекта для осуществления безопасных совместных полетов пилотируемой и беспилотной авиации в общем воздушном пространстве (см. патент Патент RU 2750509 от 29.06.221). Для организации воздушного движения для каждого регионального центра формируют единое информационное поле, использующее автоматизированные бортовой и наземный программные комплексы, осуществляющие управление и контроль пилотируемыми и беспилотными авиационными системами (БАС). Для осуществления полетов БАС их регистрируют в базе данных с присвоением регистрационного номера, фиксируют их техническое состояние, подают заявку для выполнения конкретного полета. В каждом из региональных центров контроля, в зоне ответственности которого производится полет БАС, принимают информацию, характеризующую текущее техническое состояние и трафик полета БАС, сравнивают ее с согласованными параметрами полета, выявляют отклонения от санкционированного полета и по результатам анализа принимают решение о продолжении полета или его прекращении. Обеспечивается повышение безопасности полетов пилотируемой и беспилотной авиации в общем воздушном пространстве. Передачу информации осуществляют либо непосредственно с БАС, либо, при отсутствии прямой видимости с ним, путем ретрансляции через другие БАС, находящиеся в зоне прямого контроля данного регионального центра, при переходе БАС в зону контроля другого регионального центра контроль передают этому региональному центру, а также передают в этот регион всю полетную и техническую информацию по БАС для включения в информационное поле этого регионального центра, кроме того, дополнительно осуществляют вычисление по доплеровским измерениям текущих параметров трафика полета других БАС, которые ретранслируют по каналам связи наземным службам управления воздушным движением, в случае необходимости изменения маршрута в процессе полета БАС в режиме онлайн формирует соответствующую заявку, которая автоматически обрабатывается и анализируется на предмет возможности ее выполнения с учетом трафиков всех воздушных судов в зоне контроля данного регионального центра, и дают рекомендации на изменение маршрута, при этом осуществляют корректировку информационного поля для всех БАС, находящихся в зоне полете, а в чрезвычайной ситуации региональный центр автоматически изменяет информационное поле всех БАС, изменения подлежат неукоснительному выполнению.

Известен способ управления одним или несколькими беспилотными летательными аппаратами в воздушном пространстве (см. патент US10505622 от 10.12.2019), включающий определение зоны полета в воздушном пространстве для БЛА; определение для БЛА в воздушном пространстве установленной регламентированной зоны полета; обновление установленной регламентом внешней границы зоны полета хотя бы один раз за время эксплуатации БЛА; инициирование отказоустойчивого протокола при пересечении внешней границы и оповещение о столкновении с БЛА. Изобретения предоставляет собой платформу, которая функционирует как «виртуальная радиолокационная система беспилотных летательных аппаратов» (DVRS).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является система безопасности для беспилотного летательного аппарата (см. патент US10586462 от 10.03.2020), обеспечивающая безопасный полет БЛА в воздушном пространстве, инициируя различные действия в зависимости от положения БЛА относительно одной или нескольких зон полета и / или относительно другого летательного аппарата в воздушном пространстве. Изобретение предоставляет собой платформу, которая функционирует как «виртуальная радиолокационная система беспилотных летательных аппаратов» (DVRS), которая может быть интегрирована с существующими БЛА, делая их видимыми для гражданской авиации в случае неисправности управления полетом БЛА или когда дрон представляет потенциальную опасность для пилотируемого самолета. DVRS отслеживает в реальном времени состояние и скорость дрона, на котором он установлен. В дополнительных вариантах осуществления изобретения DVRS позволяет БЛА, находящимся поблизости друг от друга, соединяться в беспроводной одноранговой сети. Один из дронов в сети может быть обозначен как главный узел (или «главный дрон»), и в случае, если гражданский самолет отклоняется слишком близко к сетевым дронам, главный дрон может инициировать предупреждение о столкновении от имени сети.

К недостаткам описанных выше способов можно отнести передачу данных только о параметрах своего движения, отсутствие передачи данных наблюдения за окружающей средой и отсутствие индивидуализированного учета опасностей для каждого БЛА.

Отличительные характеристики заявляемого способа:

- передача данных наблюдения за окружающей средой, а не только параметров движения БЛА;

- динамическая оценка опасностей внешней среды на основе интеллектуальной обработки 4D-данных наблюдений с борта БЛА;

- индивидуализированный учет опасностей для каждого БЛА;

- динамическое предупреждение БЛА об опасностях внешней среды.

Раскрытие изобретения

Для обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации БЛА необходимо точное знание погоды, и, в частности, ветровых условий, поскольку БЛА - небольшие легкие конструкции, которые очень уязвимы для ветра, осадков и условий обледенения. Точное знание погодных условий особенно важно на малых высотах, когда скорость и направление ветра могут резко меняться, а данные численных моделей прогноза погоды имеют низкое пространственно-временное разрешение и недостаточную точность на малых высотах.

В частности, исследования показывают, что энергетическая эффективность доставки БЛА может быть существенно снижена из-за влияния ветровых факторов: энергетические затраты БЛА могут оказаться 3-10 раз выше, чем энергетические потребности электромобилей в условиях средней и высокой скорости ветра. Поэтому для определения эффективности применения БЛА необходимо точное значение ветровых условий и оптимизация расписания полетов, маршрутов и профилей.

В связи с этим в способе мониторинга воздушной обстановки предлагается рассматривать БЛА не только как источники данных о воздушном трафике, но и как мобильные датчики параметров атмосферы, прежде всего скорости и направления ветра, температуры, влажности, давления.

Задачей предполагаемого изобретения является создание способа мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является обеспечение безопасных полетов пилотируемой и беспилотной авиации в общем воздушном пространстве.

Изобретение поясняется фиг. 1.

Для достижения поставленной задачи и указанного технического результата предлагается создание способа мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети, заключающийся в том, что способ обмена информацией между БЛА, между отдельным БЛА и его наземным пунктом управления, а также между отдельным БЛА и наземным центром мониторинга воздушного движения, основан на распределенной, одноранговой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией, при котором БЛА рассматриваются как узлы сети и могут выступать ретрансляторами, передавая информацию о других БЛА другим участникам воздушного движения, а также на наземные пункты управления и наблюдения, при этом передаваемая информация носит специализированный характер: идентификационные данные БЛА, параметры его положения и движения, параметры окружающей среды, а наземный центр мониторинга воздушного движения включает в себя систему интеллектуальной обработки данных наблюдения о состоянии окружающей среды (СИО ДОС), обеспечивающую динамический расчет на основе полученных данных наблюдений, поступающих от всех БЛА, текущего и прогнозируемого состояния окружающей среды, определяющую наличие и возникновение опасных областей окружающей среды для каждого БЛА, которые могут привести к потере БЛА, формирующую соответствующие предупреждающие сообщения или рекомендации по уклонению и передающую их соответствующему БЛА и его внешнему пилоту.

В отличие от традиционного способа мониторинга, при котором осуществляется только передача данных о координатах летательного аппарата, в предлагаемом способе БЛА могут также выступать ретрансляторами, передавая информацию о других БЛА другим участникам воздушного движения, а также на наземные пункты управления и наблюдения. При таком способе организации передачи данных о движении БЛА обеспечивается наблюдаемость на любых дистанциях малоразмерных БЛА другими участниками воздушного движения, а также наземными станциями, что не реализуемо при традиционном способе мониторинга ввиду малой мощности передатчика малоразмерного БЛА, а также наличия зон закрытия (например, в условиях сложного рельефа или в городских условиях).

Осуществление обмена информацией осуществляется по крайней мере с использованием каналов передачи данных типа Wi-Fi, Wi-Max, 4G/5G.

Такой способ организации наблюдения за БЛА устраняет проблему выхода из зоны видимости наземных средств наблюдения и управления, а также гарантирует видимость всеми участниками воздушного движения всех, что является критичным для решения задач обнаружения и предотвращения потенциальных конфликтных ситуаций между участниками воздушного движения.

Осуществление изобретения

В данном разделе описания будет приведен наиболее предпочтительный вариант осуществления изобретения, который тем не менее, не ограничивает другие возможные варианты осуществления явным образом следующие из материалов заявки и понятные специалисту.

В заявляемом способе предлагается рассматривать БЛА не только как источники данных о воздушном трафике, но и как мобильные датчики параметров атмосферы, прежде всего скорости и направления ветра, температуры, влажности, давления. Используя возможности распределенной, одноранговой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией БЛА обеспечивает передачу этих данных другим участникам движения, а также внешним пилотом и в наземный центр мониторинга воздушного движения. В состав наземный центр мониторинга воздушного движения входит система интеллектуальной обработки данных наблюдения о состоянии окружающей среды (СИО ДОС), которая обеспечивает динамический расчет на основе полученных данных наблюдений, поступающих от всех БЛА, текущего и прогнозируемого состояния окружающей среды, включая оценки трехмерного ветрового поля в зоне выполнения полетов и вертикальные профили температуры и влажности в нижнем приземном слое атмосферы. На основании этих данных СИО ДОС обеспечивает динамическое непрерывное оценивание, персонализированное по типам БЛА, запретных по погодным условиям зон полета (динамическое погодное геозонирование). Критериями определения запретных зон могут быть:

- опасная скорость ветра для конкретного типа БЛА;

- высокий уровень турбулентности;

- условия обледенения,

- а также другие критерии.

Динамическое непрерывное оценивание трехмерных ветровых полей повышает уровень безопасности полетов, обеспечивая точные исходные данные для решения задачи разрешения конфликтов, а также снижая вероятность потери устойчивости и управляемости БЛА вследствие попадания в условия сильного ветра или турбулентности.

СИО ДОС обеспечивает обратную трансляцию данных о погодных условиях и динамическом погодном геозонировании участникам воздушного движения. Передача этих данных может носить как широковещательный характер, так и персонализированный, если информация об опасных условиях полета относится только к БЛА конкретного типа. В этом случае СИО ДОС формирует соответствующие предупреждающие сообщения или рекомендации по уклонению и передает их только соответствующим БЛА и их внешним пилотам.

Изобретение относится к способу мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети. Для мониторинга воздушного движения производят обмен информацией на основе распределенной, одноранговой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией, где БЛА рассматриваются как узлы сети и могут выступать ретрансляторами, передавая информацию другим участникам движения или в наземный пункт управления и наблюдения. Передаваемая информация включает идентификационные данные, параметры своего положения и движения, параметры окружающей среды. Наземный пункт управления производит обработку полученной информации для определения наличия опасных областей для каждого БЛА и выдает предупреждающие сообщения или рекомендации по уклонению при их наличии. Обеспечивается повышение безопасности полетов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети, заключающийся в том, что способ обмена информацией между БЛА, между отдельным БЛА и его наземным пунктом управления, а также между отдельным БЛА и наземным центром мониторинга воздушного движения основан на распределенной, одноранговой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией, при котором БЛА рассматриваются как узлы сети и могут выступать ретрансляторами, передавая информацию о других БЛА другим участникам воздушного движения, а также на наземные пункты управления и наблюдения, при этом БЛА передают идентификационные данные, параметры своего положения и движения и параметры окружающей среды, а наземный центр мониторинга воздушного движения включает в себя систему интеллектуальной обработки данных наблюдения о состоянии окружающей среды, обеспечивающую динамический расчет на основе полученных данных наблюдений, поступающих от всех БЛА, текущего и прогнозируемого состояния окружающей среды, определяющую наличие и возникновение опасных областей окружающей среды для каждого БЛА, которые могут привести к потере БЛА, формирующую соответствующие предупреждающие сообщения или рекомендации по уклонению и передающую их соответствующему БЛА и его внешнему пилоту.

2. Способ мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети по п.1, в котором обмена информацией осуществляется по крайней мере с использованием каналов передачи данных типа Wi-Fi, Wi-Max, 4G/5G.

3. Способ мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети по п.1, в котором система интеллектуальной обработки данных наблюдения о состоянии окружающей среды обеспечивает динамический расчет на основе оценки трехмерного ветрового поля в зоне выполнения полетов и вертикальные профили температуры и влажности в нижнем приземном слое атмосферы.

4. Способ мониторинга воздушного движения беспилотных летательных аппаратов на основе интеллектуальной mesh-сети по п.1, в котором передача данных может носить как широковещательный характер, так и персонализированный, если информация об опасных условиях полета относится только к БЛА конкретного типа.