Transport automation research Transport automation research Автоматика на транспорте 2412-9186 92222 10.20295/2412-9186-2024-10-04-372-381 ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ INTELLIGENT CONTROL SYSTEMS ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Autonomous UAV guidance using computer vision: the problem of precise rudder control АВТОНОМНОЕ НАВЕДЕНИЕ БПЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗРЕНИЯ: ПРОБЛЕМА ТОЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ РУЛЯМИ Сацюк Александр Владимирович Sacyuk Aleksandr Vladimirovich alexandrsatsuk@gmail.com

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Швалов Дмитрий Викторович Shvalov Dmitriy Viktorovich d_shvalov@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Донецкий институт железнодорожного транспорта Донецк Россия Donetsk Institute of Railway Transport Donetsk Russian Federation Ростовский государственный университет путей сообщения Rostov State University of Means of Communication 19 12 2024 19 12 2024 10 4 372 381 18 12 2024 https://atjournal.ru/en/nauka/article/92222/view

В статье представлена разработка математической модели автономного наведения для беспилотных летательных аппаратов, основанная на компьютерном зрении. Предложенная модель использует нелинейную функцию отклика с динамическим изменением коэффициента нелинейности в зависимости от расстояния до цели, что позволяет улучшить точность и стабильность наведения беспилотных летательных аппаратов, учитывая разные условия их полета и характеристики цели. Также рассмотрена проблема несоответствия пропорций видеокадра, и предлагаются методы нормирования координат квадрата на экране для обеспечения равномерного и предикабельного отклика беспилотных летательных аппаратов. В результате разработана улучшенная адаптивная математическая модель, которая обеспечивает более эффективное управление беспилотными летательными аппаратами, позволяя им точнее следить за целью и удерживать ее в центре кадра в различных условиях полета.

the development of a mathematical model of autonomous guidance for unmanned aerial vehicles based on computer vision is presented. The model uses a nonlinear response function with dynamic variation of the nonlinearity coefficient depending on the distance to the target, which improves the accuracy and stability of unmanned aerial vehicle guidance given different flight conditions and target characteristics. The problem of video frame aspect ratio mismatch is also considered and methods for normalizing the coordinates of the square on the screen to ensure uniform and predicable unmanned aerial vehicle response are proposed. As a result, an improved adaptive mathematical model is developed that provides more efficient motion control for the unmanned aerial vehicle, allowing it to accurately track the target and keep it in the center of the frame under different flight conditions.

 беспилотный летательный аппарат компьютерное зрение объект интереса автономное наведение автоматическое регулирование адаптивное управление unmanned aerial vehicle computer vision autonomous guidance region of interest automatic control adaptive control

Шевченко О. Ю., Боричевский А. Б. Использование беспилотных летательных аппаратов для ведения мониторинга использования территорий // Экономика и экология территориальных образований. 2015. № 3. С. 150–152. EDN: UNYNXL Shevchenko O. Yu., Borichevskiy A. B. Ispol'zovanie bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya vedeniya monitoringa ispol'zovaniya territoriy // Ekonomika i ekologiya territorial'nyh obrazovaniy. 2015. № 3. S. 150–152. EDN: UNYNXL Зоев И. В., Марков Н. Г., Рыжова С. Е. Интеллектуальная система компьютерного зрения беспилотных летательных аппаратов для мониторинга технологических объектов предприятий нефтегазовой отрасли // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 11. С. 34–49. DOI: 10.18799/24131830/2019/11/2346 Zoev I. V., Markov N. G., Ryzhova S. E. Intellektual'naya sistema komp'yuternogo zreniya bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya monitoringa tehnologicheskih ob'ektov predpriyatiy neftegazovoy otrasli // Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2019. T. 330. № 11. S. 34–49. DOI: 10.18799/24131830/2019/11/2346 Лещенко Б. Г. Беспилотный летательный аппарат с применением средств машинного зрения на транспортном предприятии // Вестник Государственного морского университета имени адмирала Ф. Ф. Ушакова. 2018. № 2(23). С. 29–33. EDN: YMZPJB Leschenko B. G. Bespilotnyy letatel'nyy apparat s primeneniem sredstv mashinnogo zreniya na transportnom predpriyatii // Vestnik Gosudarstvennogo morskogo universiteta imeni admirala F. F. Ushakova. 2018. № 2(23). S. 29–33. EDN: YMZPJB Башаркин М. В., Исайчева А. Г., Исайчева Н. А. Тепловизионный контроль рельсовой линии с помощью БПЛА // Автоматика, связь, информатика. 2024. № 9. С. 14–16. DOI: 10.62994/AT.2024.9.9.004 Basharkin M. V., Isaycheva A. G., Isaycheva N. A. Teplovizionnyy kontrol' rel'sovoy linii s pomosch'yu BPLA // Avtomatika, svyaz', informatika. 2024. № 9. S. 14–16. DOI: 10.62994/AT.2024.9.9.004 Сацюк А. В., Воробьева А. А. Особенности разработки беспилотных летательных аппаратов для отрасли железнодорожного транспорта // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2023. № 68. С. 13–21. Sacyuk A. V., Vorob'eva A. A. Osobennosti razrabotki bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya otrasli zheleznodorozhnogo transporta // Sbornik nauchnyh trudov Doneckogo instituta zheleznodorozhnogo transporta. 2023. № 68. S. 13–21. Чебыкин И. А., Семенов С. С. Анализ транспортного потока с помощью искусственного интеллекта // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2020. Т. 1. С. 354–358. EDN: LVTUDN Chebykin I. A., Semenov S. S. Analiz transportnogo potoka s pomosch'yu iskusstvennogo intellekta // Modernizaciya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse. 2020. T. 1. S. 354–358. EDN: LVTUDN Лебедев А. О., Васильев В. В. Алгоритм управления полетом БПЛА над железной дорогой в автоматическом режиме с использованием компьютерного зрения // Автометрия. 2021. Т. 57. № 4. С. 85–90. DOI: 10.15372/AUT20210410 Lebedev A. O., Vasil'ev V. V. Algoritm upravleniya poletom BPLA nad zheleznoy dorogoy v avtomaticheskom rezhime s ispol'zovaniem komp'yuternogo zreniya // Avtometriya. 2021. T. 57. № 4. S. 85–90. DOI: 10.15372/AUT20210410 Калиновский Н. Применение систем компьютерного зрения в беспилотных летательных аппаратах: новые возможности для робототехники // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2024. № 3(234). С. 108– 110. DOI: 10.22184/1992–4178.2024.234.3.108.110 Kalinovskiy N. Primenenie sistem komp'yuternogo zreniya v bespilotnyh letatel'nyh apparatah: novye vozmozhnosti dlya robototehniki // Elektronika: Nauka, tehnologiya, biznes. 2024. № 3(234). S. 108– 110. DOI: 10.22184/1992–4178.2024.234.3.108.110 Обзор методов визуальной навигации и алгоритмов планирования пути для беспилотных летательных аппаратов / М. П. Корсаков [и др.] // Главный механик. Т. 21. № 6(250). С. 25–33. EDN: NRJWBM Obzor metodov vizual'noy navigacii i algoritmov planirovaniya puti dlya bespilotnyh letatel'nyh apparatov / M. P. Korsakov [i dr.] // Glavnyy mehanik. T. 21. № 6(250). S. 25–33. EDN: NRJWBM Россолов Р. А., Лысков Р. А., Давыдов Н. Н. Автономная система позиционирования БПЛА в замкнутом пространстве с использованием компьютерного зрения // Проектирование и технология электронных средств. 2018. № 3. С. 14–17. EDN: YYHGZV Rossolov R. A., Lyskov R. A., Davydov N. N. Avtonomnaya sistema pozicionirovaniya BPLA v zamknutom prostranstve s ispol'zovaniem komp'yuternogo zreniya // Proektirovanie i tehnologiya elektronnyh sredstv. 2018. № 3. S. 14–17. EDN: YYHGZV Широков И. Б., Зинченко Е. Г. Система автоматизированной посадки БПЛА на движущуюся платформу на базе алгоритмов технического зрения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 293–297. DOI: 10.24412/2071- 6168-2022-9-293-297 Shirokov I. B., Zinchenko E. G. Sistema avtomatizirovannoy posadki BPLA na dvizhuschuyusya platformu na baze algoritmov tehnicheskogo zreniya // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. 2022. № 9. S. 293–297. DOI: 10.24412/2071- 6168-2022-9-293-297 Контроль зависания БПЛА для автоматической посадки на передвижную платформу корабля / А. А. Силкин [и др.] // Морской вестник. 2023. № 3(87). С. 105–107. EDN: BDMWCW Kontrol' zavisaniya BPLA dlya avtomaticheskoy posadki na peredvizhnuyu platformu korablya / A. A. Silkin [i dr.] // Morskoy vestnik. 2023. № 3(87). S. 105–107. EDN: BDMWCW Гетманцев А. Ю., Тихомиров Н. В., Меньшакова Т. В. Синтез многоуровневой архитектуры системы наведения и автоматической посадки беспилотного летательного аппарата на движущееся транспортное средство // Экстремальная робототехника. 2024. № 1(34). С. 461–470. EDN: PGYWXX Getmancev A. Yu., Tihomirov N. V., Men'shakova T. V. Sintez mnogourovnevoy arhitektury sistemy navedeniya i avtomaticheskoy posadki bespilotnogo letatel'nogo apparata na dvizhuscheesya transportnoe sredstvo // Ekstremal'naya robototehnika. 2024. № 1(34). S. 461–470. EDN: PGYWXX Сацюк А. В., Воевода Е. Г., Стажарова Л. Н. Анализ трекеров алгоритмов компьютерного зрения в вопросах отслеживания объектов в видеопотоке // Цифровые инфокоммуникационные технологии: сборник научных трудов. Ростов н/Д.: РГУПС, 2023. С. 407–412. Sacyuk A. V., Voevoda E. G., Stazharova L. N. Analiz trekerov algoritmov komp'yuternogo zreniya v voprosah otslezhivaniya ob'ektov v videopotoke // Cifrovye infokommunikacionnye tehnologii: sbornik nauchnyh trudov. Rostov n/D.: RGUPS, 2023. S. 407–412. Сацюк А. В., Воевода Е. Г. Анализ трекеров алгоритмов компьютерного зрения в вопросах отслеживания подвижных объектов в видеопотоке // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2023. № 71. С. 54–65. Sacyuk A. V., Voevoda E. G. Analiz trekerov algoritmov komp'yuternogo zreniya v voprosah otslezhivaniya podvizhnyh ob'ektov v videopotoke // Sbornik nauchnyh trudov Doneckogo instituta zheleznodorozhnogo transporta. 2023. № 71. S. 54–65.