Создание модели беспилотного летательного аппарата типа биплан, использующей генетический алгоритм в полете, для помощи в решении проблемы пожаров в Иркутской области
Ключевые слова:
беспилотный летательный аппарат, биплан, трехмерное моделирование, пожары, наводнения, генетический алгоритм, натурная тестовая модельАннотация
С конца июля 2019 г. в Сибири был зафиксирован резкий рост площади природных пожаров. Наиболее сложная ситуация складывается в Иркутской области, где одни районы страдают от наводнений, другие – от природных пожаров. Для того чтобы эффективнее бороться со стихийными бедствиями, происходящими на территории как Приангарья, так и России в целом, предлагается данный проект – разработка беспилотных летательных аппаратов, способных работать автономно и выполнять ряд задач по сбору информации. Экологическая ситуация в целом на водосборной территории озера Байкал продолжает усугубляться с каждым днем. Масштабную угрозу экологии водосборного бассейна несут не только стихийные бедствия (лесные пожары и наводнения), но и несанкционированные свалки твердых бытовых отходов, браконьерство, а также загрязнение Байкала туристами. Безусловно, необходим постоянный и оперативный экологический мониторинг состояния водосборного бассейна озера Байкал, в котором может оказаться полезным создаваемый модельный ряд беспилотных летательных аппаратов, в том числе разработанная ранее модель квадрокоптера-эколога. Данная статья посвящена проектированию модели беспилотного летательного аппарата, предназначенного для помощи в мониторинге лесных массивов и водных пространств Иркутской области. Проектирование выполнено с учетом того, что аппарат должен функционировать в неблагоприятных климатических условиях и бортовой компьютер способен поддерживать работу с нейронной сетью. Обосновывается выбор концепции беспилотного летательного аппарата – биплан со стреловидными крыльями. Компьютерное трехмерное моделирование выполнено в универсальной программе Autodesk Fusion 360. В работе представлен чертеж полученной компьютерной модели. Предлагаемая CAD-модель позволит получить необходимые для создания натурных моделей чертежи и G-код для 3D-печати и возможного применения фрезерного и лазерного станка. Приводится описание процесса создания тестовой модели и оснащения ее электроникой. В основе программного обеспечения беспилотного летательного аппарата будет использоваться генетический алгоритм. Выбрана архитектура нейросети и проведены необходимые математические расчеты.
Библиографические ссылки
Birkhoff G. Lattice Theory. N.Y. : American Mathematical Society, 1967. 418 p.
Fire Detection in Trains Using Image Analysis: A Survey and a Novel Approach. URL: https://www.politesi.polimi.it/bitstream/10589/142862/3/2018_10_CINAR_DILARA.pdf (дата обращения: 15.01.2021).
Kuzmin O.V., Khomenko A.P., Artyunin A.I. Development of special mathematical software using combinatorial numbers and lattice structure analysis // Advances and Applications in Discrete Mathematics. 2018. Vol. 19, Iss. 3. P. 229–242.
Kuzmin O.V., Khomenko A.P., Artyunin A.I. Discrete model of static loads distribution management on lattice structures // Advances and Applications in Discrete Mathematics. 2018. Vol. 19, Iss. 3. P. 183–193.
Mesarovi M., Mako D., Takahara Y. Theory of Hierarchical Multilevel Systems. New York : Academic Press, 1970. 294 p.
Ле Динь Дат, Руденко М.Г., Данеев А.В. БПЛА для проведения мониторинга объектов нефтегазовой промышленности // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2018. Т. 1. С. 75–77.
Лесные пожары в России. Статистика и антирекорды. URL: https://tass.ru/info/6712527 (дата обращения: 20.02.2021).
Saaty T.L. The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation. New York : McGraw-Hill, 1980. 287 p.
Stanley R.P. Enumerative Combinatorics. Vol. 1. Cambridge: Cambridge University Press, 1997. 335 p.
Zakharov D.V., O.V. Kuzmin The application of relational interactive logic in control operation problems by the example of monitoring the server equipment of transport systems // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 760. P. 1–8. DOI: 10.1088/1757-899X/760/1/0120589.
Балагура А.А., Кузьмин О.В. Обобщенная пирамида Паскаля и частично упорядоченные множества // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2007. Т. 14, Вып. 1. С. 88–91.
Классификация БПЛА и системы их интеллектуального управления / С.И. Федоров, А.В. Хаустов, Т.М. Крамаренко и др. // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2016. № 74. С. 12–21.
Кузьмин О.В., Старков Б.А. Иерархические структуры типа треугольника Паскаля и построение навигационных маршрутов // Актуальные проблемы науки Прибайкалья : сб. ст. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2020. Вып. 3. С. 119–123.
Кузьмин О.В. Обобщенные пирамиды Паскаля и их приложения. Новосибирск : Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 2000. 294 с.
Кузьмин О.В., Серёгина М.В. Плоские сечения обобщенной пирамиды Паскаля и их интерпретации // Дискретная математика. 2010. Т. 22, Вып. 3. С. 83–93.
Лавлинская А.А., Филь Г.А., Камнев М.Д. Создание модели квадрокоптера-эколога // Прикладные вопросы дискретного анализа : сб. науч. тр. / под ред. О.В. Кузьмина. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2020. Вып. 5. С. 78–83.
Кузьмин О.В. Роль дискретной математики в научной работе старшеклассников // Компьютер в школе. 2000. № 2 (16). С. 12–14.
Кузьмин О.В., Лавлинская А.А., Филь Г.А., Камнев М.Д. Обнаружение лесных пожаров с помощью беспилотных летательных аппаратов // Математика, ее приложения и математическое образование (МПМО-20) : материалы VII Междунар. конф. Улан-Удэ : Изд-во ВСГУТУ. 2020. С. 134–136.
Пеллинен В.А., Светлаков А.А. Применение беспилотников при анализе криогенных форм рельефа долины реки Сенца Окинского плоскогорья // Изв. Иркут. гос. ун-та. Сер. Науки о Земле. 2020. Т. 31. С. 58–67.
Пятаева А.В. Сегментация областей задымления на видеопоследовательности // Вестник СибГАУ. 2016. № 3. С. 625–630.
Стасенко А.Л. Физика полета. М. : Наука, 1988. 144 с. (Б-чка «Квант». Вып.70.). С. 18–22.
Хмельницкая К.А. Распознавание пламени с помощью оптоэлектронных систем в судостроении // Тр. Крылов. гос. науч. центра. 2019. Спец. вып. 2. С. 277–281.
Обнаружение лесных пожаров с помощью беспилотных летательных аппаратов / О.В. Кузьмин, А.А. Лавлинская, Г.А. Филь и др. // Математика, ее приложения и математическое образование (МПМО'20) : материалы VII Междунар. конф. г. Улан-Удэ, 2020. С. 134–136.
