Ожидается, что в ближайшие несколько лет движение автономных беспилотных летательных аппаратов в неконтролируемом воздушном пространстве на высоте ниже 400 футов существенно увеличится. Эксперты ожидают, что к 2027 году в США будет насчитываться около 1 миллиона коммерческих беспилотных летательных аппаратов (БАС), которые будут выполнять такие задачи, как доставка посылок, мониторинг дорожного движения и оказание экстренной помощи.
Команда исследователей во главе с Ланье Уоткинсом и Луисом Уиткомбом из Института гарантированной автономии использовала искусственный интеллект для моделирования системы, которая могла бы более безопасно управлять движением беспилотных летательных аппаратов, заменив некоторые процессы, связанные с участием человека, автономным принятием решений. Их результаты появились в журнале Computer.
“Мы хотели посмотреть, смогут ли различные подходы, использующие искусственный интеллект, безопасно справиться с ожидаемым масштабом этих операций, и это удалось”, – сказал Уоткинс, доцент-исследователь факультета компьютерных наук инженерной школы Уайтинга, исследователь Института гарантированной автономии и главный профессиональный сотрудник. в лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса. “Наша смоделированная система использует алгоритмы автономии для повышения безопасности и масштабируемости операций БАС на высоте ниже 400 футов”.
Чтобы решить проблему увеличения трафика беспилотных летательных аппаратов, команда Хопкинса оценила влияние автономных алгоритмов в моделируемом 3D воздушном пространстве. Из своих предыдущих исследований команда знала, что использование алгоритмов предотвращения столкновений значительно сокращает количество несчастных случаев. Они обнаружили, что добавление стратегических алгоритмов устранения конфликтов, которые контролируют время движения, чтобы избежать столкновений, сделало ситуацию еще более безопасной и почти исключило несчастные случаи в воздушном пространстве.
Исследователи также снабдили свой симулятор двумя аспектами реалистичности. “Датчики шума” имитируют непредсказуемость реальных условий и делают систему более адаптируемой, а “система нечетких помех” вычисляет уровень риска для каждого беспилотника на основе факторов, варьирующихся от близости к препятствиям до соблюдения запланированного маршрута. Уоткинс и Уиткомб говорят, что эти подходы позволяют системе принимать автономные решения для предотвращения коллизий.
“В нашем исследовании рассматривались различные переменные, включая сценарии, в которых задействованы “беспилотные летательные аппараты-нарушители”, которые отклонились от своих запланированных маршрутов. Результаты очень многообещающие”, – сказал Уиткомб, профессор машиностроения в инженерной школе Уайтинга и научный сотрудник Института гарантированной автономии.
Команда планирует еще больше усовершенствовать свои симуляции, включив динамические препятствия, такие как погода и другие факторы реального мира, для более полного представления.
Уоткинс говорит, что статья основана на более чем двух десятилетиях исследований, проведенных в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, направленных на повышение безопасности Национальной системы воздушного пространства США.
“Эта работа была исследована путем моделирования производительности в средах и системах, которые рассматриваются третьими сторонами для развертывания в будущих воздушных пространствах, а также в академических и фундаментальных исследовательских сообществах IEEE и ACM”, – объясняет Уоткинс.
“Эта работа помогает исследователям понять, как автономные алгоритмы, защищающие воздушное пространство, могут вести себя при столкновении с шумом и неопределенностью в 3D-моделируемом воздушном пространстве, и подчеркивает необходимость постоянного мониторинга результатов этих автономных алгоритмов, чтобы убедиться, что они не достигли потенциальных состояний отказа”.