2. Головна
  3. АРХІВ НОМЕРІВ
  4. 2025 рік
  5. Том 47, № 3 (2025)
  6. c. 46-66

Гетерогенні безпілотні системи в небезпечних просторах: класифікація, сценарії використання та досягнення ситуаційної обізнаності

В.С. Харченко 1, д-р техн. наук, Г.В. Фесенко 1, д-р техн. наук,
І.М. Клюшніков 1, канд. техн. наук, Є.В. Брежнєв 1, д-р техн. наук,
С.Г. Стіренко 2, д-р техн. наук, В.В. Мохор 3, чл.-кор. НАН України,

1 Національний аерокосмічний університет
  «Харківський авіаційний інститут»
  Україна, 61070, Харків, вул. Вадима Манька, 17
  тел. +38 (067) 9151989, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.;
  тел. +38 (097) 2415366, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.;
  тел. +38 (066) 2010308, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.;
  тел. +38 (095) 1372314, е-mail: еЦя електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.;
2 Національний технічний університет України
  «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»
  Україна, 03056, Берестейський пр-т 37
  тел. +38 (095) 5046688, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
3 Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
  Україна, 03164, Київ, вул. Олега Мудрака, 15
  e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Èlektron. model. 2025, 47(2):46-65

https://doi.org/10.15407/emodel.47.03.046

АНОТАЦІЯ

Визначено перелік типів безпілотних (безекіпажних) апаратів, які у різних комбінаціях можуть формувати гетерогенну безпілотну систему. Представлено класифікацію гетерогенних безпілотних систем та сценаріїв їх застосування. Наведено приклади таких сценаріїв для гетерогенних безпілотних систем, що складаються з трьох типів безпілотних (безекіпажних) апаратів з деталізацією функцій кожного з цих типів. Дано визначення небезпечного простору та наведено його приклади з однієї та трьома видами загроз (мультинебезпечний простір). Сформульовано основні операційні задачі подолання небезпечних просторів та показані ролі гетерогенних безпілотних систем та безпілотних мобільних депо при їх виконанні. Запропоновано способи досягнення ситуаційної обізнаності про небезпечний простір та показано ролі гетерогенних безпілотних систем та безпілотних мобільних депо під час їх використання. Представлено співвідношення між способами досягнення ситуаційної обізнаності про небезпечний простір та задачами його подолання. Сформульовано напрямки подальших досліджень.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

гетерогенна безпілотна система, безпілотний (безекіпажний) апарат, безпілотне мобільне депо, небезпечний простір, ситуаційна обізнаність

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Formation Control for UAV-USVs Heterogeneous System with Collision Avoidance Performance / Y. Huang et al. Journal of Marine Science and Engineering. Vol.11,no. 12. URL: https://doi.org/10.3390/jmse11122332 (дата звернення: 20.03.2025).
  2. Cooperative unmanned surface vehicles and unmanned aerial vehicles platform as a tool for coastal monitoring activities / J. Wu et al. Ocean and Coastal Management. Vol. P. 106421. URL: https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2022.106421 (дата звернення: 20.03.2025).
  3. Cooperative USV-UAV marine search and rescue with visual navigation and reinforcement learning-based control / Y. Wang et al. ISA Transactions. 2023. 137. P. 222-235. URL: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2023.01.007 (дата звернення: 20.03.2025)
  4. Cooperative Unmanned Aerial and Surface Vehicles for Extended Coverage in Maritime Environments / M.C. Santos et al. IEEE Access. 2024. P. 1. URL: https://doi.org/10.1109/2024.3353046 (дата звернення: 20.03.2025).
  5. Dynamic Route Planning for a USV-UAV Multi-Robot System in the Rendezvous Task with Obstacles / Y. Li et al. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2023. Vol. 107, no. 4. URL: https://doi.org/10.1007/s10846-023-01830-5(дата звернення: 20.03.2025).
  6. Cooperative UAV-USV MEC Platform for Wireless Inland Waterway Communications / Y.Liao et al. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2023. P. 1. URL: https://doi.org/10.1109/tce.2023.3327401 (дата звернення: 20.03.2025).
  7. Design and experiment of a sea-air heterogeneous unmanned collaborative system for rapid inspection tasks at sea / T. Ennong et al. Applied Ocean Research. 2024. Vol. 143. P. 103856. URL: https://doi.org/10.1016/j.apor.2023.103856(дата звернення: 20.03.2025).
  8. Collection of Marine Debris by Jointly Using UAV-UUV With GUI for Simple Operation / N. Shirakura et al. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 67432- URL:https://doi.org/ 10.1109/access.2021.3076110 (дата звернення: 20.03.2025).
  9. Collaborative Unmanned Vehicles for Inspection, Maintenance, and Repairs of Offshore Wind Turbines / M.H. Nordin et al.Drones. 2022. Vol. 6, no. 6. P. 137. URL: https://doi.org/10.3390/drones6060137 (дата звернення: 20.03.2025).
  10. Multi-agent robotic system (MARS) for UAV-UGV path planning and automatic sensory data collection in cluttered environments / D. Hu et. al. Building and Environment. 2022. Vol. 221. P. 109349. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109349 (дата звернення: 20.03.2025).
  11. A Cyber-Physical System for Wildfire Detection and Firefighting / P. Battistoni et al.Future Internet. 2023. Vol. 15, no. 7. P. 237. URL: https://doi.org/10.3390/fi15070237 (дата звернення: 20.03.2025).
  12. Secure Task Offloading for Rural Area Surveillance Based on UAV-UGV Collaborations / P. Chen et al. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2023. P. 1- URL: https://doi.org/10.1109/tvt.2023.3307443 (дата звернення: 20.03.2025).
  13. Munasinghe I., Perera A., Deo R. C. A Comprehensive Review of UAV-UGV Collaboration: Advancements and Challenges. Journal of Sensor and Actuator Networks. 2024. Vol. 13, no. 6. P. 81. URL: https://doi.org/10.3390/jsan13060081 (дата звернення: 20.03.2025).
  14. Configurations and Applications of Multi-Agent Hybrid Drone/Unmanned Ground Vehicle for Underground Environments: A Review / C. Dinelli et al. Drones. 2023. Vol. 7, no. P. 136. URL: https://doi.org/10.3390/drones7020136 (дата звернення: 20.03.2025).
  15. Ke C., Chen H., Xie L. Cross-Domain Fixed-Time Formation Control for an Air-Sea Heterogeneous Unmanned System with Disturbances. Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11, no. 7. P. 1336. URL: https://doi.org/10.3390/jmse11071336 (дата звернення: 20.03.2025).
  16. A survey of maritime unmanned search system: Theory, applications and future directions / J. Li et al. Ocean Engineering. 2023. Vol. 285. P. 115359. URL: https://doi.org/1016/j.oceaneng.2023.115359 (дата звернення: 20.03.2025).
  17. Barilaro L. BEA: Overview of a multi-unmanned vehicle system for diver assistance.Aeronautics and Astronautics. 2023. URL: https://doi.org/10.21741/ 9781644902813-53 (дата звернення: 21.03.2025).
  18. Cao X., Liu W., Ren L. Underwater Target Capture based on Heterogeneous Unmanned System Collaboration. IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. 2024. P. 1- URL: https://doi.org/10.1109/tiv.2024.3362358 (дата звернення: 20.03.2025).
  19. Knowledge Graph Construction for Foreign Military Unmanned Systems / Y. Chen et al. Communications in Computer and Information Science. Singapore, 2022. P. 127- URL: https://doi.org/10.1007/978-981-19-8300-9_14 (дата звернення: 21.03.2025).
  20. Park S.-B., Ha J.-U., Park J.-K. A Study on the Obstacle Collision Avoidance Using Leader-Follower Formation Control Algorithm of Multiple Unmanned Vehicles in Ground Warfare. Journal of the Korean Association of Defense Industry Studies. 2021. Vol. 28, no. 3. P. 61- URL: https://doi.org/10.52798/kadis.2021.28.3.7 (дата звернення: 20.03.2025).
  21. Про затвердження Правил виконання польотів безпілотними авіаційними комплексами державної авіації України : Наказ Міністерства оборони України від 08.12.2016 № 661: Станом на 8 січня 2020 р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0031-17#Text(дата звернення: 20.03.2025).
  22. Бурау Н.І., Золотарьов Є.О. Системи візуалізації руху безпілотних підводних апаратів Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. Т. 1, № 3. С. 83-89. URL: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2023.3.1/14 (дата звернення: 20.03.2025).
  23. Moshref-Javadi M., Hemmati A., Winkenbach M. A truck and drones model for last-mile delivery: A mathematical model and heuristic approach. Applied Mathematical Modelling. Vol. 80. P. 290-318. URL: https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.11.020 (дата звернення: 20.03.2025).
  24. Horbulin V.P., Hulianytskyi L.F., Sergienko I.V. Optimization of UAV Team Routes in the Presence of Alternative and Dynamic Depots. Cybernetics and Systems Analysis. 2020. Vol.56, no.  P. 195-203. URL: https://doi.org/10.1007/s10559-020-00235-8 (дата звернення: 20.03.2025).
  25. Flying Sensor and Edge Network-Based Advanced Air Mobility Systems: Reliability Analysis and Applications for Urban Monitoring / H. Fesenko et al. Drones. 2023. Vol. 7, no. 7. P. 409. URL: https://doi.org/10.3390/drones7070409 (дата звернення: 30.03.2025).
  26. UAV Fleet as a Dependable Service for Smart Cities: Model-Based Assessment andApplication / V. Kharchenko et al. Smart Cities. 2022. Vol. 5, no.  P. 1151-1178. URL: https://doi.org/10.3390/smartcities5030058 (дата звернення: 30.03.2025).
  27. Security-Informed Safety Analysis of Autonomous Transport Systems Considering AI-Powered Cyberattacks and Protection / O. Illiashenko et al. Entropy. 2023. Vol. 25, no. 8. P. 1123. URL: https://doi.org/10.3390/e25081123 (дата звернення: 30.03.2025).
  28. Methods and Software Tools for Reliable Operation of Flying LiFi Networks in Destruction Conditions/ H. Fesenko et al. Sensors. 2024. Vol. 24, no.  P. 5707. URL: https://doi.org/10.3390/s24175707 (дата звернення: 30.03.2025).
  29. Robotic-biological systems for detection and identification of explosive ordnance: concept, general structure, and models / G. Fedorenko et al. Radioelectronic and Computer Systems. 2023. No. 2. P. 143- URL: https://doi.org/10.32620/reks.2023.2.12 (дата звернення: 30.03.2025).
  30. Munir A., Aved A., Blasch E. Situational Awareness: Techniques, Challenges, and Prospects. AI. 2022. Vol. 3, no. 1. P. 55-77. URL: https://doi.org/10.3390/ai3010005 (date of access: 30.03.2025).

ХАРЧЕНКО Вячеслав Сергійович, чл.-кор. Національної академії наук України, д-р техн. наук, професор, зав. кафедри комп’ютерних систем, мереж і кібербезпеки Національного аерокосмічного університету «Харківський авіаційний інститут». У 1974 р. Закінчив Харківське вище військове командно-інженерне училище ракетних військ. Область наукових досліджень — теорія, методи і технології критичного комп’ютингу та гарантоздатних систем, функційна та кібербезпека, надійність інтелектуальних безпілотних комплексів, якість і резильєнтність систем штучного інтелекту.

ФЕСЕНКО Герман Вікторович, д-р техн. наук, професор, професор кафедри комп’ютерних систем, мереж і кібербезпеки Національного аерокосмічного університету «Харківський авіаційний інститут». У 1995 р. закінчив Харківський військовий універси-тет. Область наукових досліджень — теорія, методи і засоби забезпечення надійності та живучості систем моніторингу критичних об’єктів, функційна безпечність інформаційно-керуючих систем та інфраструктур, безпілотні інтелектуальні системи.

КЛЮШНІКОВ Ігор Миколайович, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник, доцент кафедри комп’ютерних систем, мереж і кібербезпеки Національного аерокосмічного університету «Харківський авіаційний інститут». У 1995 р. закінчив Харківський військовий університет. Область наукових досліджень — теорія, методи і засоби побудови гарантоздатних мультиагентних сервіс-орієнтовних мобільних систем, функційна надійність і безпечність безпілотних інтелектуальних систем.

БРЕЖНЄВ Євген Віталійович, д-р техн. наук, професор, професор кафедри комп’ютерних систем, мереж і кібербезпеки Національного аерокосмічного університету «Харківський авіаційний інститут». У 1994 р. закінчив Харківський військовий університет. Область наукових досліджень — математичні методи аналізу та оцінювання безпеки інформаційно-керуючих систем та критичних інфраструктур, адаптивних енергомереж, малих модульних реакторів, безпілотні інтелектуальні системи моніторингу критичних об’єктів.

СТІРЕНКО Сергій Григорович, д-р техн. наук, професор, проректор з наукової роботи Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського». У 1995 р. закінчив Національний технічний університету України «Київський політехнічний інститут». Область наукових досліджень — штучний інтелект, машинне навчання, комп’ютерний зір, нейронні мережі для універсального застосування, управління і навігація для БПЛА.

МОХОР Володимир Володимирович, чл.-кор. НАН України, д-р техн. наук, директор Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. В 1977 р. закінчив Київський інститут інженерів цівільної авіації. Область наукових досліджень — математичне і комп'ютерне моделювання, спеціалізовані обчислювальні системи, інформаційна безпека.

Повний текст: PDF