МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ

Навигация и позиционирование БПЛА в условиях чрезвычайных ситуаций при строительстве метрополитена и транспортных тоннелей

Авторы

  • Владимир Юрьевич Малкин Луганский государственный университет им. В. Даля, 91034, Луганск, кв. Молодежный, 20а
  • Татьяна Валерьевна Победа https://orcid.org/0000-0002-4359-4668 Луганский государственный университет им. В. Даля, 91034, Луганск, кв. Молодежный, 20а
  • Геннадий Владимирович Сыровой https://orcid.org/0009-0002-6679-8927 Луганский государственный университет им. В. Даля, 91034, Луганск, кв. Молодежный, 20а

Как цитировать

ГОСТ Малкин В. Ю., Победа Т. В., Сыровой Г. В. Навигация и позиционирование БПЛА в условиях чрезвычайных ситуаций при строительстве метрополитена и транспортных тоннелей // СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ. 2026. Т. 70. № 1. С. 78-86.
APA Малкин, В. Ю., Победа, Т. В. & Сыровой, Г. В. (2026). Навигация и позиционирование БПЛА в условиях чрезвычайных ситуаций при строительстве метрополитена и транспортных тоннелей. СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ, 70(1), 78-86.

Аннотация

Статья посвящена обеспечению надежной навигации и позиционирования беспилотных летательных аппаратов при аварийных сценариях, характерных для строительства метрополитена и транспортных тоннелей, когда спутниковая навигация недоступна из-за экранирования, помех или подавления, а задымление и низкая освещенность ухудшают работу оптических средств. Рассмотрены ограничения существующих подходов, ориентированных на частично контролируемые условия, и предложена мультисенсорная архитектура, объединяющая инерциальную навигационную систему для кратковременной автономности, визуальную одометрию для компенсации дрейфа при сохранении видимости, радиочастотные маяки UWB/Wi-Fi для глобальной привязки в инфраструктурно оснащенных зонах и лидарный SLAM для работы в полной темноте. Ключевым вычислительным механизмом выступает адаптивная коррекция на основе фильтра Калмана с динамическим перераспределением доверия к сенсорам через веса, рассчитываемые по экспоненциальной функции от оценок дисперсий ошибок; показано, что параметр чувствительности γ задает компромисс между инерционностью и резким доминированием «лучшего» канала, а для ускоренной реакции на внезапные изменения среды предложена временно изменяемая настройка γ(t), зависящая от скорости роста дисперсии. Обсуждены численные аспекты реализации (нормализация экспоненты, симметризация ковариаций, разложения Холецкого и SVD, итерационные методы), а также расширение модели на случай коррелированных шумов посредством введения кросс-ковариационной матрицы и обработка асинхронных измерений буферизацией. Экспериментальная проверка в имитации задымления (плотность до 0,7-0,8 ед.), в подземном тоннеле с размещением UWB-маяков через 10 м и в городской среде при подавлении GPS демонстрирует снижение погрешности до 0,3-0,4 м в экстремальных режимах и преимущество в 3-10 раз относительно моносенсорных решений; дополнительно показано уменьшение роста ошибки с увеличением длины тоннеля (до 14 см на 1000 м) по сравнению с одной ИНС. Указаны ограничения, связанные с вычислительной нагрузкой и требованиями к бортовым вычислителям, а также направления дальнейшей миниатюризации и оптимизации.

Ключевые слова

БПЛА навигация позиционирование GPS-отказ задымление транспортные тоннели SLAM инерциальная система мультисенсорная интеграция чрезвычайные ситуации

Финансирование

Авторы не заявили о внешнем финансировании исследования.

Библиографические ссылки

Власов А.И., Гараев А.В., Захарова В.О., Селиванов К.В., Чернышов Д.Д. Методика профилизации беспилотных летательных аппаратов на основе аддитивных технологий // Надежность и качество сложных систем. 2023. № 4. С. 95-110.

Жарков Д.А. Жостков Р.А., Гравиров В.В. Простейшая математическая модель генерации магнитного поля пропеллерами малоразмерных мульти-коптеров // Наука и технологические разработки. 2023. Т. 102. № 1. С.19-39.

Злобин С.Е. Развитие систем визуальной навигации для беспилотных летательных аппаратов в условиях отсутствия GPS-сигнала // Интеллектуальные технологии на транспорте. 2025. № 4(44). С.26-32.

Казаков Б.П., Колесов Е.В., Накаряков Е.В., Исаевич А.Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 6. С. 5-33.

Каледина Н.О., Кобылкин С.С., Кобылкин А.С., Кондрев Р.С., Белецкий Д.Н. Оценка эффективности естественного проветривания метромоста в случае возгорания кабеля с учетом защитных конструкций от климатических осадков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 10-1. С. 17-28.

Катаев М.Ю., Карташов Е.Ю., Гейко П.П. Обнаружение лесных пожаров по изображениям, полученным с БПЛА // Управление, вычислительная техника и информатика. Доклады ТУСУР. 2023. Т. 26. № 3. С. 72-79

Коптев С.В., Скуднева О.В. О возможностях применения беспилотных летательных аппаратов в лесохозяйственной практике // (Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2018. № 1. С. 130-138.

Линец Г.И., Мельников С.В. Алгоритм определения начальных координат роботизированного беспилотного летательного аппарата в условиях искажения навигационного поля // Современная наука и инновации. 2020. № 2(30). C. 8-20

Овсянкин А.В. Средства навигационного обеспечения гражданской беспилотной авиации в условиях высоких широт // Системный анализ и логистика. 2024. № 2(40). С. 105-113.

Савельев В.М., Антонов Д.А. Выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата на подвижном основании // Электронный журнал Труды МАИ . 2011. № 45. С. 1-19

Чжао С. Повышение точности оценивания погрешностей систем навигации с помощью фильтра Калмана в навигационных системах гибридной природы// Политехнический молодежный журнал. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2019. № 6. С.1-11.

Шейников А.А., Малкин В.А., Смоленский Э.А., Иваницкий Л.А. Математическая модель ошибок высотомера беспилотного летательного аппарата на базе стереосистемы технического зрения // Системный анализ и прикладная информатика. 2024. № 2. С. 30-40.

Шейников А.А., Малкин В.А., Санько А.А., Иваницкий Л.А. Математическая модель ошибок высотомера беспилотного летательного аппарата на базе стереосистемы технического зрения // Авиационный вестник. 2022. № 7. С. 68-75.

Выпуск

Раздел

МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ

Метрики

210 просмотров
0 скачиваний
Хотите опубликоваться?
Подать статью

Похожие статьи

<< < 1 2 3 4 > >> 

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)