Создание моделей и методов интеллектуально-геометрического управления робототехническими системами в недетерминированной среде на основе обработки многомодальной слабоструктурированной информации, представления и автоматического пополнения знаний бортовых решателей

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-71-10056

НазваниеСоздание моделей и методов интеллектуально-геометрического управления робототехническими системами в недетерминированной среде на основе обработки многомодальной слабоструктурированной информации, представления и автоматического пополнения знаний бортовых решателей

Руководитель Хачумов Михаил Вячеславович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт программных систем им. А.К. Айламазяна Российской академии наук , Ярославская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-519 - Интеллектуальные динамические системы и технологии управления

Ключевые слова интеллектуально-геометрическое управление, робототехническая система, беспилотный автономный летательный аппарат, слабоструктурированные данные, недетерминированная среда, методы и алгоритмы управления, планирование поведения, многоканальное управление, представление и приобретение знаний, строевые и траекторные задачи, оптимизация бортовых вычислений, имитационное и натурное моделирование, интеллектуальные производственные технологии

Код ГРНТИ28.23.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы совершенствования в рамках единой теории методов интеллектуального и геометрического управления робототехническими системами в недетерминированной окружающей среде на основе глубокой обработки слабоструктурированной информации, доставляемой системами технического зрения, представления и автоматического пополнения знаний, создания альтернативных информационных каналов и каналов управления. Слабоструктурированная информация поступает на борт робототехнической системы в виде снимков в различных форматах от систем технического зрения, датчиков ориентации и телеметрии, речевых и текстовых каналов управления и других подсистем. Наличие альтернативных источников многомодальной слабоструктурированной информации служит средством повышения надежности управления и автономности беспилотных аппаратов. Мультимодальные текстовые, речевые и графические каналы информации дополняют друг друга, расширяют возможности систем управления и принятия решений. Актуальность темы исследования и ее научная новизна определяются потребностью создания и оснащения робототехнических систем новыми многофункциональными комплексами технического зрения, интеллектуальными решателями, альтернативными каналами и бортовыми системами управления, способными передавать, обрабатывать и использовать поступающую слабоструктурированную информацию для эффективного решения целевых задач (включая задачи траекторного движения в недетерминированной среде, распознавания целевых объектов, позиционирования и определения ориентации, безопасного формирования заданного строя, пополнения знаний и планирования коллективного поведения) в автономном режиме. Важное значение для автономного управления приобретают механизмы автоматического пополнения и обработки знаний на борту, необходимые для принятия оперативных решений в процессе выполнения задания. Планируется разработать новую модель представления и пополнения знаний в виде набора типовых подзадач, заданных безотносительно к конкретной области, которые позволяют конструировать сложные программы целенаправленной деятельности с полиномиальной сложностью в априори недоопределенных условиях. Это позволит интеллектуальному решателю задач эффективно функционировать при ограничениях на бортовые вычислительные ресурсы. Научная новизна исследования определяется созданием новой теории, методологии и инструментальных средств планирования поведения и интеллектуально-геометрического управления робототехническими системами, опирающихся на методы обработки многомодальной слабоструктурированной информации, автоматического приобретения знаний и выработки управлений в недетерминированных средах, включая 1) постановку и решение новых целевых задач интеллектуально-геометрического управления группами робототехнических систем для формирования коалиций и реализации сложного траекторного движения в недетерминированной окружающей среде с контролем безопасного сближения; 2) постановку и решение задач представления и приобретения знаний на основе фреймовых продукций, моделей растущих нечетких семантических сетей, условно-зависимой логики и выработку на этой основе правил управления БПЛА; 3) постановку и решение задач оптимизации конвейерно-параллельных вычислений измерительных и управляющих функций в условиях ограничений ресурсов бортовых вычислителей; 4) постановку и решение задачи построения универсальных интеллектуальных интерфейсов управления, использующих текстовые, речевые и жестовые команды на основе обобщения формализованных представлений, методов обработки и когнитивного отображения слабоструктурированной многомодальной информации; 5) планирование производственно-технологических работ на основе БПЛА, оснащенных современными СТЗ и манипуляторами, включая механическую обработку, мониторинг и контроль состояний целевых объектов, доставку грузов и обеспечение мобильной связи в труднодоступных и опасных местах. Научная и практическая значимость решения фундаментальной задачи определяется существенным повышением автономности, надежности и эффективности функционирования робототехнических систем за счет создания теории интеллектуально-геометрического управления и внедрения интегрированных интеллектуальных технологий решения целевых задач в условиях неопределенности и ограничений на бортовые вычислительные ресурсы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Нечеткая модель ситуационного управления параметрами полета автономного беспилотного летательного аппарата в условиях неопределенности Мехатроника, автоматизация, управление, № 12, Т. 22, С. 650-659 (год публикации - 2021)
10.17587/mau.22.650-659

2. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Planning polyphase behavior of autonomous intelligent mobile systems in uncertain environments Информационно-управляющие системы, № 4, С.28-36 (год публикации - 2021)
10.31799/1684-8853-2021-4-28-36

3. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Планирование поведения автономного летающего робота в пространстве подзадач. Процедуры вывода решений Искусственный интеллект и принятие решений, №3, С.93-105 (год публикации - 2021)
10.14357/20718594210308

4. Хачумов М.В., Хачумов В.М. Notes on the pursuit-evasion games between unmanned aerial vehicles operating in uncertain environments 2021 International Conference Engineering and Telecommunication (En&T), P.1-5 (год публикации - 2021)
10.1109/EnT50460.2021.9681784

5. Хачумов М.В., Хачумов В.М., Абрамов Н.С., Фраленко В.П. Range Measurement by Computer Vision Systems Based on Invariant Moment 2021 25th International Computer Science and Engineering Conference (ICSEC), P. 1-4 (год публикации - 2021)
10.1109/ICSEC53205.2021.9684616

6. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Principle of constructing procedures for planning behavior of autonomous intelligent robots based on polyvariable conditionally dependent predicates Automation and Remote Control, No. 4, pp. 140–154. (год публикации - 2022)
10.1134/S0005117922040075

7. Хачумов М.В., Талалаев А.А., Панкратов А.С. Onboard computer function implementation based on cordic algorithm 2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), p. 1-6 (год публикации - 2022)

8. Фраленко В.П., Шишкин О.Г. Интеллектуальные методы обработки данных телеметрии, визуальная инспекция по видеозаписям и данным лазерного сканирования Современные наукоемкие технологии, №1, с.107-113 (год публикации - 2022)
10.17513/snt.39018

9. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. The principle of object recognition in a problem environment in the process of planning the behavior of an autonomous intelligent mobile system Marine intellectual technologies, №3-1, Т. 57, С. 181-187 (год публикации - 2022)
10.37220/MIT.2022.57.3.024

10. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Planning the behavior of autonomous intelligent robots under conditions with a high level of a priori uncertainty Marine intellectual technologies, №3-1, Т. 57, С. 274-281 (год публикации - 2022)
10.37220/MIT.2022.57.3.035

11. Хачумов М.В. Application of geometric invariants in the problem of trajectory tracking for UAVs 2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), C. 1-5 (год публикации - 2022)
10.1109/SIBCON56144.2022.10002878

12. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Планирование поведения автономных интеллектуальных мобильных систем в условиях неопределенности Издательство "Политехника", Санкт-Петербург, 276 с. (год публикации - 2022)
10.25960/7325-1193-2

13. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Виды мышления автономных интеллектуальных мобильных систем и особенности их организации Информационные технологии в управлении (ИТУ-2022) (Санкт-Петербург, 4-6 октября 2022 г.), С. 47-50 (год публикации - 2022)

14. Шишкин О.Г., Хачумов В.М. Neural network technologies for control of subsystems of small spacecraft Proceedings of the International Conference on Engineering Research 2021 (ICER 2021), C. 1-8 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0099226

15. Абрамов Н.С., Емельянова Ю.Г., Талалаев А.А., Фраленко В.П., Хачумов М.В. Архитектура мультимодального интерфейса для управления беспилотным летательным аппаратом Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 3. с.55-63 (год публикации - 2022)
10.3103/S1068799822030084

16. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Classification and structured description of objects of the problematic environment in the knowledge representation model of autonomous intelligent mobile systems Marine intellectual technologies, №4, Ч.1, С.177-184 (год публикации - 2022)
10.37220/MIT.2022.58.4.040

17. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. The principle of concretization of abstract knowledge by an autonomous intelligent robot in the process of planning behavior under uncertainty Marine intellectual technologies, №1-1, Т. 59, С. 181-190 (год публикации - 2023)
10.37220/MIT.2023.59.1.023

18. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Принцип организации мотивационного поведения и автоматического целеполагания автономных интеллектуальных мобильных систем Мехатроника, автоматизация, управление, № 2, Т. 24, С. 75-84 (год публикации - 2023)
10.17587/mau.24.75-84

19. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Маршрутизация целенаправленного движения автономным беспилотным летательным аппаратом в процессе преследования подвижного объекта Авиакосмическое приборостроение, № 4, С. 25-31 (год публикации - 2023)
10.25791/aviakosmos.4.2023.1332

20. Хачумов М.В. An approach to formation control of UAVs based on applying adapted Kohonen neural network 2023 IEEЕ Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT), p. 1-4 (год публикации - 2023)

21. Хачумов М.В., Хачумов В.М., Ковалев А.К., Панов А.И. Pattern-Recognition Tools and Their Applications Pattern Recognition and Image Analysis, Vol. 33, No. 1, pp. 1–11 (год публикации - 2023)
10.1134/S1054661823010029

22. Хачумов М.В., Шишкин О.Г., Хачумов В.М. Мониторинг и контроль текущего состояния датчиков космического аппарата Авиакосмическое приборостроение, №2, с.23-29 (год публикации - 2023)
10.25791/aviakosmos.2.2023.1322

23. Фраленко В.П. Повышение качества видеопотока от системы технического зрения беспилотного летательного аппарата Программные системы: теория и приложения, №2 (год публикации - 2023)

24. Хачумов М.В., Хачумов В.М. Modeling the Solution of the Pursuit-Evasion Problem Based on the Intelligent-Geometric Control Theory Mathematics, Vol.11, No.23, P.1-26. (год публикации - 2023)
10.3390/math11234869

25. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Когнитивные инструменты абстрактного мышления автономных интеллектуальных мобильных систем Мехатроника, автоматизация, управление, №6, Т.24, С.317-326 (год публикации - 2023)
10.17587/mau.24.317-326

26. Мелехин В.Б., Хачумов В.М., Хачумов М.В. Самообучение автономных интеллектуальных роботов в процессе поисково-исследовательской деятельности Информатика и ее применения, №2, Т.17, С.78-83 (год публикации - 2023)
10.14357/19922264230211

27. Хачумов М., Емельянова Ю., Хачумов В. Parabola-Based Artificial Neural Network Activation Functions IEEE proceedings of the 2023 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), P.249-254 (год публикации - 2023)
10.1109/RusAutoCon58002.2023.10272855

28. Хачумов М.В., Абрамов Н.С, Хачумов В.М. Elements of the Smart Geometrical Control Technology for Unmanned Aerial Vehicles 2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), P. 1-6 (год публикации - 2023)
10.1109/UralCon59258.2023.10291087

29. Хачумов М.В., Емельянова Ю.Г. Парабола как функция активации искусственных нейронных сетей Искусственный интеллект и принятие решений, №2, С.89-97 (год публикации - 2023)
10.14357/20718594230207

30. Шишкин О.Г. Методы контроля и диагностики космических подсистем связи и ориентации Информационные технологии, №6, с.290-295 (год публикации - 2023)
10.17587/it.29.290-295

31. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Управление целенаправленной деятельностью автономных летающих роботов в нестабильном окружении Издательство "Политехника", Санкт-Петербург, 248 с. (год публикации - 2023)
10.25960/7325-11970

32. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Планирование целенаправленной деятельности автономным интеллектуальным роботом с обновлением знаний в кратковременной памяти Мехатроника, автоматизация, управление, №2, Т.25, С.79-92 (год публикации - 2024)
10.17587/mau.25.79-92

33. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Автоматическое построение элементов представления процедурных знаний подводным интеллектуальным роботом в условиях недоопределенности Морские интеллектуальные технологии, №2, Ч.1, С.1-8 (год публикации - 2024)

34. Абрамов Н.С., Саттарова В.В., Фраленко В.П., Хачумов М.В. Жестовое управление полетом малого беспилотного летательного аппарата Программные системы: теория и приложения, №2, Т.15, С. 21-36 (год публикации - 2024)
10.25209/2079-3316-2024-15-2-21-36

35. Хачумов М.В., Емельянова Ю.Г. Многослойные искусственные нейронные сети с функцией активации типа s-парабола и их приложения Искусственный интеллект и принятие решений (год публикации - 2024)

36. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Процедуры самообучения автономных интеллектуальных мобильных систем в нестабильных априори неописанных проблемных средах Мехатроника, автоматизация, управление, № 7, Т. 23, С. 356-366 (год публикации - 2022)
10.17587/mau.23.356-366

37. Мелехин В.Б., Хачумов М.В. Планирование многоэтапной деятельности интеллектуальным роботом в условиях неопределенности Автоматика и Телемеханика, №12, С.146-168 (год публикации - 2023)
10.31857/S0005231023120127

38. Абрамов Н.С., Талалаев А.А., Фраленко В.П., Хачумов М.В. Система мультимодального управления и визуализации полета беспилотного летательного аппарата Авиакосмическое приборостроение, №9, С.3-11 (год публикации - 2023)
10.25791/aviakosmos.9.2023.1358

Публикации