Management řízení skupiny malých UA při provádění společných pátracích a monitorovacích úkolů

Vladimír Michalík

Disertační práce

Management of a small UA group during the common search and monitoring tasks performance

Anotace:

Hlavním cílem této práce je navrhnout teoretický postup letu a činnost skupiny bezpilotních letadel při hledání po pohřešovaných osobách. Práce analyzuje současný stav řešení uvedené problematiky a předkládá možné návrhy na řešení. Práce předkládá algoritmy postupů pro: • určení teoretické, statistické a subjektivně-deduktivní plochy pátrání, • návrh trajektorií letů pátrání pro příslušné plochy pátrání a • činnosti UA při samotném pátrání. Dizertační práce obsahuje ověření uvedených algoritmů na případové studii jak z pohledu proveditelnosti navržených algoritmů, tak i z pohledu teoretického řešení pohybu celé skupiny, skupin i samostatných UA letících po tratích letu s místy se zvýšenou hustotou pravděpodobností. Případová studie nám pomáhá vnímat problematiku pátrání z pohledu časových náročností jednotlivých typologií trajektorií letů (obrazců letů) vzdušného pátrání. Vyvrcholením práce je návrh modelu pátrání ve specifických prostorech na bázi matematického programování. Navržený matematický model je prakticky otestován pomoci softwarové aplikace Xpress a výsledky z této aplikace potvrzuji jeho správnost. Navržený matematický model, jako i využití poznatků z teorie grafů, umožní případným budoucím pátracím týmům, využívajících k pátrání po pohřešovaných osobách skupiny malých bezpilotních letadel, urychlení a zefektivnění plánování jejich pátracích akcí. V případech, kdy pátraní po pohřešovaných osobách je nezbytně nutné provést prohledáním míst se zvýšenou hustotou pravděpodobností výskytu pohřešovaných osob, model navrhne optimální nejrychlejší variantu pátrání a čas získán touto optimalizací v mnoha případech může znamenat záchranu života hledaných osob. Na rozdíl od převládajícího stávajícího stavu, kdy dnešní bezpilotní systémy se využívají hlavně pro vojenské účely, bude se vzrůstajícím počtem vhodných konstrukcí UAS stoupat jejích civilní využití např. pro monitorovací lety liniových staveb, pátrací a záchranné akce a různé akce humanitárního charakteru (při povodních nebo zemětřeseních). Navržený matematický model je možné využit i při pátracích akcích pomoci jiných skupin bezpilotních prostředků (vozidel, hladinových plavidel nebo ponorek). Právě při takové činnosti bude hromadné použití najednou více bezpilotních letadel/vozidel/plavidel efektivnější, levnější a bezpečnější než použití stávajících systémů s posádkou.

Abstract:

The main target of this thesis is to suggest a theoretical procedure of flight and actions of group of unmanned aircrafts during searching for missing persons. The manners in which the problems are currently dealt with are analysed and also are given some suggestions on a solution. The thesis contains algorithms of procedures for: • Search on theoretical, statistical and subjective-deductive determined search areas • Design of the search flights trajectory for the relevant search area • Activities of UA in the actual search The thesis also contains verification of the mentioned algorithms and in a case study is discussed. It is taken from the perspective of feasibility of the suggested algorithms and from the solutions of the theoretical routing of the whole group, groups and also of each UA on the flight routes with increased containment probability density. A case study helps us to investigate the issue from the perspective of time demands of individual typology shapes of flights (flight patterns) for search. The highlight of the theses is the design of a search model in specific areas with increased density of probability of containment based on mathematical programming. The designed mathematical model is practically tested using a software application called Xpress. The results confirmed its correctness. The proposed mathematical model, as well as utilization of findings of graphs theory, allows potential search teams, using groups of small unmanned aircraft for search for missing persons, to accelerate and streamline planning of search operations. In cases where it is necessary to do the search by searching places with increased density of probability of containment of missing persons, the model suggests an optimal and fastest variant of search, and the time obtained by this optimization in many cases means saving of missing people’s lives. In contrast to the current status today’s unmanned systems are mainly used for military purposes, however, with the growing number of suitable UAS designs it will increase its civilian use e.g. for flights monitoring of linear structures, search and rescue operations and other operations of humanitarian character (during floods or earthquakes). The designed mathematical model can be used for operations of different kinds of unmanned vehicle groups (ground vehicles, vessels or submarines) and in which the present mass deployment of unmanned systems is more efficient, cheaper and safer than using existing manned systems.

Klíčová slova

bezpilotní letadlo, průzkum, monitorování, pátrání a záchrana, SAR, obrazce pátrání, pohřešované osoby

Keywords

unmanned aircraft, reconnaissance, monitoring, search and rescue, SAR, search patterns, missing people

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 6. 2014

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 7. 10. 2014
• Vedoucí: Vladimír Smrž
• Oponent: Radim Farana, Rudolf Jalovecký, Andrej Novák

VŠB - Technická univerzita Ostrava

Fakulta strojní

Doktorský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Dopravní technika a technologie