Модель та метод інформаційної технології навігації автономних мобільних систем в умовах невизначеності

Abstract

UA: Дисертаційну роботу присвячено вирішенню важливого наукового завдання з розробки моделі та методу інформаційної технології навігації автономних мобільних систем (АМС), що забезпечує однорідну інтеграцію таких чотирьох завдань навігаційного циклу, як сприйняття інформації, локалізація, динамічне планування маршруту та ситуаційне керування рухом у недетермінованому частково спостережуваному оточенні. Частини досліджень, результати яких викладено в дисертації, виконано в межах науково-дослідної роботи Українського державного університету залізничного транспорту «Розумні машини та інтернет речі зі штучним інтелектом», № ДР 0120U104276 та держбюджетної науково-дослідної роботи Харківського національного університету радіоелектроніки «Глибинні гібридні системи обчислювального інтелекту для аналізу потоків даних та їх швидке навчання», № ДР 0119U001403. Об’єкт дослідження: процес навігації автономних мобільних систем. Предмет дослідження: моделі, методи і технології навігації автономних мобільних систем в умовах невизначеності, неповноти та нечіткості інформації. Метою дисертаційного дослідження є розширення можливостей навігації мобільних систем в автономному режимі в умовах частково недетермінованого оточення. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішено такі завдання дослідження: 1) проведено аналіз існуючих моделей та методів навігації, що використовуються в автономних мобільних системах; 2) розроблено модель ситуаційного управління переміщенням по маршруту автономної мобільної системи в умовах передбачених збурень на основі концептуальної моделі сприйняття з механізмами управління контекстом і переключення уваги; 3) розроблено модель та метод ситуаційного управління переміщенням по маршруту з динамічним переплануванням маршруту автономної мобільної системи в умовах непередбачених збурень; 4) розвинуто інформаційну технологію навігації автономної мобільної системи на основі моделі ситуаційного управління переміщенням та динамічного перепланування; 5) проведено комплексне тестування розроблених моделі, методу та інформаційної технології. Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в такому:  уперше розроблено модель ситуаційного управління переміщенням автономної мобільної системи з переплануванням маршруту, яка, на відміну від існуючих, враховує вплив заздалегідь непередбачених збурень, що унеможливлюють переміщення до цільової позиції маршруту, та завдяки ситуаційному переплануванню на підставі сенсорних даних про поточну ситуацію дозволяє автономній мобільній системі досягнути цілі;  удосконалено метод ситуаційного управління з урахуванням контексту, який адаптовано до завдання управління переміщенням автономної мобільної системи вздовж заданого маршруту, що дозволяє на цій підставі вирішувати завдання навігації мобільних автономних систем в умовах невизначеності й неповної інформації;  забезпечено подальший розвиток інформаційної технології навігації автономної мобільної системи за рахунок використання моделі та методу ситуаційного управління з переплануванням маршруту, що дозволяє розширити застосування автономних мобільних систем в автономному режимі у частково недетермінованому оточені, коли відсутня можливість або економічно необґрунтоване упорядкування оточення.

EN: The thesis is devoted to the solution of an important scientific problem on the development of a model and method of the information technology of navigation of an autonomous mobile system (AMS), which provides homogeneous integration of four navigation cycle tasks such as information perception, localization, dynamic path planning and situational motion control in an indeterminate partially observed environment. Parts of the research, the results of which are presented in the thesis, were performed within the research work of the Ukrainian State University of Railway Transport "Smart machines and the Internet of Things with artificial intelligence", № DR 0120U104276 and the state-funded research work of the Kharkiv National University of Radio Electronics "Deep hybrid systems of computational intelligence for data streams analysis and their fast learning", № DR 0119U001403. The research object is the process of navigation of autonomous mobile systems. The research subject encompasses models, methods and technologies of navigation of autonomous mobile systems in the conditions of uncertainty, incompleteness and fuzzies of information. The research aim is to expand the possibilities of navigation of mobile systems in the autonomous mode in a partially indeterminate environment. To achieve the research aim the following research tasks have been solved: 1) an analysis of existing models and methods of navigation used in autonomous mobile systems has been carried out; 2) a model of situational control of movement on a path of an autonomous mobile system in the conditions of the provided disturbances based on the perception conceptual model with mechanisms of context management and attention switching has been developed; 3) a model and method of situational control of movement on a path with dynamic re-planning of a path of an autonomous mobile system in the conditions of unforeseen disturbances have been developed; 4) the information technology of navigation of an autonomous mobile system based on the model of situational control of movement and dynamic re-planning has been developed; 5) comprehensive testing of the developed model, method and information technology has been carried out. The scientific novelty of the thesis is as follows:  for the first time, a model of situational control of an autonomous mobile system movement with re-planning of a path has been developed, which, unlike others, takes into account the impact of unforeseen disturbances that make it impossible to move to the goal position of the path, and due to situational re-planning based on sensory data about the current situation allows an autonomous mobile system to achieve the goal;  the context-sensitive method of situational control has been improved, which is adapted to the task of controlling the movement of an autonomous mobile system along a given path, which allows on this basis to solve the problem of navigation of mobile autonomous systems in conditions of uncertainty and incomplete information;  the further development received the information technology of navigation of an autonomous mobile system using the model and method of situational control with re-planning of the path, which allows to expand the use autonomous mobile systems in a partially indeterminate environment, when there is no possibility or economically unreasonable a streamlining of the environment.