Интеллектуальные технологии в беспилотных системах

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ 
ТЕХНОЛОГИИ 
В БЕСПИЛОТНЫХ
СИСТЕМАХ

В.А. ГВОЗДЕВА

Москва
ИНФРА-М
2023

УЧЕБНИК

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебника для учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по техническим специальностям (протокол № 6 от 08.06.2022)

2-е издание, дополненное

УДК 629.053(075.32)
ББК 39.17я723
 
Г25

Гвоздева В.А.
Г25 
 
Интеллектуальные технологии в беспилотных системах : учебник / 
В.А. Гвоздева. — 2-е изд., доп. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 197 с. — 
(Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-018162-2 (print)
ISBN 978-5-16-111181-9 (online)

В учебнике рассмотрена работа по применению интеллектуальных 
технологий в беспилотных системах. Дано описание методики исследования, 
изложены результаты проведенной работы, а также их интерпретация. 
Изучены основы управления интеллектуальными беспилотными системами. 
Описаны основные понятия и определения, история развития, 
основы управления данными в беспилотных системах. Приведены основ-
ные методы и модели, используемые в интеллектуальных беспилотных 
системах. Рассмотрены вопросы управления данными в беспилотных 
системах различных видов деятельности.
Соответствует требованиям федеральных государственных образова-
тельных стандартов среднего профессионального образования последнего 
поколения.
Для студентов вузов и учреждений среднего профессионального обра-
зования, обучающихся по направлениям подготовки и специальностям, 
предполагающим изучение дисциплин, связанных с интеллектуальным 
управлением в беспилотных системах.

УДК 629.053(075.32)
ББК 39.17я723

ISBN 978-5-16-018162-2 (print)
ISBN 978-5-16-111181-9 (online)
© Гвоздева В.А., 2022

Список принятых сокращений

АЗН-В — автоматическое зависимое наблюдение-вещание
АНПА — автономный подводный аппарат
АС — автоматизированная система
АУС — авианесущее соединение
БА — беспилотный автомобиль
БАС — беспилотная авиационная система
БД — база данных
БЗ — база знаний
БЛС — беспилотные летательные системы
БНС — беспилотные наземные системы
БПАЛА — беспилотный автоматический летательный ап-
парат
БПЛА — беспилотный летательный аппарат
БС — беспилотная система
БЦВМ — бортовая цифровая вычислительная машина
ГБО — гидролокатор бокового обзора
ДПАС — дистанционно пилотируемая авиационная система
ДПЛА — дистанционно пилотируемый летательный ап-
парат
ДУАС — дистанционно управляемая авиационная система
ДУЛА — дистанционно управляемый летательный аппарат
ИИ — искусственный интеллект
ИИБ — информационная интеллектуальная база
ИИТ — информационные интеллектуальные технологии
ИСУ — интеллектуальные системы управления
ИСУЖТ — интеллектуальная система управления желез-
нодорожным транспортом
ЛА — летательный аппарат
МВ — механизм вывода
МВД — Министерство внутренних дел
МИНС — малогабаритная инерциальная интегрированная 
систем

Список принятых сокращений

МЛЭ — многолучевой эхолот
ММ — модель местности
МСЭ — Международный союз электросвязи
МЧС — Министерство по делам гражданской обороны, 
чрезвычайным ситуациям и ликвидациям последствий сти-
хийных бедствий
НКУ — наземный комплекс управления
ННА — надводный необитаемый аппарат
НПДУ — наземный пункт дистанционного управления
ООН — Организация Объединенных Наций
ООСУБД — объектно-ориентированная система управ-
ления базой данных
ОРСУБД — объектно-реляционная система управления 
базой данных
ОС — операционная система
ПО — программное обеспечение
ППРЧ — псевдослучайная перестройка рабочей частоты
ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная ма-
шина
СПИ — система пользовательского интерфейса
СУ — система управления
СУБД — система управления базой данных
ТНПА — телеуправляемый необитаемый подводный ап-
парат
ТПА — телеуправляемые подводные аппараты
ЭВМ — электронно-вычислительная машина
ЭС — экспертная система
ASP — application service provider (поставщик сервиса при-
ложений)
BI — business intelligence (бизнес-аналитика)
BPM — business performance management — управление эф-
фективностью бизнеса
CRM — customer relationship management (система управ-
ления взаимоотношениями с клиентами)

Список принятых сокращений

DDL — data defi nition language (язык определения данных 
для схемы)
DML — data manipulation language (язык манипулирования 
данными)
ER — entity-relationship (сущность-связь)
ERP — enterprise resource planning (планирование ресурсов 
предприятия)
ETL — extraction, transformation, loading (извлечь, преобра-
зовать, загрузить)
ICAO — International Civil Aviation Organization (Между-
народная организация гражданской авиации ИКАО)
KDD — knowledge discovering in databases (обнаружение 
знаний в базах данных)
ML — machine learning (машинное обучение)
OLAP — online analytical processing (интерактивная аналитическая 
обработка)
SBML — systems biology markup language (системный биологический 
язык разметки)
SQL — structured query language (структурированный язык 
запросов)
WFS — web feature services (веб-служба)
WMS — web map services (сервис веб-карт)

Введение

Четвертая промышленная революция кардинально меняет 
прежние экономические, общественные и иные отношения. 
На современном уровне развития и тенденций совершенствования 
вычислительной техники, информационных технологий, 
искусственного интеллекта возникают совершенные 
интеллектуальные системы управления (ИСУ) с элементами 
искусственного разума. Мир стоит на пороге интеллектуальной 
революции, а экономическая и транспортная сферы 
уже оказались активно вовлечены в нее.
Двигателем четвертой промышленной революции станут 
«умные» технологии. В основе цифрового интеллектуального 
мира будет технология 5G, обеспечивающая три краеугольных 
камня нового цифрового мира: сверхширокополосный мобильный 
доступ; абсолютно надежную связь с низкими задер-
жками; массовое подключение устройств интернета. На них 
работают критически важные приложения и беспилотные ав-
томобили, базируются процессы автоматизации промышлен-
ности, концепции «умного» дома, «умного» города, «умных» 
дорог, 3D-видео, технологии дополненной и виртуальной ре-
альности, 4K-разрешение и облачные сервисы.
В июне 2015 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) 
разработал план развития технологии мобильной связи 5G 
и определил ее название  — «IMT-2020» (International Mobile 
Telecommunications). Высокоскоростной интернет по этой 
технологии будет обеспечивать среднее количество одновре-
менных подключений 1 млн на 1 км2.
На повестку дня встают сложные вопросы разработки 
и внедрения беспилотных систем и машин, т.е. управляемых 
без непосредственного участия человека. В мире создаются 
различные беспилотные комплексы того или иного назна-
чения. Использование автономных роботов в авиации, кос-

Введение

мосе, транспортной отрасли, автомобилестроении, сельском 
хозяйстве, военном деле, медицине, разных областях промыш-
ленности и т.д. ведет к повышению уровня развития этих от-
раслей и экономической эффективности затраченных труда 
и средств. Сегодня беспилотные аппараты уже могут ездить 
по вертикальным стенам, передвигаться по поверхности морей 
и океанов и бороздить подводные просторы. Создаются авто-
номные устройства, которые способны как летать, так и пла-
вать под водой.
Задачей настоящей книги было представить описание ре-
зультатов изучения темы об управлении беспилотными систе-
мами с помощью интеллектуальных технологий, а также 
тесно связанных с ней тем.
Интеллектуальная система управления — система управ-
ления, обладающая целенаправленной свободой выбора своих 
управляющих решений [28]. Cовременные ИСУ, как правило, 
имеют базы знаний и данных строгой целевой направлен-
ности. Поэтому такие системы применяются для объектов той 
области, в которой они используются.
Уже сейчас существующие ИСУ с элементами искусствен-
ного интеллекта имеют многопрофильные базы знаний и дан-
ных, осуществляют самостоятельное непрерывное и активное 
их пополнение, формируют управляющие решения в условиях 
неопределенности на основе построения аналогий из смеж-
ных областей знаний. Как правило, такие системы управления 
сами по себе являются сложными системами с большим чис-
лом иерархических уровней.
Например, система управления опытной дистанционно 
управляемой авиационной системы (ДУАС) «Бумеранг» 
построена на принципах открытой архитектуры и имеет 
шесть иерархических уровней. На каждом из уровней есть 
своя ИСУ с подсистемами летательных аппаратов (ЛА) и сов-
мещенными базами знаний (БЗ), базами данных (БД): соб-
ственного состояния, планирования поведения и состояния 
окружающей среды (контуры согласования). Каждый из уров-

Введение

ней отличается диапазоном ответственности управляющих 
решений.
Отечественная беспилотная авиация сейчас находится 
на этапе становления и бурного развития, особенно в сфере ма-
лых и средних беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). 
В России насчитывается десяток производителей, ведущих 
активную деятельность в области разработки, производства 
и эксплуатации беспилотников. Летательные беспилотники 
уже сейчас успешно применяются в электроэнергетике и до-
бывающей промышленности, полиции и специальных служ-
бах, дорожном хозяйстве и коммунальных службах, сельском 
хозяйстве, строительстве и др.
Беспилотные летательные аппараты могут выполнять [36]:
 
• для электроэнергетики: фотографирование объектов и тер-
риторий, авиационное беспилотное обследование вдоль 
трассовых линий электропередачи, тепловизионные съемки 
объектов и территорий, стереосъемки объектов и участков 
территорий;
 
• для газовиков: авиационное беспилотное патрулирование 
трасс магистральных трубопроводов, авиационное обследо-
вание линейной части магистральных газопроводов по ма-
териалам авиационной беспилотной и космической съемки, 
картографирование объектов реконструкции и строитель-
ства по материалам авиационной беспилотной съемки;
 
• для нефтяников: поиск утечек, оперативное картографиро-
вание, поиск врезок, круглосуточное патрулирование, полу-
чение ортофотопланов, контроль производственных работ 
на объектах строительства и реконструкции по материалам 
авиационной беспилотной съемки;
 
• для Министерства внутренних дел (МВД) и Министерства 
по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям 
и ликвидациям последствий стихийных бедствий (МЧС): 
аэрофотосъемка и картографирование, мониторинг сель-
скохозяйственных угодий, прибрежной зоны, границ, кри-
миногенной и чрезвычайных ситуаций;

Введение

 
• для железнодорожников: оснащение ремонтно-восстанови-
тельных поездов авиадронами для разведки местности и пе-
редачи визуальной информации в условиях экстремальных 
температур, высокой скорости ветра, ограниченности связи, 
удаленности от населенных пунктов.
Беспилотные автомобили уже становятся частью совре-
менной жизни. Для безлюдного управления движением они 
располагают высокоинтеллектуальными интегрированными 
навигационными системами, высокочувствительными датчи-
ками, оптическими дальномерами, внутренними камерами. 
Это позволяет автомобилям передвигаться самостоятельно 
с соблюдением правил дорожной безопасности. Внедрение 
технологии 5G позволит добиться высокоскоростного и без-
опасного движения беспилотного автомобиля.
В России над созданием отечественных беспилотных систем 
работают совместно такие компании, как Яндекс, КаМАЗ 
и НАМИ.
Кроме «умных» автомобилей должны быть и «умные» 
дороги, оснащенные чувствительными сенсорами и помогающими 
автотранспорту беспилотно передвигаться по маршрутам 
и безопасно осуществлять необходимые маневры на дороге. 
Например, в Китае такое «умное» скоростное шоссе уже 
появилось.
На железнодорожном транспорте также работают над созданием 
беспилотных систем управления. Стандарт МЭК 62290 
(2014 г.) для реализации беспилотной системы управления 
предусматривает степени автоматизации и функции: от 0-й, 
когда за управление и безопасность движения полностью отвечает 
машинист, до 4-й, когда персонал на борту отсутствует, 
управление движением поезда полностью в автоматическом 
режиме выполняет автоматическая бортовая система.
Для полноценной работы автоматических транспортных 
средств необходима соответствующая инфраструктура. Это 
дорожная разметка и интеллектуальные центры в городах, 

Введение

точные и своевременно обновляемые карты, мощные бортовые 
вычислительные комплексы и чувствительные датчики, 
сеть для обмена информацией между участниками движения.
В задачи водных беспилотников входят патрулирование 
водных частных владений, мониторинг береговой ситуации, 
оперативная передача информацию при разливе нефтепродуктов 
в центр управления, поиск пострадавших людей 
при крушении судов и передача сообщений в координационный 
центр. Это облегчает службу спасателей, работников 
искусственных и естественных водоемов.
Книга предназначена для подготовки учащихся колледжей 
по специальностям, предполагающим изучение дисциплин, 
связанных с интеллектуальным управлением в беспилотных 
системах.
В результате изучения материала данного учебного издания 
студент должен овладеть следующими компетенциями:
знать
 
• роль и место дисциплины при освоении профессиональной 
образовательной программы по специальности и в сфере 
профессиональной деятельности;
 
• международные стандарты в изучаемой области;
 
• основы искусственного интеллекта;
 
• информационные интеллектуальные технологии (ИИТ), 
а также спутниковые системы связи и навигации;
 
• основные положения теории управления беспилотными 
системами с помощью ИИТ;
 
• модели беспилотных систем;
 
• технологии интеллектуального анализа управления беспилотными 
системами;
 
• методы и способы защиты информации в беспилотных си-
стемах;
уметь
 
• разрабатывать информационно-логическую, функциональ-
ную и объектно-ориентированную модели управления в бес-
пилотных системах;