Intelligent Monitoring and Route Adaptation System for Drones based on Neural Network Risk Analysis

Abstract

The study examines an intelligent monitoring and route adaptation system for unmanned aerial vehicles (Drones) based on neural network risk analysis. The research considers autonomous navigation algorithms that enable environmental analysis and real-time trajectory correction in response to potential threats. The possibilities of applying computer vision, neural network algorithms, data preprocessing methods, object detection, semantic segmentation, trajectory planning algorithms, predictive control, and adaptive route optimization are assessed for identifying obstacles, moving objects, and restricted flight zones. The role of intelligent control systems for drones is analyzed, along with their impact on enhancing autonomy, resilience, and operational efficiency in dynamically changing environments. The proposed solutions are aimed at risk mitigation associated with emergency situations through the implementation of adaptive flight control strategies. The study employs methods of systems analysis, computer vision, and machine learning, including convolutional neural networks, image preprocessing algorithms, data filtering and segmentation, as well as sensor data analysis. The effectiveness assessment is carried out through trajectory modeling, testing of threat identification algorithms, and analysis of UAV route stability parameters. The scientific novelty lies in the development of an integrated system for intelligent UAV route correction based on neural network object classification methods and adaptive trajectory planning algorithms. Mechanisms for predictive risk analysis have been developed, ensuring automatic route adjustment upon detecting obstacles, adverse weather conditions, and restricted-access zones. The proposed control architecture integrates computer vision technologies, data stream analysis, and automated decision-making while using dynamic routing methods, real-time flight correction algorithms, and collision avoidance strategies. This approach enhances the level of UAV autonomy. The developed intelligent navigation algorithms can be implemented in modern autonomous UAV control systems, enabling adaptation to dynamic conditions and increasing the efficiency of task execution across various domains, including defense and industrial applications.

References

  1. Яковлев А. Г., Баранов Д. Е., Шишкин М. Д. О современном состоянии и тенденциях применения новых материалов и технологий в конструкциях беспилотных летательных аппаратов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 1. С. 71-74.
  2. Варламов О. О. Об одном подходе к метрике автономности и интеллектуальности робототехнических комплексов // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2017. № 6-2. С. 43-53.
  3. Коптев В. А. Анализ БПЛА как актуальных радиолокационных целей и их маскирующих факторов // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2024. № 6-1. С. 244-250.
  4. Варламов О. О., Лазарев В. М., Чувиков Д. А., Джха П. О перспективах создания автономных интеллектуальных роботов на основе миварных технологий // Радиопромышленность. 2016. № 4. С. 96-105.
  5. В России разработали новые многофункциональные дроны «Касатка» и «Микроб» [Электронный ресурс]. URL: https://aif.ru/society/army/v-rossii-razrabotali-novye-mnogofunkcionalnye-drony-kasatka-i-mikrob (дата обращения: 26.01.2025).
  6. В России представили новые многофункциональные разработки для СВО [Электронный ресурс]. URL: https://news.mail.ru/svo/64559772/ (дата обращения: 26.01.2025).
  7. Малышев В. П., Виноградов О. В. Возможные направления повышения устойчивости организаций, необходимых для выживания населения при современных военных конфликтах // Проблемы анализа риска. 2023. № 5. С. 60-70.
  8. Корнеев Д. С. Использование аппарата нейронных сетей для создания модели оценки и управления рисками предприятия // Управление большими системами: сборник трудов. 2007. № 17. С. 81-102.
  9. Овчинский В. С. Технологии будущего против криминала. М.: ЛитРес, 2019.
  10. Белякова Е. В., Прокопович Д. А., Рыжая А. А., Гильц Н. Е. Логистический подход к технологическому развитию промышленного комплекса региона // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2015. № 4. С. 1007-1013.
  11. Вырелкин А. Д., Кучерявый А. Е. Использование беспилотных летательных аппаратов для решения задач «умного города» // Информационные технологии и телекоммуникации. 2017. № 1. С. 105-113.
  12. Криничко В. А., Князев Е. А. Применение БПЛА в боевой работе командиров // Научный аспект. 2023. № 8. С. 537-546.
  13. Довгаль В. А., Довгаль Д. В. Анализ безопасности роя дронов, противостоящего атакам злоумышленников // Дистанционные образовательные технологии: сборник трудов V Международной научно-практической конференции. Симферополь: Ариал, 2020. С. 372-377.
  14. Ласточкин Ю. И., Ярыгин Ю. Н., Бывших Д. М. Методическое обеспечение обоснования способов боевого применения сил и средств радиоэлектронной борьбы при противодействии радиоэлектронной разведке в операциях объединений сухопутных войск // Военная мысль. 2018. № 6. С. 58-66.
  15. Бурченков В. В. Автоматизированные системы контроля подвижного состава. Гомель: Белорусский государственный университет транспорта, 2020. 226 с.
  16. Боровик В. С., Гуцул В. И., Клестов С. А., Фирсов И. С., Пыхтырев В. С., Шатравин В. В., Сырямкин В. И., Шидловский С. В., Шашев Д. В., Нгуен К. Т., Угрюмов Д. А., Сырямкин М. В. Коллективы интеллектуальных роботов. Сферы применения. Томск: СТТ, 2018. 140 с.
  17. Терентьев В. Б. Метод свёртки вероятностных и параметрических показателей летательного аппарата // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы. 2019. С. 51.
  18. Сорокин И. А., Романов П. Н., Чесноков А. Д., Кондраненкова Т. Е. Математическая модель обработки изображений опасных и вредоносных растений с камеры БПЛА // Вестник НГИЭИ. 2023. № 5. С. 20-32.
  19. Али Б., Садеков Р. Н., Цодокова В. В. Алгоритмы навигации беспилотных летательных аппаратов с использованием систем технического зрения // Гироскопия и навигация. 2022. № 4. С. 87-105.
  20. Костин А. С. Информационно-измерительные системы для контроля выполнения траектории авиационной системы // Волновая электроника и инфокоммуникационные системы: материалы XXIV Международной научной конференции. Часть 1. 2021. С. 219-226.
  21. Xu Y., Wei Y., Wang D., Jiang K., Deng H. Multi-UAV Path Planning in GPS and Communication Denial Environment // Sensors (Basel). 2023. Vol. 23. № 6. P. 2997.
  22. Vera-Yanez D., Pereira A., Rodrigues N., Molina J.P., García A.S., Fernández-Caballero A. Vision-Based Flying Obstacle Detection for Avoiding Midair Collisions: A Systematic Review // J. Imaging. 2023. Vol. 9. P. 194.
  23. Alharthi R. Enhancing unmanned aerial vehicle and smart grid communication security using a ConvLSTM model for intrusion detection // Front. Energy Res. 2024. Vol. 12. P. 1491332.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».