Széchenyi Plusz RRF

A kutatási terület vezetője:

     Dr. Vanek Bálint, tudományos tanácsadó; kutatólaboratórium vezető-helyettes, SZTAKI
     Dr. Rohács Dániel, egyetemi docens, tanszékvezető, BME

Pár szó a kutatási területről

  • Vezetőnélküli légi járművek (UAV-k) olyan repülőeszközök, amelyek valamilyen ön- vagy távirányítással, vagy ezek kombinációjával rendelkeznek, továbbá a fedélzetükön nincsen – értsd: nem kell, hogy legyen – pilóta. Az UAV-kat többnyire valamilyen vezetőnélküli légi rendszer (UAS) részeként használják. A rendszer további alrendszerei a földi vezérlő-állomás –emberi irányítóval, vagy anélkül – továbbá az UAV és a vezérlő-állomás közötti kommunikációt megvalósító kommunikációs alrendszer.
  • Az UAV-kat korábban elsősorban katonai feladatok végrehajtására használták. Az utóbbi évek, évtizedek során azonban már számos polgári területen is sikerrel alkalmaztak UAV-kat, vagy más néven drónokat, különféle feladatok megoldásához. E területek közé tartozik például a légi fényképezés, légi áruszállítás, a légi házhoz szállítás, mezőgazdasági felmérések, rendőrségi és biztonságtechnikai alkalmazások, épületek, utak, gátak, más építmények, valamint kiterjedt rendszerek (pl. csővezetékek) ellenőrzése, felmérése (pl. bontás, felújítás, bővítés céljából).
  • Az UAV-s repüléseket az autonómia különböző szintjein lehet végrehajtani kezdve a (távoli) emberi pilóta irányításával történő távoli vezérlésű repüléstől egészen a csupán a fedélzeti számítógépek által vezérelt teljesen autonóm repülésig. Ez utóbbi szintű UAV-s repülés műszaki feltételei, továbbá maguk az ilyen repülésre képes UAV-k képezik az ARNL keretében folyó autonóm légi járművekkel kapcsolatos kutatások, fejlesztések elsődleges tárgyát.

A kutatási terület főbb kutatási és fejlesztési irányai és az ezekkel kapcsolatos feladatok

  • Különféle mérési, adatgyűjtési, ill. felügyeleti feladatok (pl. a levegőben szálló szilárd szemcsék, ill. folyadék-cseppek mennyiségének meghatározása, erdők fertőzöttségének felmérése, mezőgazdasági termőterület várható termésének becslése) egyetlen légi járművel, vagy több együttműködő légi járművel való megoldásainak vizsgálata, elemzése, valamint tervezése fontos, perspektivikus K+F irány az ARNL tevékenységi körében.
  • Hangsúlyos K+F feladat az UAV fedélzetén található különféle szenzorok, többkamerás látórendszerek, kommunikációs eszközök, továbbá egyes beavatkozók működésének összehangolása, majd – immár ezen alrendszerek összehangolt működésére támaszkodva – a légi járművek összehangolt mozgásának megtervezése és a repülések végrehajtása.  A korszerű szenzor-, valamint kommunikációs technológiák alkalmazásával az UAV-k biztonságos repülése, együttműködése megvalósítható.
  • Az ARNL egyik kiemelten fontos feladata a földi és a légi járművek magasszintű összehangolt és biztonságos együttműködését megvalósító módszerek és technológiák kutatása és fejlesztése. Ehhez több komoly feladatot is meg kell oldani. Így pl. az eltérő dinamikai tulajdonságú járművekből álló, mind technológiai, mind működési szempontból heterogén rendszerek együttes mozgásának térbeli-időbeli követését, felismerését, modellezését, a mozgási, manőverezési szándékok megértését és predikcióját is meg kell oldani.
  • Az eltérő dinamikájú és üzemű járművek összehangolt mozgásának biztosítása érdekében az egyes járművek helyi irányításán felül egy felsőszintű (ún. supervisori) irányítást is ki kell alakítani. A heterogén rendszer irányítását nyilvánvalóan valósidőben kell megvalósítani, s ez komoly követelményeket támaszt az alkalmazható irányítási módszerekkel szemben.
  • Számos repülési cél-feladatot sűrűn lakott területek felett kell elvégezni, minthogy a feladat maga az ilyen területekhez (pl. e területeken lévő épületekhez) köthető. A sűrűn lakott területek fölötti repülés számos nyilvánvaló és kevésbé nyilvánvaló biztonsági kockázattal, ill. veszéllyel járnak. Az ARNL K+F feladatai között fontos helyet foglal el a pilóta nélküli légijárművek ilyen területekre való beengedésének vizsgálata, továbbá a vonatkozó biztonsági feltétel-rendszer kialakítása, formalizálása.
  • A fenti feladat megoldásához a megbízhatóság elméleti megfontolások mellett, szükség van az útvonaltervezés és átkonfigurálható irányítások együttes alkalmazására, továbbá szintén e feladathoz kapcsolódik a ”látni és elkerülni” rendszerek további fejlesztése is.
  • Az ARNL egyik fontos feladata, hogy egy, a légi távérzékelés megvalósítására képes UAV-k működését támogató kísérleti infrastruktúrát hozzon létre. Ahhoz, hogy az ilyen UAV-k hasznos légi küldetéseket, feladatokat tudjanak ellátni, alapvető fontosságú, hogy autonóm működésük mind a távérzékelési feladatok emberi beavatkozások nélküli elvégzésében, mind a környező légijárművektől való légi elkülönítés biztosításában megmutatkozzék.
  • Kísérleti környezet biztosítása a látótávolságon túli repülés (BVLOS) kapcsán mind az autonóm feladatok ellátására, mind a biztonságos kétirányú kommunikáció megvalósítására, egyebek közt az 5G mobilhálózati kommunikációra támaszkodva.
  • A validáció, továbbá a biztonság garantálásának lehetséges módjainak kutatása az autonóm járművek – legyenek azok akár földi, vagy légi járművek –  kapcsán az egyik legnagyobb kihívást jelentő K+F terület. Megjegyzendő, hogy a magasan automatizált járművek tesztelésének jelentős részét szimulációs környezetben kell elvégezni, mivel a járműparaméterek és a környezeti változók száma igen magas.
  • Fontos feladat a különleges repülési helyzetek automatikus generálása részint szimulációs, részint valós repülési, ill. teszt-tesztelési célokra, hiszen a kritikus szituációk és veszélyhelyzetek megoldása jelenti a biztonságos közlekedés alapját.
  • Egyes érzékelők hibája, a beavatkozók performancia-romlása, továbbá egyes bizonytalanságok, zavarások, vagy újszerű helyzetek (a földön pl. útépítések, útlezárások, a levegőben pl. sérült, a repülési szabályokat figyelmen kívül hagyó, vagy akár ellenséges szándékú repülőgép közeledése) megléte, ill. előfordulása kritikus, vagy akár vészhelyzetet is okozhat az autonóm járművek működése, mozgása, ill. repülése során.
  • A fenti helyzetek automatikus felismerése, összegyűjtése és szimulációs, majd valós tesztelése alapvető fontosságú, hiszen a kritikus szituációk és veszélyhelyzetek megoldása jelenti a biztonságos közlekedés alapját.  Ilyen módszerek és technológiák fejlesztésére, szimulációjára és tesztelésére is sor kerül majd az ARNL keretén belül. Alkalmas, a robusztussági követelményeknek megfelelő formális performancia-specifikációk megválasztása.
  • Az irányítás hatékonyságának növelése érdekében ma már gyakran alkalmazott eljárás a valószínűségi relaxáció. Ennek során csupán az irányítási esetek nagy többségével szembeni megfelelés az elérendő cél. Az ilyen, ún. eset-alapú, megközelítés lehetővé teszi olyan irányítási helyzetek hatékony kezelését, ahol a szokásos irányítástervezési eljárások a számítási igényük ugrásszerű megnövekedése miatt már a gyakorlatban nem használhatók. Az eset-alapú módszerek robusztusságának vizsgálata azonban továbbra is komoly kihívást jelent az irányításelmélet területén dolgozó kutatók számára. Az ARNL kutatói a valószínűségi relaxáción alapuló irányítási módszereknek mind az elméleti, mind a gyakorlati vonatkozásaival foglalkoznak majd.