Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский университет

«Московский институт электронной техники» Институт микроприборов и систем управления

Бакалаврская работа

по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»

Разработка алгоритмов построения ортодромии и управления параметрами полета БПЛА

Студент

Руководитель,

Кандидат технических наук, доцент

Консультант,

кандидат технических наук, доцент

Москва 2025

Аннотация

Данная работа посвящена разработке алгоритмов построения ортодромии и управления параметрами полета БПЛА для автоматизированного планирования и оптимизации маршрутов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с учётом географических, технических и нормативных ограничений. Основная цель исследования — создание решения, объединяющего геодезические расчёты, алгоритмы обхода запретных зон и интеграцию с аппаратурой БПЛА. Решение включает:Алгоритмы расчёта ортодромии и обхода запретных зон. Интеграцию цифровых моделей рельефа (DEM) для коррекции высоты. Веб-интерфейс на Yandex Maps API с визуализацией маршрутов и генерацией KMZ-файлов.

Связь с БПЛА через протокол MAVLink для передачи параметров полёта.

Практическая ценность: применение в логистике, сельском хозяйстве и ЧС. Реализована проверка безопасности маршрутов и экспорт данных в GIS-совместимых форматах.

Технологии: Python, Flask, Shapely, MAVLink.

ABSTRACT

This work is devoted to the development of algorithms for building orthodromy and controlling UAV flight parameters for automated planning and route optimization of unmanned aerial vehicles (UAVs), taking into account geographical, technical and regulatory constraints. The main purpose of the research is to create a solution that combines geodetic calculations, algorithms for circumventing restricted areas and integration with UAV. Key features:Orthodromic route calculation and restricted zone avoidance. DEM integration for altitude adjustment.

Web interface (Yandex Maps API) with route visualization and KMZ export.

MAVLink-based UAV communication for real-time control.

Practical applications: logistics, agriculture, emergency response. Supports safety checks and GIS-compatible data export.

Technologies: Python, Flask, Shapely, MAVLink.

Содержание

Y

Введение

Современные технологии беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) активно внедряются в различные сферы человеческой деятельности: от мониторинга территорий и доставки грузов до решения задач в чрезвычайных ситуациях. Однако эффективное и безопасное использование БПЛА требует решения сложных задач, связанных с автоматизацией планирования маршрутов, учетом географических особенностей местности, а также соблюдением нормативных ограничений. Актуальность разработки интеллектуальных систем поддержки принятия решений для таких задач обусловлена ростом спроса на автономные системы, простоту использования, минимизацию человеческого фактора и обеспечение безопасности полетов.

Целью данной работы является разработка алгоритмов для программного комплекса, который будет использоваться для автоматизированного планирования и оптимизации маршрутов БПЛА с интеграцией геопространственных данных, алгоритмов расчета ортодромии и обхода запретных зон, а также взаимодействия с аппаратурой беспилотника в реальном времени с использованием простого пользовательского интерфейса.

Основные задачи исследования включают:

Разработку алгоритмов обнаружения и обхода запретных зон с использованием геометрических и топологических подходов.

Анализ методов расчета кратчайших маршрутов (ортодромия, локсодромия) и их адаптацию для работы с геодезическими данными.

Интеграцию цифровых моделей рельефа (DEM) для учета высотных характеристик местности.

Создание веб-интерфейса с интерактивной картографической визуализацией маршрутов и инструментами управления.

Реализацию взаимодействия с аппаратурой БПЛА через протокол MAVLink для передачи параметров полета.

Реализация возможности скачивания файла маршрута беспилотника с веб-интерфейса.

Научная новизна работы заключается в комбинации геодезических расчетов, современных веб-технологий и аппаратной интеграции, что позволяет создать универсальное решение для динамического планирования маршрутов с учетом множества ограничений. Практическая значимость проекта подтверждается возможностью его применения в реальных сценариях, таких как логистика, сельское хозяйство, экологический мониторинг и спасательные операции, где точность и безопасность маршрутов критически важны.

В работе использованы следующие технологии:

Серверная часть: Python, Flask, библиотеки pyproj, shapely и rasterio для геопространственных расчетов.

Пользовательский интерфейс: JavaScript, Yandex Maps API для визуализации, HTML/CSS.

Интеграция с БПЛА: протокол MAVLink, библиотека pymavlink.

Форматы данных: WKT, KMZ.

Структура работы отражает последовательность решения поставленных задач.

Результатом работы является готовый программный продукт, сочетающий гибкость веб-интерфейса, точность геодезических методов и надежность взаимодействия с аппаратурой БПЛА, что открывает новые возможности для автоматизации управления беспилотными системами.