3. Обзор существующих аналогов

В рамках анализа современных решений для планирования маршрутов БПЛА выделяются следующие ключевые аналоги, их особенности и ограничения:

1. DJI Phantom 4 RTK

Применение: Геодезия, картография, создание ортофотопланов и 3D-моделей.

Преимущества:

Точность позиционирования до 1 см с использованием RTK и D-RTK 2 1.

Интеграция с GIS-системами через KMZ-экспорт.

Компактность и простота транспортировки.

Недостатки:

Ограниченная гибкость при работе с запретными зонами (отсутствие встроенных алгоритмов динамического обхода).

Зависимость от проприетарного ПО DJI 2.

2. DJI Matrice 300 RTK

Применение: Промышленные инспекции, мониторинг ЧС, тепловизионная съемка.

Преимущества:

Поддержка многозадачности (до 3 полезных нагрузок одновременно).

Время полета до 55 минут и дальность передачи данных 15 км.

Совместимость с камерами Zenmuse H20T для анализа повреждений инфраструктуры 6.

Недостатки:

Высокая стоимость и сложность обслуживания.

Отсутствие веб-интерфейса для планирования маршрутов (требуется ПО DJI Pilot 2) 6.

3. Mission Planner (PX4)

Применение: Научные проекты, кастомизация полетных заданий.

Преимущества:

Открытый исходный код, поддержка протокола MAVLink.

Гибкая настройка алгоритмов навигации.

Недостатки:

Сложность интеграции с геодезическими данными (DEM, WKT).

Требует навыков программирования для настройки 3.

4. Бпла delta-m (российская разработка)

Применение: Маркшейдерия, мониторинг горных работ.

Преимущества:

Высокая точность (СКО 0.1 м в плане с RTK).

Гиростабилизированная платформа для устранения "ёлочки" на снимках.

Работа в экстремальных условиях (-35°C до +40°C) 8.

Недостатки:

Ограниченная поддержка стороннего ПО.

Сложность логистики из-за крупногабаритных компонентов.

5. Agisoft Metashape (ранее PhotoScan)

Применение: Обработка аэрофотоснимков, построение DEM и ортофотопланов.

Преимущества:

Автоматизация обработки данных с поддержкой RAW-форматов.

Интеграция с GIS-инструментами.

Недостатки:

Высокая стоимость лицензии.

Отсутствие функций управления БПЛА в реальном времени 12.

Сравнение с разработанным решением

Мой проект объединяет сильные стороны аналогов, устраняя их ключевые ограничения:

Интеграция MAVLink (как в Mission Planner) + веб-интерфейс (отсутствует у DJI).

Автоматический обход запретных зон на базе Shapely (не реализован в Phantom 4 RTK).

Поддержка DEM-данных через rasterio (аналогично Agisoft, но с открытым кодом).

Экспорт в KMZ (как у DJI) + генерация WKT (уникальная функция для GIS-систем) 17.

Уникальные преимущества:

Динамическая коррекция высоты полета на основе DEM в реальном времени.

Совместимость с открытыми стандартами (MAVLink, WKT), что снижает зависимость от проприетарных решений. Преимуществом также является простой и удобный интерфейс взаимодействия пользователя с разработкой.

4. Постановка задачи

Целью работы является создание алгоритмов для автоматизированного планирования и оптимизации маршрутов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), обеспечивающего безопасность полетов за счет интеграции геодезических расчетов, алгоритмов обхода запретных зон и аппаратного взаимодействия в режиме реального времени. Решение направлено на устранение фрагментарности существующих подходов за счет объединения веб-технологий, геопространственного анализа и открытых стандартов связи.

Основные задачи разработки:

Анализ и адаптация методов расчета маршрутов:

Исследование алгоритмов построения ортодромии и локсодромии для работы на эллипсоиде WGS84.

Сравнение точности и вычислительной сложности методов в контексте ограничений БПЛА.

Разработка алгоритмов динамического обхода запретных зон:

Реализация геометрических методов проверки пересечений маршрута с полигонами.

Создание адаптивного алгоритма коррекции траектории с учетом статических и временных зон ограничений.

Интеграция цифровых моделей рельефа (DEM):

Разработка механизма автоматической коррекции высоты полета на основе растровых данных.

Реализация преобразования координат между системами WGS84 и проекцией DEM.

Создание веб-интерфейса с интерактивной визуализацией:

Реализация картографического модуля на базе Yandex Maps API для выбора точек, рисования зон и отображения маршрутов.

Настройка двустороннего взаимодействия с серверной частью через REST API.

Аппаратная интеграция с БПЛА:

Реализация передачи параметров полета (скорость, высота) по протоколу MAVLink.

Обеспечение совместимости с открытыми стандартами для минимизации зависимости от проприетарных решений.

Практическая верификация решения:

Тестирование функционала в условиях, имитирующих реальные сценарии (логистика, мониторинг ЧС).

Оценка времени расчета маршрутов, точности обхода зон и устойчивости системы к динамическим изменениям.

Научно-практическая значимость: Разработанный комплекс устраняет ключевые недостатки аналогов (DJI, Mission Planner) за счет:

Автоматизации процессов планирования, снижающей влияние человеческого фактора.

Гибкости при работе с запретными зонами и DEM-данными.

Совместимости с GIS-инструментами через экспорт KMZ/WKT.

Достижение поставленной цели подтверждается готовым прототипом, успешно прошедшим этапы тестирования (раздел 3).