Industriālais doktorants - dronu satiksmes regulētājs

Īsi pirms pagājušā gada Ziemassvētkiem dronu lidojumu dēļ uz 36 stundām tika pilnībā paralizēta Getvikas lidosta Lielbritānijā. Cilvēkiem nācās mainīt vai atteikties no saviem brīvdienu plāniem, bet lidostai tika nodarīti vairākos miljonos eiro mērāmi zaudējumi. Šis gadījums pierādīja, ka bezpilota lidaparāti var būt ierocis lielu un stratēģiski nozīmīgu objektu darbības apturēšanai un šobrīd nav risinājuma, kā ar to cīnīties, saka RTU Datorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultātes Mākslīgā intelekta un sistēmu inženierijas katedras pētnieks, doktorantūras otrā kursa students Rūdolfs Rumba. Viņš ir viens no pirmajiem RTU jaunās programmas «Industriālais doktors» dalībniekiem. Programmas mērķis ir attīstīt un sekmēt pētniecības un komercdarbības sektoru ciešāku sadarbību, iesaistot pētniecības procesā industrijas pārstāvjus, un sniegt finansiālu atbalstu jaunajiem zinātniekiem, kuri komercsabiedrībās izstrādā doktora disertāciju par uzņēmuma attīstībai noderīgu tēmu un kuru zinātniskās izstrādes ir nepieciešamas uzņēmuma attīstībai.

R. Rumba doktora disertācijā LMT izstrādās daudzaģentu sistēmas metožu kopumu, lai padarītu autonomo bezpilota lidaparātu pārvietošanos drošāku un vieglāku. «Bezpilota lidaparātu tehnoloģijas attīstās ļoti strauji, paplašinās to izmantošanas potenciāls. Dronu tehnoloģijas ir viens no LMT izpētes un attīstības virzieniem. Mans pētījums būs ieguldījums infrastruktūrā, jo šobrīd pasaulē nav visaptveroša risinājuma autonomo dronu satiksmes regulēšanai un kontrolēšanai,» uzsver R. Rumba. Pētījumu šajā jomā pagaidām pasaulē ir maz, līdzšinējā literatūras analīze ļāvusi atrast tikai vienu zinātnisko publikāciju angļu valodā, kas pēc būtības apskata problēmu.

Bildei trūkst dziļuma

«Šā brīža izpratnē par autonomu lidaparātu tiek uzskatīts tāds drons, kas pārvietojas pats, bet pilots joprojām saglabā pilnu kontroli pār to. Nākotnes izpratnē lidojums pilnībā tiek uzticēts autonomam dronam. Tas pats paceļas, pats sazinās ar serveri un atrod drošāko un pareizāko ceļu, kā aizlidot līdz galamērķim, neapdraudot cilvēkus, pats sevi vai citus lidojošus objektus. Mans pētījums attiecas uz autonomiem droniem nākotnes izpratnē,» skaidro pētnieks. Ņemot vērtā tehnoloģiju straujo attīstību, šāda nākotne var pienākt ļoti drīz, taču pagaidām trūkst gan juridiskā regulējuma, gan pētījumu attiecībā uz drošību un cilvēku attieksmi – kā cilvēkiem īsti reaģēt uz autonomiem droniem, kā lidaparātiem pārvietoties, vai un kādi gaisa satiksmes noteikumi tiem jāievēro utt.

Šā brīža regulējums nosaka, ka gaisa telpa tiek kontrolēta virs 300 m augstuma, droniem ir ļauts pacelties līdz 120 m augstumam, lidojumi jāveic tiešās redzamības zonā ne tālāk par 500 m no pilota, izņemot, piemēram, lidostas «Rīga» un militāro objektu gaisa telpu, kur noteikti daudz stingrāki ierobežojumi vai pat drona pilotēšanas aizliegumi. Virs atsevišķiem valsts aizsardzības vai stratēģiski nozīmīgiem infrastruktūras objektiem lidojumi ir jāsaskaņo.

R. Rumba no savas pieredzes zina teikt: lai gan tiešās redzamības zona ir 500 metri, jau pēc 30 metriem «bildei trūkst dziļuma» – ir grūti objektīvi novērtēt patieso drona attālumu no dažādiem objektiem, tajā skaitā citiem lidaparātiem. Pētnieks piesauc vēsturisku notikumu – 1956. gadā, kad īpaši izveidotā drošā gaisa telpā virs Lielā kanjona Arizonas štatā sadūrās un avarēja divas vienā virzienā ap 3 kilometru augstumā lidojošas lidmašīnas. «Nav pamata domāt, ka piloti bija nepieredzējuši vai nepietiekami kvalificēti. Vienkārši no skatu punkta, kāds paveras pilotam lidmašīnā, bieži vien trūkst konteksta. Mūsdienās palīdz gaisa satiksmes kontroles dienesti, kas nodrošina, lai lidmašīnas viena no otras ieturētu noteiktu intervālu. Taču pagaidām šis process ir ļoti manuāls, pasaule vēl tikai virzās uz autonomo lidmašīnu laikmetu. Plānots, ka līdz 2023. gadam lielākā daļa lidmašīnu būs aprīkotas ar automātisko saziņas protokolu – radiokomunikācijas vietā ar pilotu, dispečers (cilvēks) pateiks, ka lidmašīnai jānolaižas līdz noteiktam augstumam un tā mazinās augstumu. Manā ieskatā tā gan nav gluži mūsdienām atbilstoša inovācija. Tāpēc es savā pētījumā risinu nevis to, kā sazināties ar dronu un kā tas uz saziņu reaģē, bet gan jautājumus par to, kas pieņem lēmumus un kā tiek organizēta dronu kustība, jautājumus par ceļa plānošanu un ceļa pielāgošanu konkrētajam lidaparātam,» viņš skaidro.

Daudz neskaidrību

Pētnieks arī atzīst, ka ir daudz neatbildētu jautājumu par to, kā bezpilota lidaparātu tehnoloģijas sadarbosies ar jau esošajām gaisa kontroles sistēmām. Šobrīd virs teritorijām, ko aktīvi izmanto droni, tiek ierobežota gaisa satiksme, piemēram, lidmašīnas pat 10 tūkst. m augstumā nešķērso zonu virs Baložiem, kur ierīkots bezpilota lidaparātu testa poligons. Specifiska regulējuma nav attiecībā uz gaisa telpu līdz 300 m augstumam, ko mēdz izmantot mazās lidmašīnas. Saskriešanās ar dronu var radīt nopietnus riskus mazo lidmašīnu pilotu veselībai un pat dzīvībai. R. Rumba uzver, ka «gaisa telpa nav cilvēkiem intuitīvā, jo cilvēki ir pieraduši kustēties divdimensiju plaknē. Divdimensiju plakni ir ļoti viegli attēlot, bet kā attēlot gaisa ceļu trīsdimensiju kartē? Kā bezgalīgi augstu tuneli, kurā var lidot bezpilota lidaparāti? Tad mēs liedzam iespējas citiem lidaparātiem lidot virs un zem šī dronu ceļa. Tā nav labā prakse.» Viņš plāno pētījumā pieskarties šiem jautājumiem, tiesa, korekta juridiskā regulējuma izveide nav primārais viņa uzdevums.

Izmantos zināšanas par daudzaģentu sistēmām

Pētnieks rosina izmantot daudzaģentu sistēmas, kuru izstrādē un izmantošanā RTU Datorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultātei ir pieredze. RTU zinātnieki jau vairākus gadus attīsta daudzaģentu robotizētās intelektuālās sistēmas tehnoloģiju, kas piemērota dažādu uzdevumu veikšanai, iesaistot vairākus robotus, kuri savstarpēji sadarbojas uzdevuma izpildē. Tehnoloģija izmantojama, piemēram, industriālā uzkopšanā vai lauksaimniecībā. R. Rumbas ieskatā gan izmantojama nevis daudzaģentu sistēma, kas ir pilnībā decentralizēta un kurā visas iekārtas savstarpēji sazinās, bet gan autonoma sistēma ar daudziem aģentiem. Šobrīd RTU ir iestrādes, veidojot daudzaģentu sistēmas, kur katrs robots sazinās ar serveri, piesakot savu stāvokli vai piesakoties jauniem uzdevumiem, skaidro R. Rumba. Serveris, kas spētu dronam dot uzdevumu vai norādi, varētu būt izvietots uz jebkuras «bākas» – mobilo sakaru torņa, televīzijas torņa vai augstas ēkas. Ja drons ziņotu, ka vēlas nokļūt punktā B, serveris informētu par ceļu, kas jāievēro, lai to izdarītu.

«Kā droni zinās, kur ir, piemēram, lidojumam liegtās zonas? Drons nedomā, tas tikai izpilda. Lidmašīna pati arī nezina, kur ir liegtās teritorijas, tā lido tur, kur to vada pilots.  Es savā pētījumā nefokusējos uz gudrāka drona izveidi. Fokuss ir uz kontroli – kā tiek pieņemti lēmumi. Serverim ir jābūt datu bāzei ar vietām, kur nedrīkst lidot. Ir jābūt analizētiem dažādiem scenārijiem, piemēram, kā dronam drošāk pārlidot Vecrīgu? Ja tas krīt, vai tam labāk piezemēties uz ēkas jumta vai ielas? Kurš variants ir labāks? Īsti neviens. Kuri ir drošākie gaisa ceļi, ko izvēlēties ap Vecrīgu vai pāri tai, un vai šis ceļš servera datu bāzē ir fiksēts?  Uz šāda veida jautājumiem ir plānots atbildēt pētījuma gaitā,» norāda pētnieks. 

Iepriekšējās sadarbības rezultāts

R. Rumbas doktora disertācijas tēma ir loģisks turpinājums iepriekšējai sadarbībai ar LMT, kad pētīta iekārtu izvietošana uz bezpilota lidaparātiem. Pērn plašākai publikai tika demonstrēts prototips – ar video, infrasarkanās gaismas kamerām un audio sensoriem aprīkots drons, kas izmantojams gan aizsardzības sfērā, lai meklētu un atrastu cilvēkus, gan civiliem mērķiem – cilvēku glābšanai un potenciālu riska zonu noteikšanai. Šī ierīce spēj no gaisa identificēt dažādus objektus, un caur mobilā interneta pieslēgumu nosūtīt īsus galarezultātu saturošus ziņojumus uz komandas punktu, kas atrodas uz zemes. «Pētījām iekārtas, kas izvietojamas uz bezpilota lidaparātiem. Tas lika uzdot jautājumus, kā laicīgi pamanīt citus bezpilota lidaparātus, kā novērst sadursmes gaisā, vai iespējams paredzēt drona lidojumu,» informē pētnieks.

Lai pierādītu, ka R. Rumba piedāvāts daudzaģentu sistēmu metožu kopums strādā, projekta noslēgumā plānota arī sistēmas demonstrācija RTU Ķīpsalas studentu pilsētiņā, kurā iecerēts izveidot jauno tehnoloģiju testa poligonu. Tam jānotiek, vēlākais, pēc četriem gadiem.