Диссертация (Расширение условий функционирования систем визуальной навигации автономных беспилотных летательных аппаратов), страница 10

В то же время конечная энтропия ( | ) зависитот точности определения положения БЛА относительно ориентира .Искомыми параметрами при использовании точечных ориентиров (длярешения задачи визуальной навигации) являются их линейные координатыотносительно БЛА. Соответственно, если ошибки измерений подчиняютсянормальному закону распределения, то конечная энтропия некотороготочечного ориентира согласно (3.7) определяется как( | ) = 2 (Конечнаяэнтропия2e ) + 2 (положенияпри2e ).использовании(3.10)линейногоориентира связана с его длиной L и выбранным интервалом дискретизации .Принимая закон распределения ошибок равновероятным, получим( | ) = 2 ( ).(3.11)78Если учитывать ошибки измерения относительно ориентира, например,пСКО оценки положения БЛА относительно линейного ориентира(перпендикулярно осилинейного участка), то для равновероятногораспределения ошибок по всей длине ориентира и нормального распределенияошибок измерения в поперечном направлениип ∗sin ( | ) = 2 ( ) + 2 (пгде2e ) + 2 (п ∗cos п2e ), (3.12) − длина линейного ориентира (например, длина прямолинейногоучастка дороги); – угол наклона линейного участка.Как было показано, при неизвестном распределении ошибок измеренияна площадных ориентирах целесообразно использовать равновероятностноераспределение.

Конечная энтропия в этом случае определяется как( | ) = 2 (ор),(3.13)где ор – площадь, занимаемая ориентиром на карте; - интервалдискретизации площади.Если распределение ошибок известно, то используются формулы (3.2)или (3.3).В разделе 1.3 было показано, что по уровню информативности можновыделитьинформативныеМалоинформативныеиориентирымалоинформативныепозволяюттолькоориентиры.частично(снедостаточной точностью) решить задачу навигации.Так как при сравнительной оценке информативности различныхориентиров предполагается, что начальная энтропия в (3.1) постоянна, тоинформативность ориентиров определяется конечной энтропией ( | ).С учетом (1.15) получим следующие условия:1. Еслидоп ( |0 ) ≥ ( | ),(3.14)то является информативным (достаточно) ориентиром.2.

Если79доп ( |0 ) < ( | ) < ( ),(3.15)то является малоинформативным ориентиром;3. Если( | ) = ( ),то не содержит полезной (с точки зрения решаемой задачи) полезнойинформации и не может использоваться в качестве ориентира.Необходимо отметить, что условиедоп ( |0 ) < ( )(3.16)показывает, что допустимая конечная энтропия меньше начальной, т.е.текущая точность оценки координат БЛА не соответствует (хуже) требуемой.При выполнении условиядоп ( |0 ) ≥ ( )оценка координат БЛА не требуется.Рассмотрим ситуацию, когда выполняется условие (3.16) и для всех n –условиеДанная(3.15).ситуациясоответствуетполетуБЛАнадмалоинформативной местностью.Как было показано в разделе 1.4, для оценки положения (при наличиималоинформативныхместоположенияориентиров)БЛАиопределитьпредлагаетсянаправлениелокализоватьполетанаболееинформативные ориентиры.ЛокализациясопоставленияположениянекоторыхБЛАпризнаковобычно(атрибутов)производитсяучасткапутемместности,изображение которого принимается СТЗ БЛА, с соответствующимипризнаками фрагментов местности, выбираемых из исходной цифровой картыместности.В общем случае признаки и/или атрибуты входят в состав описанийместности и используются в зависимости от условий решения ЦЗ.Чем более точно (по сформированному описанию) определяетсяположение наблюдаемого участка местности, тем более информативным онявляется.80Сравнение описаний местности позволит определить возможныеположения БЛА (гипотезы положений) и выбрать эффективные стратегиидальнейших действий.Такимобразом,дляорганизациивизуальнойнавигациинамалоинформативных участках местности необходимо разработать: методику описаний сцен; алгоритм формирования гипотез положения БЛА, включающий:- формированиеописанийтекущейнаблюдаемойсценыифрагментов имеющейся ЦКМ;- сопоставление описаний текущей наблюдаемой сцены и ЦКМ;- формирование набора гипотез положения БЛА;методику и алгоритм выбора информативного направленияполета.3.2.Методика описания наблюдаемых сценВ общем случае процесс описания наблюдаемой сцены в рамкахтехнологии анализа ситуаций [49-60] включает процедуры выделенияобъектов интереса и определения связей между ними.Одной из ключевых проблем предлагаемого подхода являетсяразработка методики описания наблюдаемой сцены для ее сравнения ссоответствующим описанием ЦКМ.Необходимо отметить, что в случае обнаружения информативныхориентиров, например с помощью КЭНС, описанием является эталонноеизображение ориентира.

Для формирования описаний малоинформативныхобъектов (лес, водная поверхность, поле и пр.) требуется дополнительноевыделение их признаков (атрибутов).В рамках решаемых навигационных задач отдельные участки местностиможно рассматривать как объекты различных классов, а описания этихучастков – как аналоги словаря признаков.81Тогда задача определения собственного положения БЛА по принятомуизображению подстилающей поверхности, подобно известным задачамраспознавания (раздел1.3), будет рассматриваться как задача определениякласса объекта (изображения участка местности) по выделенной совокупностизначений признаков (описаниям).Таким образом, в общем случае ЭИ и ТИ в корреляционных алгоритмах,признаки ориентиров и других объектов интереса (например, МО или СКОнекоторой однородной поверхности) и пр.

являются различными вариантамиописаний, обеспечивающих возможность идентификации наблюдаемыхучастков подстилающей поверхности (местности).Методика формирования описаний сцен состоит из следующихэтапов:1.Поиск, обнаружение, распознавание объектов интереса (ОИ).2.Выделение атрибутов объектов. Атрибутами ОИ могут бытьразмеры, форма, текстура поверхности и пр.3.Определение отношений между ОИ. Например, пространственныеотношения, характеризующие взаимное расположение объектов; каузальныеотношения, определяющие причинно-следственные связи, и др. [49].4.Формирование описания исследуемой сцены или фрагментовЦКМ.Примем, что формируемые описания должны подчиняться принципам:•универсальности, с точки зрения описания различных классовобъектов наблюдения (многоохватности), а также разносторонностиописаний различных признаков, атрибутов, межобъектных отношений;•иерархичности строения, позволяющей сопоставлять описанияобъектов различного уровня в зависимости от их уникальности иусловий решения поставленных задач;•открытости(расширяемости),позволяющейрасширятьисходные описания путем добавления новых объектов, признаков,атрибутов и отношений.82Кроме того, описания должны обеспечивать выделение индивидуальныхособенностей (уникальности) наблюдаемой сцены или объектов интереса.Будемсчитать,чтоописаниенекотороголокальногоучасткаместности (сцены) является уникальным, если на исследуемой сцене онобольше не встречается.

То есть данный участок идентифицируетсяоднозначно.Дляопределенияобщейструктурыописанийпредлагаетсяиспользовать один из видов семантических моделей - онтологию.Онтология позволяет объединить в единую схему множествоанализируемых понятий и отношений между ними и обеспечивает реализациюрассмотренных принципов.Во многих работах рассматривается применение существующих илиразработка собственных онтологий для описания ситуаций и принятиярешений на их основе. В качестве примера может быть рассмотрена описаннаяв работе [46] онтология принятия решений при возникновении некоторогособытия («Event»).В данной работе для описания сцены предлагается следующая структура(рисунок 3.1).83СценаСодержитАтрибутыСодержитСодержитОграничиваетСодержитОтношенияГипотезыположенияОбъектыОграничиваетОграничиваетУсловиянаблюденияЦКМРисунок 3.1.

Структура онтологии описания сценыВоснове представленнойструктурылежитпонятие«Сцена»,описывающее текущую наблюдаемую сцену.Непременными классами, входящими в состав «Сцены», являются«Объекты», находящиеся на ней, их «Атрибуты» и «Отношения».«Объекты» и «Атрибуты» представляют собой классы всех ОИ и ихатрибутов (свойств), что соответствует принципу универсальности. В своюочередь, эти классы также могут быть представлены в виде онтологий,которые могут дополняться (принцип открытости).«Отношения» объединяют все возможные отношения между объектами:пространственные, казуальные и пр., используемые исходя из особенностейпоставленной задачи. Так, описания для задачи поиска объектов и навигациимогут существенно различаться.