Стратегии предотвращения столкновений в воздухе

Моделирование поведения волнистых попугайчиков

IFAC-PapersOnLine 9–11 июля 2018

Грейс Гарден (Grace Garden), Исследования и технологии Боинга (Boeing Research and Technology Australia), Тимоти Моллой (Timothy L.Molloy), Тристан Перес (TristanPerez), Инго Шиффнер (Ingo Schiffner), Дебаджйоти Кармакер (Debajyoti Karmaker), Мандьям В.Шринивасан (Mandyam V.Srinivasan), Университет Квинсленда (University of Queensland), Австралия, опубликовали статю "Обратный дифференциальный игровой подход к моделированию поведения по предотвращению столкновений птиц в воздухе" (An Inverse Differential Game Approach to Modelling Bird Mid-Air Collision Avoidance Behaviours), IFAC-PapersOnLine, 51(15), 2018, сс. 754-759, 9–11 июль 2018.

Немногим ранее Инго Шиффнер, Тристан Перес, Мандьям В. Шринивасан напечатали работу "Стратегии упреждающего предотвращения столкновений в воздухе в волнистых попугайчиков" (Strategies for Pre-Emptive Mid-Air Collision Avoidance in Budgerigars), PLoS ONE, 11(9), 28 сентября 2016.

С учетом постоянно растущей плотности воздушного движения и операций, требующих использования беспилотных летательных аппаратов, существует острая необходимость в разработке надежного решения автоматического избегания столкновений как для пилотируемых, так и для беспилотных летательных аппаратов. Птицы поднялись в небо 150 миллионов лет назад и разработали надежные решения для предотвращения столкновений. Удивительно, но ни одно исследование не рассматривало конкретно то, что происходит, когда две птицы летят навстречу друг другу.

Целью настоящего исследования является оценка общих способностей и стратегий птиц по предотвращению столкновений. В серии экспериментов специалисты выпустили пары птиц с противоположных сторон летного туннеля, чтобы найти общие стратегии, которые можно использовать, для минимизации риска столкновений. Эксперименты проводились в специально построенном туннеле для полета птиц, высота 2,40 м, ширина 1,40 м, длина 21,6 м. Стены туннеля были белыми, пол - светло-серым, потолок - белым, освещение люминесцентное без мерцания (4000 Гц). Чтобы птицы могли ясно видеть друг друга.

В этих условиях птицы летают и ориентируются нормально, без каких-либо видимых затруднений. Группа из десяти волнистых попугайчиков обучена летать по туннелю. Все полеты записаны с использованием двух синхронизированных высокоскоростных видеокамер со скоростью 120 кадров в секунду. Две птицы выпускались из противоположных концов туннеля, на начальном расстоянии 5 м и 10 м друг от друга. Два расстояния использовались, чтобы исследовать, есть ли различия в поведении, основанные на времени, за которое птицы должны отреагировать на присутствие другой птицы. Каждая пара выбрана случайным образом и проверялась до 10 раз для обоих начальных расстояний. В течение 4 дней протестировали в общей сложности 102 полета. Во всем исследовании столкновений птиц не наблюдалось.

После записи видео, оценивали визуальным осмотром склонность контрольной птицы (которая начинает полет с левой стороны туннеля) отклоняться вправо при прохождении другой птицы и склонность контрольной птицы проходить выше или ниже другой птицы. В некоторых случаях птицы летали на одинаковой высоте, избегая столкновений путем перемещения в сторону. В других случаях птицы летели через центр тоннеля, но на разной высоте.

Птицы, выпущенные с 10 м, и с 5 м, одинаково успешно обнаруживали друг друга и уклонялись. Анализ показывает, что волнистые попугайчики предпочитают отклоняться вправо и поддерживают предпочтительную высоту, чтобы избежать столкновений при встречах. Поведение по предотвращению столкновений не зависит от направления полета, что исключает возможность использования внутреннего компаса.

Эти стратегии предлагают простые правила, по которым можно избежать столкновений при встречах двух агентов, будь то животные или машины. Во-первых, у каждого агента должно быть постоянное предпочтение двигаться в одну сторону (или лево, или право). Оно должно быть одинаковым для всех агентов. Увеличение или уменьшение высоты определяется направлением полета, такое решение надежно и не потребует установления иерархии или связи между агентами. Хотя мы не можем сказать, как птицы решают проблему переключения на разные высоты, полученные результаты предлагают ряд простых стратегий, которые могут быть реализованы в системах автопилота и беспилотных летательных аппаратах для предотвращения лобовых столкновений.

Исследование поведения птиц частично профинансировано корпорацией Boeing - Boeing Research & Technology Australia.

Комментарий:

Шнобелевская премия 2008 по биологии

Для оценки высоты прыжка, были использованы серые пластиковые цилиндрические трубки размером 9 см в диаметре. Их высота увеличивалась от 1 до 30 см через 1 см. Записывалось число блох, которым удавались прыжки над трубкой. Средняя высота скачков - 15,5 см
подробнее

Шнобелевская премия 2012 литература

Ежегодно Счетная палата правительства США готовит более 900 всевозможных отчетов. Счетная палата публикует отчеты и исследования, касающиеся финансовой отчетности правительства США (аудиторский отчет), государственного долга США и стратегического плана
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист