uav collision avoidance

БИЗ БИЗ БИЗНАКИ УНАЧЕНИЕ

Проект Python3 в отношении реализации двух моделирования БПЛА с системой избегания столкновений на основе геометрического подхода. Ссылки проекта:

• GitHub
• Пипи

Исследовательская работа

Введение

UAV Collision Avoidance - это проблема встречи в проекте диссертации моего бакалавра в области безопасного сотрудничества БПЛА в трехмерном пространстве. Проект реализует расчеты функциональной физики, масштабируемый графический интерфейс, реалистичные системы вероятных ADS-B, и планы полета. Приложение предлагает многопоточное моделирование в реальном времени, представляющее моделируемые самолеты, а также линейно предварительно предопределенное моделирование, позволяющее провести быстрый тестирование эффективности алгоритма.

Документация

• Док
• Вики

Помещение

1. Определение системы: Система определяется как трехмерное (3D) пространство с использованием системы координат XYZ. X и Y представляют собой плоскую горизонтальную плоскость, в то время как z представляет высоту над уровнем моря.
2. Физическое моделирование: физика моделируется путем дифференциации частей второго в соответствии с соответствующими формулами. Физика беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) считается относительно рамы Земли, отделенной от рамы самолета и относительной рамы ветра. Трехмерное пространство плоское, а кривизна Земли не рассматривается. Получение или потеря высоты сохраняет скорость самолета. RPY Frame рассматривается. ¹
3. Характеристики самолетов: самолеты считаются беспилотниками горизонтального взлета и посадки (HTOL). Они могут двигаться только в направлении своих векторов скорости. Форма самолета приближается к простой твердой сфере.
4. Окружающая среда: пространство разделяется двумя или тремя беспилотниками. В этой среде нет других объектов или порывов ветра.
5. Аэродинамика: в данный момент не предполагается аэродинамическая подъемная сила. При повороте самолеты всегда принимают максимальное изменение угла, которое позволяет физика, уважая ее массовую инерцию. Максимальные углы шага и рулона рассматриваются -45°, 45° и -90°, 90° соответственно, где положительный угол шага означает скалолазание, а положительный угол рулета означает банковское дело. Углы не аппроксимированы для сохранения реализма.
6. Единицы измерения: единицы расстояния по умолчанию - это счетчики $ m $ , скорость измеряется в метрах в секунду $ m/s $ и время кадров представлены в миллисекундах $ ms $ Полем

Алгоритмы

И алгоритмы обнаружения и избегания столкновений полагаются на геометрический подход. Они были представлены в ссылке на статью ² . Обнаружение столкновения различает столкновение и лобовое столкновение. Второй применяется, когда БПЛА не проходит расстояние между их прогнозируемым центром столкновений масс, и первым, когда это все остальные контакты.

Результаты

Геометрический подход оказывается полезным для обнаружения и предотвращения столкновений. Система способна избежать столкновений в большинстве случаев. Система не идеальна и может потерпеть неудачу в некоторых сценариях, особенно когда самолеты слишком близки друг к другу при обнаружении конфликта. Система экономична и может использоваться в реальных сценариях.

Предлагаемые тестовые случаи генерации и система оценки проста и эффективны. Это позволяет быстро тестировать эффективность системы в различных сценариях. Система может быть дополнительно разработана, чтобы включить более сложные сценарии и дополнительные параметры.

Python Project

Технологии

Проект Python3 ³ завершен как пакет PYPI ⁴ . Pyside6 ⁵ (библиотека Python QT6 от QT) использовалась для реализации графического интерфейса.

Структуры

Приложение построено на основе двух основных типов объектов, моделирования и самолетов. Моделирование создается до начальных настроек, что позволяет одновременно вариант в реальном времени и линейную предварительную зону. Самолет состоит из двух элементов, физического представления БПЛА и компьютера управления полетом, который контролируется потоком ADS-B. Исследование среди систем БПЛА было взято из второй цитируемой статьи ⁶ .

Данные

Данные моделирования хранятся в формате CSV. Каждая строка в файле представляет собой единственную симуляцию. Столбцы в файле CSV представляют собой подробную информацию о тестовом случае, включая начальные и конечные параметры самолетов, результаты обнаружения столкновений и минимальное относительное расстояние между самолетами для обоих случаев с и без него.

Примеры файлов данных моделирования хранятся в данных каталога данных. Результаты 200 моделирования, проведенных с частотой моделирования 10 Hz хранятся в моделировании файлов-2024-06-10-00-21-19.CSV.

Дерево файла

Структура файла была сгенерирована с использованием команды tree :

tree --gitignore -I " __pycache__|.env|.github|.pytest_cache|.vscode|assets|build|logs|path-visual|uav_collision_avoidance.egg-info|venv|docs "

Просмотреть структуру файла здесь: Структура файла

Приложение аргументы

На данный момент есть восемь возможных аргументов:

• по умолчанию (без аргументов) - выполняет моделирование графического интерфейса; Избегание столкновения может быть достигнуто, нажав на T, когда у самолетов их безопасные зоны заняты
• file_path file_path test_index collision_avoidance - запускает моделирование графического интерфейса; Имя файла может быть указано и по умолчанию на последних данных моделирования; Индекс теста может быть указан и по умолчанию до 0; Возможно, предотвращение столкновений и по умолчанию выключить
• Безголова - запускает физическое моделирование с помощью ADS -B и алгоритма избегания столкновений
• Tests test_number - Проводят полные тесты, сравнивая эффективность алгоритма избегания столкновений, тестовый номер по умолчанию до 15
• Продолжающийся - запускает тестовый номер по умолчанию параллельно сравнение эффективности алгоритма избегания столкновений непрерывно до Ctrl+C
• Загрузить file_path test_index - загружает и проводит безголостное моделирование из файла при указании, в противном случае загружает пример примера по умолчанию из данных о каталоге данных; Индекс тестирования может быть указан и по умолчанию 0
• Справка argument - печатает сообщение справки для аргумента приложения; по умолчанию ко всем списку аргументов
• Версия - печатает версию приложения

Ключевые ярлыки

Версия приложения в реальном времени имеет несколько ключевых ярлыков, позволяющих взаимодействовать с пользователем с окружающей средой.

Примечание

Самолет 0 является первым, самолет 1 является вторым.

Есть несколько ключевых ярлыков для версии приложения в реальном времени, которые позволяют полномасштабное тестирование.

• Нажмите на левую мышь - добавляет местоположение щелчка в верхнюю часть списка назначения самолета 0
• Правый нажмите на мышь - добавляет местоположение нажмите к концу назначения списка самолетов 0
• Нажмите среднюю мышь (щелчок прокрутки) - Телепорт самолет 0 в местоположение клика
• Колесо мыши - увеличивает/из -за симуляции плавно
• Плюс/минус клавиши (+/-) - увеличивает/из -за быстрого рендеринга моделирования
• Клавиши стрелки (↑ ↓ → ←) - перемещает вид
• Ключ F1 - переключает Ads -B самолеты 0 Информационная отчетность
• Ключи F2/F3 - скорость вниз/вверх по целевой скорости самолета 0
• N Key - переключать самолет 0/1 Просмотр следующего (по умолчанию OFF)
• M -ключ - переключатели между воздушным судном 0/1.
• O Key - переключает самолет 0, нацеливание на самолет 1 вектор скорости (по умолчанию OFF)
• P Ключ - переключает самолет 1 нацеливание на самолет 0 вектор скорости (по умолчанию OFF)
• T -ключ - переключает маневрирование избегания столкновений (по умолчанию)
• Ключи WSAD - Устанавливает курс для самолетов 0 - 0, 180, 270, 90 градусов соответственно
• R - сброс моделирования для начала состояния
• Слэш -ключ (/) - пауза физика моделирование
• Escape Key (ESC) - закрывает и заканчивает моделирование

Установить

Установите приложение, выполнив следующую команду:

pip install uav-collision-avoidance

Debian 12 зависимости

Для Debian 12 вам нужно установить следующие зависимости:

sudo apt-get install libgl1 libxcb-xinerama0

Чтобы запустить приложение без головы, вам нужно запустить следующий экспорт:

 export QT_QPA_PLATFORM=offscreen

Использование

Используйте любое из следующего, чтобы запустить приложение:

uav-collision-avoidance

uav-collision-avoidance realtime [file_name] [test_index] [collision_avoidance]

uav-collision-avoidance headless

uav-collision-avoidance tests [test_number]

uav-collision-avoidance ongoing

uav-collision-avoidance load [file_name] [test_index]

uav-collision-avoidance help [argument]

uav-collision-avoidance version

Строить

Создайте его, клонируя репо и выполняя следующие команды:

 #! /bin/bash
python3 -m venv venv
source venv/bin/activate
pip install -r requirements.txt
python main.py [argument]

python - m venv venv
.venvScriptsactivate
pip install - r requirements.txt
python main.py [ argument ]

Замечания

Трехмерный (3D) мир проецируется на 2D-экране путем выравнивания высоты (z координата). При начале программы вид не сосредоточен ни на одном из самолетов. Вид может быть перемещен с помощью клавиш со стрелками или сосредоточен на самолете с помощью N -ключа.

Одно соглашение о кодировании не сохранилось в сфере проекта. Методы QT отформатированы Camelcase, а остальное - соглашение о именовании Python по умолчанию, включая Snake_case для переменных и имен участников.

Текущая работа / todos

• ADS-B: Оптимизация угла FCC
• Рендеринг: оптимизация просмотра самолетов
• Вики: документация

Авторы

Милош Макулевич

Лицензия

Проверьте лицензию

Ссылки

Дрон Энтони Луи из существительного Project (CC на 3,0)

Все использованные ссылки перечислены ниже.

Сноски

1. Основные оси самолета ↩

2. Избегание столкновений БПЛА на основе геометрического подхода ↩

3. Python3 ↩

4. Пипи ↩

5. Pyqt6 ↩

6. Энергоэффективный метод управления полетом БПЛА в среде с препятствиями и порывами ветра ↩