Г.В. Моисеев1, А.Н. Черняков2, В.В. Иванов3

1–3 Финансовый университет при Правительстве РФ (Москва, Россия)
1 grg.moiseev@gmail.com

Постановка проблемы. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с детекторами ядерного излучения является основным фактором в обеспечении ядерной безопасности и аварийной ликвидации радиоактивного загрязнения. Однако существующий процесс поиска источников радиации с использованием группы БПЛА требует большого объема вычислений, что приводит к низкой эффективности поиска.

Цель. Разработка метода совместного поиска неизвестного источника радиации с помощью объединения информации от группы БПЛА и стратегии свободной энергии с адаптивным размером шага.

Результаты. Предлагается использовать принцип когнитивного различия для выборочного объединения измерительной информации других устройств, чтобы получить предварительную оценку вероятностного распределения местоположения источника радиации. На основе информации от нескольких устройств проводится слияние частиц в соответствии с заданными условиями для получения точных параметров местоположения источника радиации. Предполагается пошаговый обмен информацией между устройствами для решения задачи поиска неизвестного источника радиации с помощью стратегии свободной энергии с адаптивным размером шага.

Практическая значимость. Экспериментальные результаты показывают, что коэффициент успешности поиска по предложенному алгоритму достигает 95%.

Моисеев Г.В., Черняков А.Н., Иванов В.В. Построение математической модели поиска источника радиации группой беспилотных летательных аппаратов // Динамика сложных систем. 2025. Т. 19. № 5. С. 40−46. DOI: 10.18127/j19997493-202505-05

1. Cho H.S., Woo T.H. Mechanical analysis of flying robot for nuclear safety and security control by radiological monitoring. Ann. Nucl. Energy 94. 2016. 138–143.
2. Xiao Y., Zhang C., Luo J., Yang C., Liu C. Integrating the radiation source position into a grid map of the environment using a mobile robot. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020. 976, 164253. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164253
3. IAEA Incident and Trafficking Database (ITDB), Incident and Trafficking Database: Combating illicit trafficking of radioactive materials for 25 year. Available online: https://www.iaea.org/sites/default/files/6112425.pdf (accessed on 1 February 2020).
4. Li B., Zhu Y., Wang Z., Li C., Peng Z., Ge L. Use of Multi-Rotor Unmanned Aerial Vehicles for Radioactive Source Search, Remote Sensing. 2018. 10 (5), 728.
5. Yuan L., Liu Y., Yu N., Fu X., Lei C. Medical response to a radiological accident involving an iridium-192 source in Nanjing. China, Radiation Protection Dosimetry. V. 182. № 1. P. 25–30.
6. Howse J.W., Ticknor L.O., Muske K.R. Least squares estimation techniques for position tracking of radioactive sources. Automatica. 2001. 37 (11). 1727–1737.
7. Gunatilaka A., Ristic B., Gailis R. On Localisation of a Radiological Point Source. Decision & Control. IEEE, Information. 2007b.
8. Rao N.S.V., Shankar M., Chin J.C., Yau D.K.Y., Srivathsan S., Iyengar S.S., Yang Y., Hou J.C. Identification of Low-Level Point Radiation Sources Using a Sensor Network. In Proceedings of the 2008 International Conference on Information Processing in Sensor Networks, St. Louis, MO, USA, 22–24 April 2008. P. 493–504.
9. Morelande M.R., Ristic B., Gunatilaka A. Detection and parameter estimation of multiple radioactive sources. In Proceedings of the 10th International Conference on Information Fusion, Quebec. AB, Canada. 2007. 9–12. 1–7.
10. Ristic B., Gunatilaka A., Rutten M. An information gain driven search for a radioactive point source. In Proceedings of the 10th International Conference on Information Fusion, Quebec. AB, Canada, 9–12 July 2007.
11. Ristic B., Gunatilaka A. Information driven localization of a radiological point source. Inf. Fusion. 2008. 9, 317–326.
12. Morelande M.R., Ristic B. Radiological Source Detection and Localization Using Bayesian Techniques. IEEE Trans. Signal Process. 2009. 57, 4220–4423.
13. Hite J., Mattingly J., Archer D., Willis M., Rowe A., Bray K., Carter J., Ghawaly J. Localization of a radioactive source in an urban environment using Bayesian Metropolis methods. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 2019. 915, 82–9321.
14. Meutter P.D., Hoffma I. Bayesian source reconstruction of an anomalous Selenium-75 release at a nuclear research institute. J. Environ. Radioact. 2020. 218, 1062259.
15. Huo J., Liu M., Neusypin K.A., Liu H., Guo M., Xiao Y. Autonomous Search of Radioactive Sources through Mobile Robots. Sensors. 2020. 20 (12), 3461.
16. Xu P., Fu C., Tan Z., Cai X., Qin J. Robust radioactive sources research method using possibility particle filter, AIP Advances. 2021. 11 (8), 085308. https://doi.org/10.1063/5.0058860
17. Ristic B., Gunatilaka A., Rutten M. An information gain driven search for a radioactive point source. In Proceedings of the 10th International Conference on Information Fusion, Quebec, AB, Canada, 9–12 July 2007.
18. Ristic B., Gunatilaka A. Information driven localization of a radiological point source. 2008. Inf. Fusion 9, 317–326.
19. Wiedemann T., Manss C., Shutin D., Lilienthal A.J., Karolj V., Viseras A. Probabilistic modeling of gas diffusion with partial differential equations for multi-robot exploration and gas source localization. 2017. 6-8, 1–7.
20. Wiedemann T., Shutin D., Lilienthal A.J. Model-based gas source localization strategy for a cooperative multi-robot system – A probabilistic approach and experimental validation incorporating physical knowledge and model uncertainties, Robotics and Autonomous Systems 118, 2019. 66–79.
21. Steiner J.A., Bourne J.R., He X., Cropek D.M., Leang K.K. Chemical-Source Localization Using a Swarm of Decentralized Unmanned Aerial Vehicles for Urban/Suburban Environments, Park City, Utah, USA, October 8–11. 2019. V. 59162. V003T21A006.
22. Feng Q., Cai H., Yang Y., Xu J., Jiang M., Li F., Li X., Yan C. An experimental and numerical study on a multi-robot source localization method independent of airflow information in dynamic indoor, Sustainable Cities and Society. 2020. 53. 101897.
23. Ristic B., Skvortsov A. Intermittent Information-Driven Multi-Agent Area-Restricted Search. Entropy. 2020. 22 (6), 635.
24. Ristic B., Gilliam C., Moran W., Palmer J.L. Decentralised multi-platform search for a hazardous source in a turbulent flow. 2020. 58. 13–23.
25. Renzaglia A., Briñón-Arranz L. Search and Localization of a Weak Source with a Multi-robot Formation. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2020. 97 (3-4), 623–634.
26. Park M., Oh H. Cooperative information-driven source search and estimation for multiple agents. Information Fusion. 2020. 54, 72–84.
27. Song C., He Y., Ristic B., Lei X. Collaborative infotaxis: Searching for a signal-emitting source based on particle filter and Gaussian fitting, Robotics and Autonomous Systems 125, 103414. https://doi.org/10.1016/j.robot.2019.103414
28. Bos A., Rosenfeld A., Kron T., Errico F., Moscovitch M. Fundamentals of Radiation Dosimetry. Concepts & Trends in Medical Radiation Dosimetry. American Institute of Physics, 2011. 5–23.
29. Hol J.D., Schon T.B., Gustafsson F. On Resampling Algorithms for Particle Filters. IEEE Nonlinear Statistical Signal Processing Workshop. IEEE. 2007.