Artificial neural networks to updrafts localization and forecasting

Abstract

The dissertation examines the thermal flow detection and prediction prob-lems during an autonomous aircraft flight. The main research object is the thermal flows and artificial neural networks. Thermal flows are a very im-portant source for improving autonomous aircraft flight parameters, such as flight time and duration. The primary aim of the dissertation is to create methodologies and algorithms to detect, identify and to successfully predict the parameters the thermal flows. The application are of the methods and algorithms developed is autonomous aircraft control system synthesis, research on mesoscale meteorological phenomena and synthesis of computing systems using biological models. The following objectives are carried out: thermal flow sensing using aircraft navigational parameters measurement data, thermal flow simulation modeling and data input necessary for modeling. The dissertation consists of an introduction, four chapters, conclusions, bibliography, and list of author publications on the topic as well as three annexes. The introductory chapter discusses the research problem and the relevance of the research described in the thesis, formulates the goal and objectives, describes the research methodology, scientific novelty, the practical significance of the results, hypotheses. In the end of the introduction a list of author's publications on the topic and the structure of the dissertation are presented. The first section provides a review of previous research connected to the topic. Overview of the literature on the use of renewable energy sources in the autonomous aircraft during flight is presented. Review on research concerning availability of application of neural networks for processing of data and prediction is presented as well. The chapter ends with conclusions and revised dissertation objectives. In the second chapter an empirical model of thermal flow is created. The third chapter examines the techniques for measurement and processing of data required for thermal flow. The fourth section presents the experiments that have been carried out and their results. On the topic of the dissertation 6 articles have been published - one in the collection of articles included in the Thomson ISI, two - in conference proceedings, reviewed in Thomson ISI database, two - in Inspec database, cited journal, three - in reviewed international conference proceedings and one - in a national conference materials. 9 presentations of the topic of the dissertation have been given in conferences.

Disertacijoje nagrinėjamos terminių srautų paieškos ir prognozavimo autonominio orlaivio skrydžio metu problemos. Pagrindinis tyrimų objektas yra terminių srautų aparatinis aptikimas ir prognozavimas. Terminiai srautai yra labai svarbus autonominio orlaivio skrydžio charakteristikų, kaip antai skrydžio laikas ir trukmė, gerinimo šaltinis. Pagrindinis disertacijos tikslas – sukurti metodikas ir algoritmus, leidžiančius aptikti terminį srautą, nustatyti bei sėkmingai prognozuoti jo parametrus. Sukurtų metodų ir algoritmų taikymo sritis – autonominių orlaivių valdymo sistemų sintezė, meteorologiniai mezomastelinių meteorologinių reiškinių tyrimai, biologinius skaičiavimo modelius naudojančių sistemų sintezė. Darbe sprendžiami keli uždaviniai: terminio srauto aptikimas naudojant orlaivio navigacinių parametrų matavimo duomenis, terminio srauto modeliavimas bei modeliui reikalingų duomenų pateikimas. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir tris priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir konferencijų pranešimai bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje pateikiama su disertacijos objektais susijusių literatūros šaltinių apžvalga. Apžvelgiama literatūra apie atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimą autonominių orlaivių skrydžio metu. Pateikiama dirbtinių neuronų taikymo duomenų apdorojimo bei prognostikos srityje literatūros šaltinių apžvalga. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje sudaromas terminio srauto empirinis modelis. Trečiajame skyriuje nagrinėjamos terminiam srautui reikalingų duomenų matavimo bei apdorojimo metodikos. Ketvirtajame skyriuje pristatomi atlikti eksperimentai ir jų rezultatai. Disertacijos tema paskelbti 6 straipsniai: vienas – straipsnių rinkinyje, įtrauktame į Thomson ISI sąrašą, du – konferencijų medžiagoje, referuotose Thomson ISI duomenų bazėje, du – Inspec duomenų bazėje cituojamame žurnale, trys – recenzuojamoje tarptautinių konferencijų medžiagoje bei vienas – respublikinės konferencijos medžiagoje. Disertacijos tema perskaityti 9 pranešimai.