priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-8-676-682pribor-580Research ArticleИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫINFORMATION-MEASURING AND CONTROL SYSTEMSИспользование технологий „Умный город“ и „Индустрия 4.0“ для устойчивого управления беспилотными транспортными системами в условиях геомагнитных возмущенийUsing Smart City and Industry 4.0 Technologies for Sustainable Control over Unmanned Transport Systems in Conditions of Geomagnetic DisturbancesКоробейниковА. Г.KorobeynikovA. G.

Анатолий Григорьевич Коробейников - д-р техн. наук, профессор; лаборатория наземных геомагнитных исследований; главный научный сотрудник

Санкт-Петербург

Anatoly G. Korobeynikov - Dr.Sci., Professor; Laboratory of Ground-Based Geomagnetic Research; Chief Researcher

St. Petersburg

Korobeynikov_A_G@mail.ruСанкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наукРоссияN. V. Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the RAS, St. Petersburg BranchRussian Federation202606092026698676682Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/580

Рассмотрена междисциплинарная задача обеспечения устойчивости управления беспилотными транспортными системами (БТС) в мегаполисе в условиях геомагнитных и ионосферных возмущений, искажающих сигналы от глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Базой подхода служит объединение технологий „Умный город“ и „Индустрия 4.0“, вызывающее синергетический эффект с выработкой надежных решений. Предложенный подход основан на интеграции в экосистему „Умного города“ разнородной информации, получаемой в процессе мониторинга от: распределенной сети двухчастотных ГНСС-приемников; распределенной сети датчиков, осуществляющих мониторинг геомагнитной активности; систем, отслеживающих состояние ионосферы. В режиме реального времени полученные данные анализируются с использованием технологий Big Data для прогнозирования ошибок местоположения в условиях ионосферных и/или геомагнитных возмущений. Разработана модель адаптивного управления БТС на базе двухшагового расширенного фильтра Калмана. При помощи модели весовые коэффициенты динамически перераспределяются в системе интеграции разнородных данных с учетом прогноза космической погоды, за счет чего повышается устойчивость управления БТС.

An interdisciplinary approach to solving problems related to ensuring the stability of unmanned transport systems (UTS) control in a megacity under conditions of geomagnetic and ionospheric disturbances that distort signals from global navigation satellite systems (GNSS) is considered. The approach is based on the combination of Smart City and Industry 4.0 technologies, which creates a synergistic effect and enables the development of reliable solutions. The proposed approach leverages the integration of diverse information into the Smart City ecosystem, obtained through monitoring from a distributed network of dual-frequency GNSS receivers, a distributed network of sensors monitoring geomagnetic activity, and systems monitoring the ionosphere. The data obtained are subject to subsequent analysis using Big Data technologies to predict position errors under conditions of ionospheric and/or geomagnetic disturbances in real time. An adaptive control algorithm for UTS is developed based on a two-step (two-stage) extended Kalman filter. The algorithm dynamically redistributes weights in the system for integrating (merging) heterogeneous data, considering space weather forecasts, thereby increasing the resilience of unmanned aerial vehicle control. The convergence of Smart City and Industry 4.0 technologies creates a synergistic effect, leading to the development of reliable solutions for problems related to ensuring the resilience of UTS control.

Big Data„Умный город“полное электронное содержаниебеспилотная транспортная системагеомагнитные возмущенияглобальная навигационная спутниковая система„Индустрия 4.0“ионосферные задержкиBig Datageomagnetic disturbancesGNSSIndustry 4.0ionospheric delaysSmart SityTECUTSReferencesZakoldaev D. A., Korobeynikov A. G., Shukalov A. V., Zharinov I. O. Infrastructure As a Service For A Digital Factory, Smart Factory And Virtual Factory of the INDUSTRY 4.0 // Journal of Physics: Conf. Ser. The Intern. Conf. “Information Technologies in Business and Industry”. IOP Publishing, 2019. P. 072033. DOI: 10.1088/1742-6596/1333/7/072033.Zakoldaev D.A., Korobeynikov A.G., Shukalov A.V., Zharinov I.O. Journal of Physics: Conf. Ser. The International Conference “Information Technologies in Business and Industry”, IOP Publishing, 2019, рр. 072033, DOI: 10.1088/1742-6596/1333/7/072033.Дмитриева С. В. Индустрия 4.0 и цифровая трансформация в промышленном комплексе: внедрение современных технологий и инноваций для повышения производительности и конкурентоспособности // Инновации и инвестиции. 2023. № 6. С. 400–404.Dmitrieva S.V. Innovatsii i investitsii, 2023, no. 6, pp. 400–404. (in Russ.)Afrin T., Yodo N., Dey A., Aragon L. G. Advancements in UAV-Enabled Intelligent Transportation Systems: A Three-Layered Framework and Future Directions // Applied Sciences. 2024. N 14. https://doi.org/10.3390/app14209455.Afrin T., Yodo N., Dey A., Aragon L.G. Applied Sciences, 2024, no. 14, https://doi.org/10.3390/app14209455.Белаховский В. Б., Будников П. А., Калишин А. С. и др. Влияние геомагнитных возмущений на сцинтилляции сигналов спутников ГЛОНАСС и GPS по данным наблюдений на Кольском полуострове // Солнечно-Земная физика. 2023. Т. 9, № 3. С. 58–72. DOI 10.12737/szf-93202307.Belakhovsky V.B., Budnikov P.A., Kalishin A.S., Pilgaev S.V., Roldugin A.V. Solnechno-Zemnaya Fizika, 2023, no. 3(9), pp. 58–72, DOI 10.12737/szf-93202307. (in Russ.)Bian Q., Yin X. Enhancing Precise Point Positioning Under Active Ionosphere Using Wide-Range Ionospheric Corrections Derived from MADOCA Service // Applied Sciences (Switzerland). 2026. Vol. 16, N 1. P. 184. DOI 10.3390/app16010184.Bian Q., Yin X. Applied Sciences (Switzerland), 2026, no. 1(16), pp. 184, DOI 10.3390/app16010184.Колодий Н. А., Иванова В. С., Гончарова Н. А. Умный город: особенности концепции, специфика адаптации к российским реалиям // Социологический журнал. 2020. Т. 26, № 2. С. 102–123. DOI 10.19181/socjour.2020.26.2.7268.Kolodiy N.A., Ivanova V.S., Goncharova N.A. Sotsiologicheskiy zhurnal, 2020, no. 2(26), pp. 102–123, DOI: 10.19181/socjour.2020.26.2.7268. (in Russ.)Oladipo O. A., Schüler T. GNSS single frequency ionospheric range delay corrections: NeQuick data ingestion technique // Аdvances in Space Research. 2012. Vol. 50, is. 9. P. 1204–1212. https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.06.035.Oladipo O.A., Schüler T. Аdvances in Space Research, 2012, no. 9(50), pp. 1204–1212, https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.06.035.Dongsheng Z. et al. Analysis of global ionospheric scintillation and GPS positioning interference triggered by full-halo CME-driven geomagnetic storm: A case study // Advances in Space Research. 2024. Vol. 74, is. 5. P. 2492–2509. https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.06.001.Dongsheng Z. et al. Advances in Space Research, 2024, no. 5(74), pp. 2492–2509, https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.06.001.Lay E. H., Close S., Colestock P., and Bust G. Development and error analysis of nonlinear ionospheric removal algorithm for ionospheric electron density determination using broadband RF data // J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116. Р. A02316. DOI:10.1029/2010JA015862.Lay E.H., Close S., Colestock P., and Bust G. J. Geophys. Res., 2011, vol. 116, рр. A02316, DOI: 10.1029/2010JA015862.Kudinov I. V., Eremin A., Kudinov V. A., Mikheeva G. V. Theoretical research on electromagnetic wave propagation in plasma // IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 919. Р. 052039. DOI: 10.1088/1757-899X/919/5/052039.Kudinov I.V., Eremin A., Kudinov V.A., Mikheeva G.V. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 919, рр. 052039, DOI: 10.1088/1757-899X/919/5/052039.Mitch R. H., Psiaki M. L., and Tong D. M. Local ionosphere model estimation from dual-frequency global navigation satellite system observables // Radio Sci. 2013. Vol. 48, N 6. P. 671–684. DOI:10.1002/2013RS005153.Mitch R.H., Psiaki M.L., and Tong D.M. Radio Sci., 2013, no. 6(48), pp. 671–684, DOI:10.1002/2013RS005153.Kashcheyev A., Nava B., Watson C. EclipseNB: A Network of Low-Cost GNSS Receivers to Study the Ionosphere // Space Weather. 2025. Vol. 23, N 1. DOI 10.1029/2024sw004194.Kashcheyev A., Nava B., Watson C. Space Weather, 2025, no. 1(23), DOI: 10.1029/2024sw004194.Chartier T., Steele J., Sugar G. et al. Validating Ionospheric Models Against Technologically Relevant Metrics // Space Weather. 2023. Vol. 21, N 12. DOI 10.1029/2023sw003590.Chartier T., Steele J., Sugar G. et al. Space Weather, 2023, no. 12(21), DOI: 10.1029/2023sw003590.Saengphet W. Multi-Sensor Fusion with Extended Kalman Filter for Indoor Localization system of Multirotor UAV/W. Saengphet // 19th Intern. Joint Conf. on Computer Science and Software Engineering (JCSSE). IEEE. 2022. DOI: 10.1109/JCSSE54890.2022.9836275.Saengphet W. 19th International Joint Conference on Computer Science and Software Engineering (JCSSE), 2022, IEEE, DOI:10.1109/JCSSE54890.2022.9836275.Kim K. H., Jee J. G., & Park C. G. Adaptive two-stage EKF for INS-GPS loosely coupled system with unknown fault bias // Journal of Global Positioning Systems. 2006. Vol. 5, N 1-2. P. 62–69.Kim K.H., Jee J.G., & Park C.G. Journal of Global Positioning Systems, 2006, no. 1-2(5), pp. 62–69.Коробейников А. Г. Применение методов Big Data для сравнения данных геомагнитных обсерваторий сети INTERMAGNET // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 12. С. 993–1001. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-12-993-1001.Korobeynikov A.G. Journal of Instrument Engineering, 2023, no. 12(66), pp. 993–1001, DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-12-993-1001. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.