Preview

Моделирование и анализ информационных систем

Расширенный поиск

Применение метода деревьев рисков для повышения надежности привязной высотной беспилотной платформы

https://doi.org/10.18255/1818-1015-2026-2-230-255

Аннотация

В статье рассматривается проблема оценки надёжности привязной высотной беспилотной телекоммуникационной платформы с использованием метода анализа дерева рисков. Целью работы является разработка и апробация методики, позволяющей количественно оценивать вероятность возникновения рисковых ситуаций и связанный с ними материальный ущерб при длительной эксплуатации платформы. В качестве результирующего рискового события рассмотрен сбой в обеспечении широкополосной беспроводной связи, выполняемой платформой. Представлено подробное техническое описание привязной платформы «Альбатрос», послужившее основой для выделения рисковых событий. Изложена общая теория и методология построения и анализа дерева рисков, включая оснащение модели вероятностными и стоимостными параметрами. На примере привязной высотной беспилотной телекоммуникационной платформы реализовано комплексное численное исследование, в рамках которого проведён анализ чувствительности ключевых выходных показателей (функции надёжности, квантилей, среднего времени до отказа, ожидаемого ущерба) к статистическим свойствам времени наступления отказов — коэффициенту вариации и типу распределения. Практические выводы, полученные по результатам исследования, показывают, что использование адекватных вероятностных моделей (в отличие от упрощённых экспоненциальных) критически важно для получения реалистичных прогнозов; выявлены наиболее опасные сценарии развития рисковых ситуаций и количественно оценён вклад факторов, влияющих на наступление этих событий. Предложенная методология является универсальной и может быть применена к широкому кругу сложных технических систем, в том числе другим привязным платформам, архитектура которых допускает декомпозицию на ключевые компоненты с установлением логических связей между их отказами. Полученные результаты могут быть использованы для обоснованного проектирования таких систем, планирования регламентных работ и оптимизации стратегий технического обслуживания.

Об авторах

Ника Михайловна Иванова
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Россия


Владимир Миронович Вишневский
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Россия


Список литературы

1. M. Tognon and A. Franchi, Theory and Applications for Control of Aerial Robots in Physical Interaction Through Tethers. in Springer Tracts in Advanced Robotics. 2021. doi: 10.1007/978-3-030-48659-4.

2. C. Viegas, B. Chehreh, J. Andrade, and J. Lourencco, “Tethered UAV with Combined Multi-rotor and Water Jet Propulsion for Forest Fire Fighting,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 104, no. 2, p. 21, 2022, doi: 10.1007/s10846-021-01532-w.

3. Y. Rong, R. Gutierrez, K. V. Mishra, and D. W. Bliss, “Noncontact Vital Sign Detection With UAV-Borne Radars: An Overview of Recent Advances,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 16, no. 3, pp. 118–128, 2021, doi: 10.1109/MVT.2021.3086442.

4. M. Kishk, A. Bader, and M.-S. Alouini, “Aerial Base Station Deployment in 6G Cellular Networks Using Tethered Drones: The Mobility and Endurance Tradeoff,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 15, no. 4, pp. 103–111, 2020, doi: 10.1109/MVT.2020.3017885.

5. V. M. Vishnevsky, Y. A. Avramenko, V. H. Nguyen, and N. S. Kalmykov, “Assessment of the performance characteristics of a wireless network based on tethered UAVs,” Problems of Informatics, no. 1 (66), pp. 60–77, 2025, doi: 10.24412/2073-0667-2025-1-60-77.

6. B. Kirubakaran, E. Younesian, J. Säe, and J. Hosek, “Optimized UAV-Based Connectivity Solutions for Urban IoT Networks,” in Proceedings of the 15th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), 2023, pp. 1–6. doi: 10.1109/ICUMT61075.2023.10333303.

7. J. Trethowan, Z. Wang, and K. C. Wong, “The Viability of a Grid of Autonomous Ground-Tethered UAV Platforms in Agricultural Pest Bird Control,” Machines, vol. 11, no. 377, p. 15, 2023, doi: 10.3390/machines11030377.

8. M. N. Marques, S. A. Magalhães, F. N. Dos Santos, and H. S. Mendonça, “Tethered Unmanned Aerial Vehicles — A Systematic Review,” Robotics, vol. 12, no. 117, p. 25, 2023, doi: 10.3390/robotics12040117.

9. F. Fattori and S. Cocuzza, “Tethered Drones: A Comprehensive Review of Technologies, Challenges, and Applications,” Drones, vol. 9, no. 425, 2025, doi: 10.3390/drones9060425.

10. D. Handrick, M. Eckenrode, and J. Lee, “Review of Tethered Unmanned Aerial Vehicles: Building Versatile and Robust Tethered Multirotor UAV System,” Dynamics, vol. 5, no. 17, 2025, doi: 10.3390/dynamics5020017.

11. N. Cherif, W. Jaafar, E. Vinogradov, H. Yanikomeroglu, S. Pollin, and A. Yongacoglu, “iTUAVs: Intermittently Tethered UAVs for Future Wireless Networks,” IEEE Wireless Communications, vol. 30, no. 4, pp. 124–130, 2023, doi: 10.1109/MWC.018.2100720.

12. S. Khemiri, M. A. Kishk, and M.-S. Alouini, “Exploiting tethered and untethered UAVs: a hybrid aerial communication system,” Scientific Reports, vol. 15, no. 15882, p. 12, 2025, doi: 10.1038/s41598-025-99761-8.

13. A. Al-Radaideh and L. Sun, “Self-Localization of Tethered Drones without a Cable Force Sensor in GPS-Denied Environments,” Drones, vol. 5, no. 135, p. 15, 2021, doi: 10.3390/drones5040135.

14. T. Ye, X. XiangYu, and D. Jiaxi, “Dangerous Area of Tethered UAV Due to Impact,” IEEE Access, vol. 10, pp. 121152–121158, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3222820.

15. V. M. Vishnevsky, A. V. Voroncov, Y. V. Celikin, and S. M. Mamedov, “Sistema elektropitaniya privyaznogo bespilotnogo letatel'nogo apparata,” Elektricheskoe pitanie, no. 2(03), pp. 7–12, 2020.

16. C. Kownacki et al., “Precision Landing Tests of Tethered Multicopter and VTOL UAV on Moving Landing Pad on a Lake,” Sensors, vol. 23, no. 2016, p. 20, 2023, doi: 10.3390/s23042016.

17. V. M. Vishnevsky, D. V. Efrosinin, and A. Krishnamoorthy, “Principles of Construction of Mobile and Stationary Tethered High-Altitude Unmanned Telecommunication Platforms of Long-Term Operation,” in Communications in Computer and Information Science, vol. 919, 2018, pp. 480–495. doi: 10.1007/978-3-319-99447-5_48.

18. K. Vytovtov, E. Barabanova, V. Vishnevsky, G. Vytovtov, and E. Lesiv, “Local Radar Navigation System for Tethered High-Altitude Platforms,” in Proceedings of 7th International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT 2023), IEEE, 2023. doi: 10.1109/ICCT58878.2023.10347062.

19. V. M. Vishnevsky, V. V. Rykov, D. V. Kozyrev, and N. M. Ivanova, Modelirovanie nadyozhnosti privyaznyh vysotnyh bespilotnyh telekommunikacionnyh platform. Moscow: RIC Tekhnosfera, 2022.

20. V. M. Vishnevsky, E. A. Barabanova, K. A. Vytovtov, and G. K. Vytovtov, “Analysis of Tethered Unmanned High-Altitude Platform Reliability,” in Distributed Computer and Communication Networks: Control, Computation, Communications, 2024, pp. 105–116. doi: 10.1007/978-3-031-50482-2_9.

21. B. J. D. O. M. Franco and L. C. S. G'oes, “Failure analysis methods in unmanned aerial vehicle (UAV) applications,” in 19th International Congress of Mechanical Engineering, 2007, p. 10.

22. K. Imani, A. Gholami, and M. B. Dehaghi, “Reliability calculation with error tree analysis and breakdown effect analysis for a quadcopter power distribution system,” Maintenance, Reliability and Condition monitoring, vol. 2, no. 2, pp. 45–57, 2022, doi: 10.21595/marc.2022.23054.

23. V. V. Rykov and V. Y. Itkin, Nadyozhnost' tekhnicheskih sistem i tekhnogennyj risk. Moscow: Infra-M, 2015.

24. H. Cramér, “On the Mathematical Theory of Risk,” in Försäkringsaktiebolaget Skandias Festskrift, 1930, pp. 7–84.

25. H. Cramér, Collective risk theory: A survey of the theory from the point of view of the theory of stochastic processes. Stockholm: Nordiska bokhandeln, 1955.

26. H. Bühlmann, Mathematical Methods in Risk Theory. Berlin, Heidelberg: Springer, 1970. doi: 10.1007/978-3-540-30711-2.

27. V. Y. Korolev, V. E. Bening, and S. Y. Shorgin, Matematicheskie osnovy teorii riska. Moscow: FIZMATLIT, 2011.

28. E. Zio, “System Reliability and Risk Analysis,” in The Monte Carlo Simulation Method for System Reliability and Risk Analysis, Springer London, 2013, pp. 7–17. doi: 10.1007/978-1-4471-4588-2_2.

29. J. Lathrop and B. Ezell, “A systems approach to risk analysis validation for risk management,” Safety Science, vol. 99, pp. 187–195, 2017, doi: 10.1016/j.ssci.2017.04.006.

30. V. Rykov, O. Kochueva, M. Farkhadov, E. Zaripova, and A. Zhaglova, “Sensitivity Analysis of Risk Characteristics of Complex Engineering Systems: An Application to a Subsea Pipeline Monitoring System,” Journal of Marine Science and Engineering, vol. 11, no. 352, p. 15, 2023, doi: 10.3390/jmse11020352.

31. Q. Wang, J. Mao, and H.-yuan Wei, “Reliability Analysis of Multi-rotor UAV Based on Fault Tree and Monte Carlo Simulation,” in Advances in Mechanical Design, 2018, pp. 1001–1010. doi: 10.1007/978-981-10-6553-8_100.

32. S. Byun, M. Papaelias, F. P. G. Márquez, and D. Lee, “Fault-Tree-Analysis-Based Health Monitoring for Autonomous Underwater Vehicle,” Journal of Marine Science and Engineering, vol. 10, no. 1855, p. 20, 2022, doi: 10.3390/jmse10121855.

33. V. A. Kashtanov and A. I. Medvedev, Teoriya nadezhnosti slozhnyh sistem, 3rd ed. Lenand, 2023.

34. A. Saltelli, K. Chan, and E. Scott, Sensitivity Analysis. John Wiley & Sons, 2000.

35. V. Rykov, N. Ivanova, and D. Kozyrev, “Risk tree as an assistant tool for the decision-maker,” in Proceedings of the 13th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops, 2021, pp. 109–114. doi: 10.1109/ICUMT54235.2021.9631604.

36. V. M. Vishnevsky, A. M. Shirvanyan, and N. N. Bryahko, “Calculation of the Required Power for the Operation of a Tethered Unmanned Platform in a Turbulent Atmosphere,” Journal of Information Technologies and Computing Systems, no. 3, pp. 71–84, 2020, doi: 10.14357/20718632200307.

37. V. M. Vishnevsky, E. A. Barabanova, K. A. Vytovtov, and N. S. Kalmykov, “System of Synchronous Movement of High-Altitude Unmanned Platform and Ground Vehicle,” in Proceedings of 7th International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT 2023), 2023, p. 6. doi: 10.1109/ICCT57981.2023.10347109.

38. V. M. Vishnevsky, A. N. Gor'kov, and G. N. Ahobadze, “Avtomaticheskaya sistema podachi silovogo kabelya na privyaznoj bespilotnyj letatel'nyj apparat,” Inzhenernaya fizika, no. 3, pp. 15–23, 2024.

39. V. Vishnevsky, B. Tereschenko, D. Tumchenok, and A. Shirvanyan, “Optimal Method for Uplink Transfer of Power and the Design of High-Voltage Cable for Tethered High-Altitude Unmanned Telecommunication Platforms,” in Distributed Computer and Communication Networks, 2017, pp. 240–247. doi: 10.1007/978-3-319-66836-9_20.

40. V. M. Vishnevsky, E. A. Mikhailov, D. A. Tumchenok, and A. M. Shirvanyan, “Mathematical Model of the Operation of a Tethered Unmanned Platform in the Case of Wind Influence,” Matematicheskoe modelirovanie, vol. 31, no. 11, pp. 61–78, 2019, doi: 10.1134/S0234087919110054.

41. V. M. Vishnevsky, E. A. Mikhailov, and N. D. Phuong, “Reserve Navigation System of Tether Powered Unmanned Aerial Platform in Conditions of Turbulent Atmosphere,” in Distributed Computer and Communication Networks, vol. 1337, 2020, pp. 120–134. doi: 10.1007/978-3-030-66242-4_10.

42. V. M. Vishnevsky et al., “Physical foundation of hybrid navigation system for tethered high-altitude unmanned platforms,” in Proceedings of 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT), IEEE, 2022. doi: 10.1109/ICCT56057.2022.9976848.

43. E. Ruijters and M. Stoelinga, “Fault tree analysis: A survey of the state-of-the-art in modeling, analysis and tools,” Computer Science Review, vol. 15, pp. 29–62, 2014, doi: 10.1016/j.cosrev.2015.03.001.


Рецензия

Для цитирования:


Иванова Н.М., Вишневский В.М. Применение метода деревьев рисков для повышения надежности привязной высотной беспилотной платформы. Моделирование и анализ информационных систем. 2026;33(2):230-255. https://doi.org/10.18255/1818-1015-2026-2-230-255

For citation:


Ivanova N.M., Vishnevsky V.M. Application of risk tree to assess the reliability of tethered high-altitude unmanned platform. Modeling and Analysis of Information Systems. 2026;33(2):230-255. (In Russ.) https://doi.org/10.18255/1818-1015-2026-2-230-255

Просмотров: 61

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1818-1015 (Print)
ISSN 2313-5417 (Online)