Модуль безопасности для автономного робота-уборщика

О проекте

Этот проект представляет собой архитектуру и реализацию модуля безопасности для автономного робота-уборщика АНТС (Автономное Наземное Транспортное Средство). Система обеспечивает контроль безопасности во время работы робота на тестовом полигоне, с акцентом на алгоритмическую обработку данных и защиту от киберугроз в соответствии с принципами конструктивной безопасности.

Необходимые библиотеки

Для корректной работы проекта необходимо установить следующие библиотеки:

pip install requests
pip install openlog
pip install crc8
pip install uvicorn
pip install fastapi
pip install arcade
pip install opencv-python

Репозиторий проекта: https://gitflic.ru/company/lct-prefinal

📋 Содержание

• Список сокращений
• Актуальность задачи
• Системные требования
• Архитектура системы
• Установка и запуск
• Цели безопасности
• Функциональные задачи
• Киберпрепятствия
• Критерии оценивания

Список сокращений

• КЗ – конкурсное задание
• АНТС – автономное наземное транспортное средство
• РТК – робототехнический комплекс
• ПО – программное обеспечение
• ЦД – цифровой двойник робота и полигона
• АРМ – автоматизированное рабочее место
• АСО – автоматизированная система отслеживания
• МБ – модуль безопасности
• КП – киберпрепятствие
• ЦБ – цели безопасности
• ПБ – предположения безопасности

Актуальность задачи

Массовое использование автономных и беспилотных коммунальных роботов в городе — наше ближайшее будущее. Кроме физической надежности, автономные роботы должны быть устойчивы к кибератакам злоумышленников всех мастей, от хулиганов до террористов, и делать это в полностью автономном режиме за счет превентивных мер конструктивной безопасности, принятых еще на этапе проектирования и разработки.

Конструктивную безопасность обеспечивают:

• Продуманная архитектура устройства и ПО
• Компактный доверенный код
• Надёжный контроль критически важных подсистем

Системные требования

Поддерживаемые операционные системы:

• Windows 10+ или Linux (ядро 5.17+)
• Python 3.8+

Архитектура системы

Компоненты системы:

1. Цифровой Диспетчер (ЦД)

• Назначение: Симулятор робота и полигона (3600×3600 мм)
• Функции: Визуализация работы робота, эмуляция физических процессов
• Файлы: twin.win (Windows) или twin.x86_64 (Linux)

2. Автоматизированная система отслеживания (АСО)

• Назначение: Центральный контроллер безопасности
• Функции: Координация модулей, принятие решений по безопасности, логирование
• Директория: lct-ats/

3. Клиент для управления

• Назначение: Интерфейс оператора через Jupyter Notebook
• Функции: Мониторинг состояния, управление роботом, тестирование системы
• Директория: lct-client/

Домены безопасности:

Доверенные системные элементы:

• ПО и аппаратная составляющая модуля безопасности
• Внешняя система навигации АНТС
• Диспетчер и Цифровой двойник

Недоверенные системные элементы:

• ПО автопилота АНТС
• Исполнительные механизмы АНТС (приводы колес, навесное оборудование)
• Система связи АНТС–Диспетчер

Установка и запуск

Автоматическая установка:

powershell -ExecutionPolicy ByPass -c "irm https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-prefinal/blob/raw?file=scripts%2Finstall_win.ps1 | iex"

Ручная установка:

# Установка uv
powershell -ExecutionPolicy ByPass -c "irm https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-prefinal/blob/raw?file=scripts%2Finstall_win.ps1 | iex"

Запуск:

# Терминал 1 - Цифровой двойник
# Используйте готовый бинарный файл twin.exe, расположенный в директории с ЦД


# Терминал 2 - АСО
cd lct-ats
uv run launcher.py --twin

# Терминал 3 - Клиент
cd lct-client
uv run jupyter notebook

Для Linux

Автоматическая установка:

curl -LsSf "https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-prefinal/blob/raw?file=scripts%2Finstall_linux.sh" | sh

Ручная установка:

# Установка uv
curl -LsSf https://astral.sh/uv/install.sh | sh
source ~/.bashrc

# Скачивание компонентов
wget "https://drive.hxps.ru/public/a2b4bcf3089b" -O LCT_linux.zip
unzip LCT_linux.zip && chmod +x LCT_linux/twin.x86_64

git clone https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-ats.git
git clone https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-client.git

Запуск:

# Терминал 1 - Цифровой двойник
cd ~/Downloads/LCT_linux
# Дадим права на выполнение
chmod +x LCT.x86_64

# Запустим цифровой двойник
./LCT.x86_64

# Терминал 2 - Клиент
cd lct-client
uv run jupyter notebook

# Терминал 3 - АСО
cd lct-ats
uv run launcher.py --twin

Цели безопасности

1. ЦБ 1: АНТС выполняет задачи только под управлением подлинного программного обеспечения
2. ЦБ 2: АНТС выполняет только подлинные команды Диспетчера
3. ЦБ 3: АНТС при любых обстоятельствах соблюдает ограничения из маршрутного задания и правила перемещения в особых зонах
4. ЦБ 4: АНТС при любых обстоятельствах предоставляет точные данные о своих действиях, намерениях и окружающих внешних факторах

Предположения безопасности:

1. Только авторизованный персонал имеет физический доступ к критическим узлам АНТС
2. Только авторизованные операторы имеют доступ к системе планирования заданий

Функциональные задачи

Основные задачи робота:

1. Очистка дорог от снега

   • Проезд по максимальной площади дороги
   • Учет очищенных клеток (40×40 см)

2. Работа со шлагбаумами

   • Остановка и запрос на открытие
   • Подтверждение от Диспетчера
   • Визуальный контроль положения стрелы

3. Работа в пешеходных зонах

   • Алгоритм компьютерного зрения для обнаружения пешеходов
   • Остановка движения при обнаружении

4. Проезд по регулируемым дорогам

   • Распознавание сигналов светофоров
   • Обнаружение ArUco-меток
   • Соблюдение сигналов

5. Кооперативная работа

   • Учет маршрутов других АНТС
   • Планирование с учетом расписания

Киберпрепятствия

Уровни инцидентов:

• Низкий уровень: Уведомление оператора, запись в журнал
• Средний уровень: Блокировка движителей на 5 секунд
• Высокий уровень: Полная остановка деятельности робота

Список киберпрепятствий:

CybP_01 - Компрометация кода автопилота

• Уровень: Высокий
• Идентификатор: CybP_01
• Задача: Отслеживание аутентичности кода АП
• Шаблоны: А.1 Монитор, А.6 Выделенный механизм поддержания состояния безопасности

CybP_02 - Компрометация системы связи

• Уровень: Средний
• Идентификатор: CybP_02
• Задача: Мониторинг heartbeat-сообщений
• Шаблоны: А.1 Монитор, А.2 Раздельное принятие решений

CybP_03 - Компрометация кода приводов

• Уровень: Средний
• Идентификатор: CybP_03
• Задача: Контроль цифровых подписей приводов
• Шаблоны: А.1 Монитор, А.6 Выделенный механизм

CybP_04 - Сбой режима работы навесного оборудования

• Уровень: Низкий
• Идентификатор: CybP_04
• Задача: Контроль скорости вращения щетки
• Шаблоны: А.1 Монитор, А.2 Раздельное принятие решений

CybP_05 - Ложное сообщение об открытии шлагбаума

• Уровень: Низкий
• Идентификатор: CybP_05
• Задача: Визуальная проверка положения шлагбаума
• Ограничение: Запрещено использование OpenCV и аналогичных библиотек

CybP_06 - Нарушение скоростного режима

• Уровень: Средний
• Идентификатор: CybP_06
• Задача: Мониторинг скорости в зонах ограничения
• Ограничение: Только стандартные средства языка

Общие требования (CybO):

• Обязательное журналирование всех действий
• Указание цифробуквенных идентификаторов событий
• Использование предоставленных шаблонов проектирования ГОСТ Р 72118-2025

Критерии оценивания

1. Площадь убранной территории - количество очищенных клеток дороги
2. Корректность обработки дополнительных задач - работа со шлагбаумами, светофорами, пешеходами
3. Время выполнения миссии - общее время заезда (максимум 10 минут)
4. Количество предотвращенных инцидентов - успешное разрешение киберпрепятствий

Работа с системой

Через Jupyter Notebook:

1. Запустите клиент: uv run jupyter notebook
2. Откройте браузер по адресу http://localhost:8888
3. Работайте с файлом whole_code.ipynb в директории src
4. Реализуйте алгоритмы для автопилота и модуля безопасности

Важные ограничения:

• Запрещено редактировать системные файлы (lct-twin, lct-client, lct-ats)
• Разрешено работать только с файлом whole_code.ipynb
• Все изменения должны соответствовать регламенту соревнований

Полезные ссылки

• Репризиторий: https://gitflic.ru/project/lct-prefinal/lct-prefinal
• ТЗ: https://cloud.dit.mos.ru/s/zZnx4YBoXQBJKab (пароль: ejjAimkbF7)
• ответы на вопросы: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1R41onHL5taYi5QipgmKFnIGbZ_yESPNnYZqVR6ORSaI/edit
• ГОСТ Р 72118-2025: Методология разработки систем с конструктивной информационной безопасностью