Власова-Сайкова Валентина Викторовна,
Доцент ДВ НАН, преподаватель
Хабаровского филиала СПбГУ ГА
Актуальные компетенции операторов наземных средств управления беспилотными летательными аппаратами для использования в народном хозяйстве
Содержание:
- О компетенциях в программе подготовки операторов наземных средств управления беспилотными летательными аппаратами ………………………..………………. 1
- История создания БПЛА………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
- Техническое совершенствование квадрокоптеров…… …………..………………………………………………………………………………………………………...4
- Использование БПЛА в военных целях…………………………………………………………………………………………………………………………………..….……..7
- Применение БПЛА в гражданских целях………………………………………………………………………………………………………………………………………… 10
Вывод………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 27.
Список литературы………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………27-28
1. О компетенциях в программе подготовки операторов наземных средств управления беспилотными летательными аппаратами
Цель реализации программы «Оператор наземных средств управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА)» - формирование у слушателей профессиональных компетенций, необходимых для выполнения нового вида профессиональной деятельности, приобретения новой квалификации «Оператор наземных средств управления беспилотным летательным аппаратом» [ 1] .
Задача программы: дать слушателям до 35 лет начальные знания о назначении, устройстве и принципах работы беспилотной авиационной системы и ее элементов, основам и способам навигации; выработать у слушателей практические навыки управления БЛА; получить опыт в пилотирование авиационной беспилотной модели.
Такой уровень компетенции является основой для индивидуальной и групповой подготовки специалистов для народного хозяйства. Освоение программы должно сформировать у слушателей компетенции, которые могут быть применены в народном хозяйстве. Данные компетенции должны способствовать перспективной профориентации обучаемых, и будут способствовать последующему росту их профессионального образования.
Планируемые результаты освоения программы
В результате обучения по 100 часовой программе профессионального обучения слушатель овладеет следующими дополнительными профессиональными компетенциями [2].
Слушатели должны знать:
− назначение, устройство и принципы работы беспилотной авиационной системы и ее элементов;
− правила ведения и оформления технической документации беспилотной авиационной системы;
− правила и порядок, установленные воздушным законодательством Российской Федерации для получения разрешения на использование воздушного пространства, в том числе при выполнении полетов над населенными пунктами, при выполнении авиационных работ;
− нормативные правовые акты об установлении запретных зон и зон ограничения полетов; порядок получения информации о запретных зонах и зонах ограничения полетов;
− нормативные правовые акты, регламентирующие организацию и выполнение полетов беспилотных воздушных судов;
− порядок организации и выполнения полетов беспилотным воздушным судном в сегрегированном воздушном пространстве;
− основы воздушной навигации, аэродинамики и метеорологии в объеме, необходимом для подготовки и выполнения полета беспилотным воздушным судном;
− порядок планирования полета беспилотного воздушного судна и построения маршрута полета; − правила подготовки плана полетов и порядок его подачи органу единой системы организации воздушного движения;
− порядок подготовки программы полета и загрузки ее в бортовой навигационный комплекс (автопилот) беспилотного воздушного судна;
− порядок проведения предполетной подготовки беспилотной авиационной системы и ее элементов. 5 уметь: − оценивать техническое состояние элементов беспилотных авиационных систем;
− осуществлять подготовку и настройку элементов беспилотных авиационных систем;
− выполнять техническое обслуживание элементов беспилотной авиационной системы;
− устанавливать съемное оборудование на беспилотное воздушное судно, снимать съемное оборудование;
− использовать взлетные устройства (приспособления);
− производить эвакуацию беспилотных воздушных судов в аварийных ситуациях;
− составлять полетное задание и план полета; − осуществлять дистанционное пилотирование и (или) контроль параметров полета беспилотного воздушного судна;
− принимать меры по обеспечению безопасного выполнения полета беспилотным воздушным судном;
− выполнять послеполетные работы.
Материально-технические условия реализации мультимедийной программы требует наличия компьютерного и оборудования для проведения презентаций: мультимедийная проекционная система; проектор; экран, ноутбук, экран/интерактивная доска.
Формы аттестации: Форма текущего контроля – собеседование.
Формы итоговой аттестации – экзамен.
2. История создания БПЛА
Что такое БПЛА и какие виды сейчас востребованы на рынке? "Беспилотный летательным аппаратом" (или сокращенно БПЛА) называют любой летательный аппарат, совершающий полет без экипажа на борту. В разговорной речи чаще говорят "беспилотник" или "дрон" (от английского "drone" – "трутень", как назвал этот вид аппаратов капитан третьего ранга Делмар Фарни в 1936 году).
Дроны в наше время используются в разных сферах деятельности от обычных развлечений для ребёнка и до военных действий. БПЛА используются для съемки фильмов, так как сцены с воздуха намного дешевле снимать с дрона чем с вертолета. Так как камеры на некоторых моделях дронов снимают не хуже, чем профессиональные камеры для съемки фильмов. Во время постройки каких либо сооружений, особенно если это многоэтажный дом, строительная компания может следить за темпом строительства благодаря дрону.
Контролировать рабочий процесс и устраивать тайные проверки рабочих. Также дроны используются в спецслужбах, к примеру, беспилотники помогают собирать информацию о правонарушителях. Данные автоматически передаются на компьютеры, установленные в полицейских машинах. С их помощью можно контролировать безопасность на дорогах и во время общественных мероприятий. А еще дроны используют для оперативного отслеживания нарушителей. Недавно МВД РФ заявило о собственной инновационной разработке. Ею стал комплекс «Скарабей», который используется для досмотров. Внешне устройство напоминает игрушку на радиоуправлении. Но «Скарабей» способен добираться до мест преступления, делать высококачественные снимки и автоматически передавать их полицейским. Мед служба использует БПЛА для доставки медикаментов пострадавшим.
Сейчас разрабатывается проекты для экстренной госпитализации пострадавшим. Так как бывают ситуации, когда каждая секунду на счету, и дрон подходит для таких целей как нельзя кстати. Из-за того, что он передвигается по воздуху и аппарату не придётся маневрировать по дорогам общего пользования, чтобы в кратчайший срок доставить пострадавшего. Дрон летит по воздуху по самому кратчайшему маршруту.
МЧС использует дроны для поиска потерявшихся людей в лесу благодаря камерам с тепловым спектром и маячком сверху. А также для отслеживания людей, которых унесло течением во время купания. Беспилотники используют и для тушения пожаров в лесах. Разрабатываются проекты для тушения пожаров в здании. Беспилотник является очень практичным приспособлением XXI века, благодаря ему люди могут производить перевозки материалов, людей ещё быстрее, что повышает мобильность и скорость выполнения задач. Также доступность составляющих этого аппарата позволяет иметь дроны каждому второму жителю земли, а с постоянным технологическим развитием, это хороший заработок для создателей и компаний, по созданию дронов. Благодаря простоте конструкций он существенно конкурирует с самолётами и другими транспортами по перевозке, так как он имеет высокую вариативность, компактность, что существенно облегчает затраты на оборудование, технические экспертизы и проверки на работоспособность. Слушатели должны знать о создании БПЛА, о его плюсах и минусах в различных сферах жизни. Где применяется и какое влияние оказывает, что следует развить и на что нужно обратить внимание. Как такие аппараты смогут в будущем помочь в индустриальном мире, какие варианты подобного оборудования можно придумать и куда стоит внедрить.
Нужно изучить их экономическое влияние. Данные беспилотники, с недавнего времени, стали неотъемлемой частью нашей жизни. Делать подробный разбор всех способов использования дронов, становится затруднительным с каждым днём, потому что человеческая фантазия продолжает придумывать их практически постоянно. Например, в 2018 году на открытии Олимпийских игр в Южной Корее, компания Intel продемонстрировала грандиозное световое шоу (точнее, его запись) с синхронным полётом более тысячи дронов, которое попало в Книгу рекордов Гиннесса. И такие выступления первые и не последние, будут создаваться всё более новые и совершенные разработки дронов. Даже на данный момент мы уже имеет существенный скачок в разработке этого оборудования. Рассмотрим лидеров в данной отрасли создания и оценим преимущества. Целью дипломной работы является изучение данного явления и анализ рынка БПЛА в РФ.
Из истории создания БПЛА стоит отметить, что Международная организация гражданской авиации (ИКАО) разделяет радиоуправляемые модели и БПЛА, указывая, что первые предназначены, прежде всего, для развлечения, а значит их использование должно регулироваться иными правилами (местными, а не международными), но мы здесь расскажем о появлении самой идеи беспилотных летательных аппаратов и истории их развитии.
3. Техническое совершенствование квадрокоптеров
Квадрокоптеры уже активно используются и находятся вокруг нас некоторое продолжительное время. Особенно в последние несколько лет их популярность резко возросла из-за растущего применения в различных сферах. Современные инновации сыграли огромную роль в этом развитии. В начале 20-го века были разработан и созданы первые концепты вертолетов с четырьмя винтами.
Однако они были такими маневренными, как современные квадрокоптеры. Они только преодолевали короткие расстояния и были настоящими вертолетами. Ими нельзя было управлять дистанционно. Они также были очень неэффективными и рудиментарными. Ранние беспилотные летательные аппараты были усовершенствованием этих вертолетов, но их применение было ограничено военными (Рисунок 1).
Рисунок 1 - Первый мультироторный вертолет в 1920 году.
Рисунок 2 - Первый мультироторный квадрокоптер вертолет
Было четыре ротора и восемь винтов, все приводились в движение одним двигателем.
- Более 1000 успешных полетов.
- Первый зарегистрированный рекорд дальности полета для вертолета 360 метров в 1924 году.
- Очень стабильный для своего времени.
- Разработан Этьеном Омихеном во франции
Коптер 1956 года
Рисунок 3 - Первый квадрокоптер
- Разработано доктором Джорджем де Ботезатом и Иваном Джеромом.
- Один из первых квадрокоптеров, использующих переменную тягу четырех винтов для управления креном, тангажом и перемещением.
- Пилоту было очень тяжело летать из-за того, что он пытался контролировать тягу всех четырех пропеллеров одновременно.
Рисунок 4 – Военный беспилотник
Рисунок 5 - Первый DJI Phantom в 2013
- Спроектирован для коммерческого и развлекательного применения
- Использует карданный подвес для стабилизации видеокамеры, обеспечивая отличную фотосъемку, ранее доступную только съемочным группам с вертолетов.
- Дистанционно управляемый
Реальное использование квадрокоптеров началось только в 21 веке. Современные дроны способны летать на большие расстояния. Они стали действительно беспилотными транспортными средствами. Технологии и инновации помогли им во всех размерах. Из-за этого их использование значительно расширилось, и сегодня беспилотники используются для самых разных задач.
В них применяются глобальные системы позиционирования и камеры. Благодаря этому многие ограничения были преодолены, а возможности современных беспилотников не имеют себе равных. Сейчас DJI производит большое количество квадрокоптеров под разные нужды и для разных организаций от МЧС до студий для съёмки фильмов. Применение квадрокоптеров
Рисунок 6 - Сферы применения квадрокоптеров
4.Использование БПЛА в военных целях
Охрана границ
Беспилотные авиационные системы используются в вооруженных силах различных стран уже достаточно давно. Впервые для патрулирования границ БПЛА начали применять в США в 2004 г., тогда испытания проходили Hermes‑450. В настоящее время на вооружении таможенно-пограничной службы США имеются не оснащенные вооружением беспилотников Predator B (Reaper).
Рисунок 23 - БПЛА Predator B (Reaper)
БПЛА — преимущества
В современных условиях, когда войска стали более технологичны, беспилотники могут стать одним и ведущих типов вооружений. В настоящее время БПЛА применяются для:
- ведения разведки;
- корректировки огня;
- создания ложных целей для противника;
- для нанесения непосредственного удара.
В дальнейшем спектр задач, выполняемых беспилотными летательными аппаратами, будет только расширяться за счет развития науки, технологий, инженерной мысли.
Одним из неоспоримых преимуществ беспилотников является их низкая стоимость в сравнении с пилотируемыми летательными аппаратами. Условный беспилотник будет в десятки раз дешевле, чем самолёт или вертолёт, а учитывая, что для последних нужна дорогостоящая наземная инфраструктура, разница в конечных суммах может отличаться в сотни раз.
Беспилотники достаточно мобильны, их проще обслуживать, ими проще управлять. Кроме того, они способны выполнять реальные боевые задачи в тех условиях, в которых человек не сможет этого сделать физически, так как перегрузки будут запредельными.
Недостатки БПЛА.
Однако идеального оружия на сегодняшний день не существует, и беспилотные летательные аппараты также имеют свои недостатки. К таковым, например, можно отнести тот факт, что сигналы этих аппаратов могут быть без особого труда перехвачены средствами ПВО противника а, следовательно, аппарат подвержен серьёзным рискам: от физического уничтожения до перепрограммирования и нанесения удара по собственным позициям.
Все возможные недостатки БПЛА можно компенсировать грамотной тактикой их применения. Например, если использовать для нанесения ударов не просто звенья беспилотников, но применять их в симбиозе с другими силами (например, с танками или артиллерией), тогда эффективность их использования возрастает, а процент потерь аппаратов можно сократить. В последних конфликтах широко применялась тактика роя беспилотников, благодаря которой удавалось наносить массированные удары по объектам и живой силе противника.
Достоверно известно только о тех БПЛА, испытания которых проводились официально. Информация о других засекречена. Как на самом деле показывают себя в воздухе секретные машины, пока никто, кроме самих разработчиков, не знает. К примеру, Китай не ведет сейчас никаких вялотекущих или гибридных войн и не демонстрирует свои возможности в этой сфере, однако в будущем он способен серьезно изменить характер боевых действий. Пока же об истинных успехах большинства китайских БПЛА можно судить только по данным разведки или на примере тех немногих моделей, которые поставляются на экспорт. По опубликованным параметрам, китайские дроны — идеальные машины. Правда, как и многое в Китае, они созданы «по мотивам» западных разработок.
Рисунок 7 – Китайский военный беспилотник CH-4
Это беспилотник для авианосцев, модификация Predator, снятого с вооружения ВВС США в 2020. Крылья складываются, чтобы аппарат занимал меньше места и поместился на корабле. Predator, Reaper и Avenger на заводе по производству дронов (Фото: General Atomics). Хотя он опасен, конечно, не этим. Грузовой отсек GAAS Avenger способен нести в себе две бомбы с лазерным прицелом, общим весом 440 кг. Кроме них, беспилотник легко перевезет еще полтонны оружия и снаряжения. «Мститель» необыкновенно быстр — разгоняется до 740 км/ч. Потолок составляет 18 км.
Рисунок 8 – Американский военный беспилотник GAAS-Avenger.
Рисунок 9
двигательный лёгкий "Форпост-М2" (2020 г.) от АО "Кронштадт"(Рис 9)
В августе 2019 г. МО РФ опубликовало видео 1-го полёта модернизированного «Форпост-Р» со взлётной массой 500 кг и продолжительностью полёта до 18 часов на высоте до 6 км. Он из отечественных комплектующих, с российским программным обеспечением. Поршневой двигатель АПД-85 мощностью до 45 л.с. позволяет разгон до скорости в 200 км\ч., радиус действия составляет 250 км.БПЛА используют как разведывательный, так и разведывательно-ударный. Может находится в воздухе до 17 часов, достигая высоты в 5 км. Этот БПЛА - прямой "конкурент", точнее, улучшенная копия израильского "Searcher". С учётом грузоподъёмности в 100 кг. его КПД - 20%.
Пока детальные характеристики российского военного беспилотника С-70 «Охотник» (рис 10) засекречены. Однако известно, что его вес — около 22 т. Разработчики уверяют, что несколько «Охотников», укомплектованных ракетами «земля-воздух» Х-58, Х-35, Х-74М2 и корректируемыми авиабомбами КАБ-25, могут нанести страшный урон инфраструктуре противника.
Максимальная скорость аппарата — 920 км/ч. Боевая нагрузка — 6 т, максимальная высота полета —18 км. Первый полет новейшего беспилотного летательного аппарата «Охотник». Приблизительная стоимость «Охотника» — около ₽1 млрд. Однако военные эксперты полагают, что цена сократится на 40-50% после запуска БПЛА в серию. Глава ОАК (Объединенной авиастроительной корпорации) Юрий Слюсарь заявил, что в армию серийные БПЛА начнут поступать с 2024 года.
Рисунок 10
Российский военный беспилотник С-70 «Охотник»
Таблица 1. Характеристики Российских БПЛА (Военное применение)
5. Применение БПЛА в гражданских целях.
Безусловно одно из наиболее трендовых на сегодня использований беспилотников – это в логистических целях, тем самым создавая новую среду конкуренции автомобильным транспортным компаниям. Здесь преобладают несколько основных направления: курьерское, для доставки «последней мили», аэротакси для транспортировки людей, и внутрипроизводственное, то есть складские дроны способные считывать штрих-коды с упаковок и проводить технологичную инвентаризацию.
Одним из первых крупных разработчиков «курьерских» беспилотников стал сервис доставки заказов «Prime Air» популярного интернет-ритейлер Amazon, для того чтобы ускорить и удешевить доставку, его тестовая работа была анонсирована в декабре 2013 года (Рисунок 11).
Рисунок 11 – Беспилотный аппарат для доставки «Prime Air»
По расчетам данный сервис позволяет доставлять товар весом не более 2.27 кг в течении 30 минут, что в 4 раза быстрее действующего самого быстрого способа доставки «Prime Now». Достижение такой скорости доставки беспилотником происходит за счет устранения всех недостатков, которые присущие наземному транспорту. Например, светофоры, пробки и т.д. С логистической схемой «Prime Air» можно ознакомиться на рисунке 12.
Рисунок 12 – Схема доставки «Prime Air»
Беспилотный транспорт и аэротакси
История аэротакси, как массового вида транспорта началась в 2016 году, когда компания Uber опубликовала план проекта Elevate, представляющий из себя концепцию работы сервиса «латающих такси». Его основная цель — создать систему пассажирских перевозок по воздуху с помощью тихих и малогабаритных летательных аппаратов, которые будут перемещать между площадками «Uber Skyport» на крышах небоскребов, а вызвать транспорт и пройти на площадку можно будет с помощью приложения на мобильном телефоне.
В 2017 году компания собрала участников, индустрии занимающихся разработками «аэротакси» на первую конференцию по городским воздушным перевозкам. Эти события стали ключевыми для отрасли и стало ясно, что аэротакси – это не мечта, а конкретный план.
Самостоятельно разрабатывать и производить летательные аппараты компания Uber не планировала. Вместо этого она объявила тендер на их разработку и поставку и уже в 2019 году на самой большой в мире ежегодной выставке потребительской электроники (CES) проходящей в Лас-Вегасе свой полномасштабный концепт для Uber представила американская компания «Bell Helicopter».
Название транспортное средство получило «Bell Nexus», имеющее гибридную конструкцию с поворотными винтами разработанная французской компанией Safran Helicopter Engines (Рисунок 13).
Рисунок 13 – Презентация аэротакси
Для работы аппарата используется два вида источника энергии: бортовые аккумуляторы и газовая турбина. Гибридная, а не чисто электрическая система движения была выбрана для того, чтобы увеличить грузоподъемность и запас хода аэротакси. Получаемая тяга, равномерно распределяется между шестью моторами, приводящими в движение винты, которые обеспечивают вертикальный взлет и посадку, скорость и контроль баланса в полете. Стоит отметить, что возможность вертикального набора высоты станет жизненно необходимым условием в ограниченном городском пространстве.
По своим размерам «Bell Nexus» вписывается в размеры вертолетной площадки размерами 11х11 метров. Планируется, что пятиместное аэротакси будет летать на расстояние до 240 километров, преодолевая его за один час. Полный взлетный вес машины может составить около 2720 кг, с грузоподъемностью - от 360 до 450 килограмм.
Строительство.
Строительная сфера активно применяет новые технологии и инструменты. Беспилотные летательный аппараты не стали исключением, а наоборот стали одним из высокоэффективным коммерческим инструментом, который при мониторинге не нарушает технологические процессы на площадке, управляется дистанционно и способен менять точки обзора, обеспечивает легкий доступ к сложным и высоким структурным элементам, труднодоступным местам. Результаты традиционных наземных наблюдений по многим параметрам уступают данным аэрофотосъемки, полученным с беспилотника: скорость получения, точность, стоимость.
Данные аэрофотосъемки с БПЛА способны предоставлять, картографическую информацию и снимки, которые могут быть использованы для:
- межевания (определение границ) земельных участков;
- инспектирования строений;
- предоставления визуальных материалов для клиентов и сотрудников (фото и видеороликов);
- мониторинга качества выполняемых работ на строительной площадке;
- контроля безопасности;
- картографирования.
При новом подходе данные, относящиеся к аэрофотосъемке с БПЛА из разных мест и облаков точек, могут быть проанализированы и использованы для построения трехмерной модели при помощи методов фотограмметрии. Эта технология позволяет в определенной степени, как бы «оживлять» строительную площадку, значительно расширяя возможности принятия решений «на ходу». Полученная трехмерная модель (рис 14) используется для предоставления информации о процессе строительства, помогает следить за количеством материалов, поступающего и покидающего строительную площадку, проводить объемные измерения.
Рисунок 14 – Построение 3D-модели здания дроном.
Сельское хозяйство
Процесс управления большим фермерским хозяйством всегда считался непростым видом деятельности. Имея в своем распоряжении необъятные поля, фермеры зачастую просто физически не имеют возможности отследить все изменения, которые происходят с их сельхозугодиями.
Актуальность проблемы контроля за сельскохозяйственными посадками в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Такие дефекты при посеве, как:
- проплешины;
- гибель урожая после засухи или затопления;
- запыление;
- отсутствие своевременного орошения и удобрения и другие факторы, требуют оперативного контроля.
Площади посевных полей не всегда позволяют это сделать оперативно. Большинство оценок, производимых в таких случаях, делаются наземным путем при помощи выезда на поля экспертной группы, что не является максимально эффективно.
В первую очередь беспилотники используют компании, которые применяют точное земледелия, оно позволяет более эффективно распоряжаться ресурсами, в частности водой и удобрениями, получать актуальную и точную информацию о площади, рельефе, специфика грунта полей, состояние растений и почв, что в свою очередь повышает продуктивность в животноводстве и урожайность на полях. Прошли те времена, когда для аэрофотосъемки достаточно было просто поднять фотоаппарат в воздух. Современные задачи диктуют достаточно жесткие требования как к качеству получаемого фотоматериала, так и к скорости его обработки.
Существующие модели БПЛА, используемых в сельском хозяйстве, представляют собой не просто летательные аппараты, а целый комплекс аппаратных и программных средств, как для обеспечения планирования и контроля полетов, так и для последующей постобработки данных. В первом случае это позволяет оператору составить автономное, полетное задания для более высокой точности получаемых данных, где указывается область, которую необходимо покрыть в процессе аэрофотосъемки и ряд других телеметрических данных.
Во втором случае, где результатом аэрофотосъемки являются снимки высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS координатам и для каждого снимка получается набор цифровой информации:
- географические координаты центральной точки снимка (может достигать нескольких сантиметров — при использовании геодезического GNSS-приемника;
- высота снимка;
- угол экспонирования;
- телеметрические данные для переноса и использования в общепринятых ГИС системах.
Полученные данные с БПЛА предоставляют возможность:
- создания электронных карт полей;
- инвентаризации сельхозугодий;
- оценить объем работ и контролировать их выполнение;
- вести оперативный мониторинг состояния посевов (БПЛА позволяет быстро и эффективно строить карты по всходам);
- определить индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный вегетационный индекс);
- оценить всхожести сельскохозяйственных культур;
- прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;
- вести экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.
В конце 2015 года китайская компания DJI представила сельскохозяйственный беспилотник. Октокоптер «Agras MG-1» (Рис 15) предназначен для обработки выращиваемых культур пестицидами и удобрениями. На складывающихся лучах беспилотника смонтирована система трубок и разбрызгивающих форсунок, а под корпусом находится емкость вместимостью десять литров
Рисунок 15 - Октокоптер «Agras MG-1»
Электроэнергетика
С появлением беспилотников на рынке экономики, один из ее важнейших сегментов не остался от внедрения в него беспилотных технологий, электроэнергетика. Несмотря на всю свою прочность и надежность, объектам энергетической инфраструктуры необходимо постоянное внимание и обслуживание. Их эффективная эксплуатация напрямую зависит от актуальности и полноты информации о состоянии электростанций, линий электропередач (ЛЭП) и теплотрасс. Использование традиционных наземных методов обследования инженерных сетей, на сегодняшний день, уже не самый дешевый и эффективный способ сбора такой информации.
Применение БПЛА дает бесспорное преимущество в:
- Оперативности. Вести обследование инфраструктуры со скоростью в десятки км/ч, или наоборот в режиме зависании над определенным объектом.
- Качестве. В итоге аэрофотосъемки получают материалы высокого разрешения с их геопривязкой.
- Объективности контроля. Постоянное наличие документов, фото и видеоматериалов.
- Безопасности обследования. Снижение вероятности несчастных случае использованием беспилотников.
- Экономике. Снижение стоимости производственных работ. Достаточно двух операторов, которые при необходимости могут обследовать до 200 км ЛЭП в день, что существенно дешевле мониторинга с борта пилотируемого воздушного судна.
Приведенный ряд преимуществ на предприятиях электроэнергетической отрасли дает возможность эффективно и объективно давать оценку технического состояния инфраструктуры.
Ниже приведены основные направления применения БПЛА в электроэнергетике.
Дистанционный мониторинг линий электропередач с БПЛА значительно повышает скорость осмотра по сравнению с наземным обходом опор ЛЭП, особенно если линия расположена в труднодоступных районах. Полеты происходят на безопасном расстоянии от опор и кабелей, не требую отключения напряжения. По результатам съемки составляется отчет о состоянии элементов опор, обнаруженных битых изоляторах, повреждениях столбов и узлов крепления, оценивается состояние проводов и изоляции.
На снимках инфракрасного спектра можно обнаружить область градиента температур (участок перегрева), ранее не видимый человеческому глазу, и оперативно ликвидировать нарушение (Рисунок 16).
Рисунок 16 – Снимки инфракрасного спектра
Ранее тепловизионная съемка ЛЭП выполнялась либо с борта вертолета, либо наземными бригадами эксплуатационных служб. Использование БПЛА для ИК-съемки несравнимо дешевле пилотируемой авиации и позволяет получить гораздо более детальную и точную информацию чем съемка с земли. Тепловизионная съемка каждой опоры ЛЭП производится при помощи БПЛА мультироторного типа. Видеозапись тепловизионной съемки дополняется фотографиями и видео в видимом спектре, что позволяет лучше идентифицировать объект контроля (дефектные секции фарфоровых изоляторов, контакты закрытых и открытых распределительных устройств).
Программный мониторинг и электронная карта ЛЭП
По результатам аэрофотосъемки с БПЛА цифровые изображения с помощью специального фотограмметрического программного обеспечения обрабатываются в автоматическом режиме (сшивка отдельных снимков) и создается высокоточный ортофотоплан местности. Он используется для оперативного мониторинга и дополнения (замены) имеющейся картографической основы и позволяет выполнять сопоставление фактического местонахождения объектов с кадастровым планом (инвентаризация объектов и выявления нарушений границ охранной зоны).
На основе полученного ортофотоплана и цифровой модели местности создается электронная карта ЛЭП (рис 17), в которой отражены координаты и высоты опор ЛЭП, информация о текущем состоянии опор и обнаруженных дефектах.
Рисунок 17 - Создание электронной карты ЛЭП
Электронная карта может быть перенесена в геоинформационную систему (ГИС). Эта основа используется при последующем проектировании новых маршрутов ЛЭП, реконструкции и строительстве объектов, определения наиболее пригодных подъездных путей.После построения цифровой модели местности с помощью специального программного обеспечения определяется пространственное положение проводов с точностью 10-15 см и создается 3D модель ЛЭП, которую можно просмотреть в ГИС и выполнить необходимые измерения.
Определение пространственного положения проводов по материалам аэрофотосъемки в геоинформационной системе (Рис 18).
Рисунок 18 – Ортофотоплан
После соответствующей обработки данных, появляется возможность получить необходимую информацию о фактическом состоянии ЛЭП:
- геодезические координаты всех опор линии электропередачи;
- расстояние между опорами;
- высоту каждой опоры над уровнем моря (в метрах);
- недокрученные гайки на болтах траверсы и оттяжки;
- повреждение провода, грозотроса (расплетение, обрыв проволок) и т.п.
общую длину ЛЭП;
- площадь территории вдоль ЛЭП, покрытую лесной растительностью;
- наиболее пригодные для подъезда (подхода) к ЛЭП пути и дороги;
- количество деревьев и их диаметр, объем деловой древесины для каждого пролета и для всей ЛЭП;
- максимальную высоту дикорастущих растений под проводом, высоту основного лесного массива;
- расстояние от провода до земли в любом месте пролета;
- минимальные расстояния от нижних фазных проводов до земли;
- расстояние между крайними проводами;
- число и расположение деревьев, угрожающих падением на провода ЛЭП.
Нефтегазовый сектор.
Точкой отсчета использования беспилотников в нефтегазовом секторе многие эксперты называют 2006 год, когда Федеральное управление гражданской авиации США выдало компании BP разрешение на использование дронов при работе на нефтяных месторождениях Аляски. За ней последовали Shell, которая начала применять беспилотники для мониторинга оборудования газового терминала в Бактоне (Великобритания), и ExxonMobil, возложившая на беспилотные технологии задачу по проверке резервуаров нефтеперерабатывающего завода в Фоули на юге Англии.
Нефтегазовая отрасль – отдельная сфера гражданского применения беспилотников и российская отрасль не исключение. Как и во многих других видах деятельности, в нефтяной промышленности беспилотные технологии стали незаменимы инструментом для решений широкого спектра задач (рис 19).
Рисунок 19 - Сфера применения беспилотников в нефтяной отрасли
Беспилотники позволяют оперативно собирать необходимые сведения, проникая в труднодоступные места, куда неспособны попасть классическая техника или человек, и ощутимо снижают расходы в деятельности нефтегазовых предприятий на мероприятия по мониторингу безопасного и продуктивного функционирования объектов, повышают продуктивность надзорных работ.
Среди основных преимуществ:
- Эффективность работы БПЛА. Получение информации из труднодоступных мест. Оборудованные дроны камерами ИК-спектра (тепловизионными) выполняют качественные снимки в условиях плохой видимости. Полеты осуществляются автономно и регулируются дистанционно.
- Повышение безопасности выполняемых работ. Регулярный контроль за состоянием инфраструктуры и оборудованием нефтяных систем предотвращает и снижает риски возможных аварий.
- Финансовая выгода. Приобретение и эксплуатация БПЛА обходится в десятки раз дешевле использования пилотируемой техники.
Свои широкие возможности БПЛА оправдывает на всех этапах ведения нефтегазовых работ.
Предварительная геологическая разведка местности. Добыча нефти начинается с геологоразведки, а беспилотники применяются как эффективные инструменты сбора топографических данных. Оборудованные высококачественной фото- и видеотехникой аппараты на этом этапе позволяют сократить время проведения первичной геологоразведки и получить полную и качественную информацию об обследуемом участке с составлением ортофотопланов, 3D-моделей местности и для дальнейшей обработки и интеграции данных GIS/CAD. Скорость работ увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с пешей съемкой.
Контроль за деятельностью строительных и ремонтных работ. Эффективность мониторинга повышает аэрофотосъемка на всех этапах капитального строительства. Съемочные комплексы позволяют создавать и поддерживать в актуальном состоянии базу данных объектов и территорий. Подобный информационной ресурс позволить контролировать такие параметры, как статус и качество строительно-монтажных работ, соблюдение техники безопасности и экологических норм. Осуществлять последующую обработку данных в специальном фотограмметрическом программнм обеспечении и создавать цифровые модели местности, ортофотопланы и 3D модели с высокой точностью.
Обследования нефтяной инфраструктуры. Использование беспилотников на предприятиях нефтегазового сектора позволяет контролировать объектов добычи, хранения, переработки и транспортировки нефти газа, определять их текущее состояние и своевременно предотвращать различного рода неисправности.
Аппараты делают управление элементами нефтепереработки более результативными. Преимущества БПЛА позволяют своевременно выявлять неисправности даже на самых удалённых и труднодоступных объектах, следить за поломками и утечками, поэтому главным образом речь идет о проверке состояния нефтетрубопроводов и обеспечению их безопасности (рис 20).
Рисунок 20 - Съемка с БПЛА нефтяной инфраструктуры
Проведение дистанционного контроля трубопровода с помощью БПЛА и последующим анализом аэрофотоснимков в видимом и инфракрасном спектре позволяет решать ряд основных задач в этом направлении:
- оперативно обнаружить места и объемы подземных и наземных утечек углеводородов;
- выявлять теплопотери и нарушения технического состояния объекта: разрывов, трещин, коррозийных зон и дефекты гидро- и теплоизоляции трубопроводов; Рис(21)
- выявлять несанкционированный отбора нефти из трубопроводных магистралей;
- проводить анализ участков перехода трубопровода через водные преграды, автодорожные и железнодорожные переходы;
- проводить контроль экологического состояния природной среды вдоль трассы магистрального трубопровода.
Рисунок 21 - Съемка трубопроводов с БПЛА в видимом и инфракрасном спектре.
Решение данных задач дает возможность оперативно давать оценку технического состояния трубопроводов и избегать длительных простоев, крупных поломок и минимизировать риски нанесения вреда для экологии.
Возможность быстро реагировать в условиях внештатных ситуациях дается благодаря функции передачи изображения с борта в реальном времени на монитор пункта управления, можно в кратчайшие сроки получать критически необходимую информацию:
- определить район аварий или ЧС;
- изучить транспортную доступность к объекту и сориентировать работу ремонтных бригад;
- произвести обнаружение посторонних и выявлять несанкционированные работы в охранной зоне трубопровода.
Экологический мониторинг
Деятельность человека оказывает ощутимое воздействие на окружающую среду. Для обеспечения экологической безопасности необходим своевременный контроль её состояния. В условиях обширных и труднодоступных территорий, а также в сложных климатических условиях, важно иметь источник объективной и подробной информации о состоянии природной среды, а применение беспилотных летательных аппаратов становится эффективным способом контролировать состояние окружающей среды.
В отличие от самолетов или спутников, весомым преимуществом БПЛА является близость к исследуемому объекту и возможность взаимодействовать с окружающим пространством.
Беспилотники, используемые в экологических целях, принято называть «эко-дронами». От обычных они ничем не отличаются, приставка призвана подчеркнуть их сугубо мирное научное назначение.
Последние находят все большее применение во многих направлениях экосистемы.
Специалисты предпринимают новые попытки использовать БПЛА для борьбы с браконьерами. Во многих странах мира ведут активные разработки беспилотников способных максимально оперативно и информативно пресекать незаконную деятельность. Одни из прекрасных примеров защиты видов животных, находящихся под угрозой исчезновения, является Африканский континент.
Беспилотники объединили с системой искусственного интеллекта для обнаружения браконьеров и идентификации слонов и носорогов. Разработанное компанией «Neurala» программное обеспечение предназначено для анализа потокового видео с дронов и идентификации животных, транспортных средств и браконьеров в реальном времени без вмешательства человека.
Программное обеспечение способно анализировать изображение в видимом и инфракрасном спектрах, поэтому съемка производится и днем, и ночью (Рис 22).
Рисунок 22 - Идентификация слонов с БПЛА в ночное время суток.
Это потрясающий пример того, как технологии искусственного интеллекта могут стать серьезным инструментом в борьбе за сохранение исчезающих видов животных. Беспилотниками на уже выполнено более 5000 тысяч успешных миссий в Южной Африке, Малави и Зимбабве. В некоторых районах использование БПЛА позволило сократить число преступлений на 96%.
Проблема загрязнения воздуха – одна из главных во многих мегаполисах и городах с большой промышленностью. С развитием технологий метод контроля загрязнения воздуха с беспилотных летательных аппаратов стал эффективней, чем контроль при помощи передвижных эко-лабораторий, так как БПЛА может дать полную картину происходящего в любой точке трехмерного пространства.
Китайские исследователи используют дроны для мониторинга воздуха над электростанциями, очистительными заводами, фабрик и цехов, работающих нелегально или нарушающих ограничения по выбросу вредных веществ. Беспилотники вооружены камерами с высоким разрешением и специальной платформой датчиков способными проводить исследования газов на предмет предельно допустимой концентрации отравляющих веществ.
В рамках проекта NASA ATTREX американский стратегический разведывательный дрон Global Hawk (Рис 23) задействовали для измерения влажности, концентрации озона и ряда других параметров стратосферы для выявления глобальных изменений в земной атмосфере, так и для локального контроля состояния воздуха по примеру китайских экологических проектов.
Рисунок 23 - Global Hawk для эко-мониторинга.
Беспилотные технологий быстро и точно проводят инвентаризацию лесных массивов. Специальные модули в программном обеспечение под данным с БПЛА позволяют автоматически находить вырубки, оценить высоту деревьев и запас древесины (поштучно). Детальные снимки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах дают возможность обнаружить участки иссушения или переувлажнения лесов, влияние вредителей и болезней.
Анализ полученных данных с БПЛА в программном обеспечении помогает правильно оценить лесные запасы, выделить труднодоступные и непродуктивные насаждения, автоматически находить вырубки, оценивать высоту деревьев. Детальные снимки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах дают возможность обнаружить участки иссушения или переувлажнения лесов, влияние вредителей и болезней.
Также ИК-съемка помогает определять породный состав и выявлять очаги распространения вредителей или болезней. Данные в видимом диапазоне обеспечат своевременный контроль видов рубок, площадей вырубок, размещения лесовозных дорог, волоков и погрузочных площадок в соответствии с технологической картой разработки лесосеки.
Как считают многие ученые, таяние ледников, - один из главных индикаторов глобальной трансформации окружающей среды, поэтому необходимы эффективные инструменты для контроля и мониторинга этого процесса.
Так как применение дронов и программного обеспечения по обработки их данных нашли своего успешное применение во многих отраслях, этот экологический процесс приковавший внимание тысячи ученых по всему миру не остался без внедрения этих новейших технологий.
С помощью беспилотных летательных аппаратов проводится подробная аэрофотосъемка ледников затем на основании полученных материалов создаются детальные карты и трехмерные модели ледников. Ранее специалисты измеряли планово-высотное положение языков ледников геодезическими приборами и отмечали границы исчезающего льда реперными камнями.
Полученные трехмерные модели отражают микронеровности рельефа языка ледника с их точной геопривязкой. Сравнение таких данных, полученных в разные годы, позволит выявить динамику изменения объемов ледникового покрова.
Безопасность
Уровень безопасности сотрудников правоохранительных органов во многих странах существенно возрос с применением на службе беспилотников.
За рубежом (в США, Франции, Великобритании, Японии, Китае, других странах), а сейчас и в России, создаются специальные подразделения, работающие с дронами .
Эффективное использование дронов особенно целесообразно в следующих случаях:
- анализ дорожно-транспортных происшествий. Снимки с камеры беспилотника фиксируют все детали аварий, срочность вызова медицинских служб, пути проезда к месту происшествия; мониторинг толпы. Крупные мероприятия, концерты, спортивные состязания, парады обычно сопровождаются наличием огромного количества людей.
- Дроны дают возможность оценить угрозу, регулировать проход толпы по путям, не допускающим давки, увидеть посторонние предметы;
- Оснащение БПЛА тепловизионными камерами для ночной съемки, а снятые ими изображения пропускаются через систему распознавания лиц для идентификации преступников; (Рис 24)
Рисунок 24 - Окружающий мир полон потенциальных угроз. Поиск человека поисковыми отрядами при помощи БПЛА (треки пролета БПЛА отмечены желтым цветом)
Дроны активно внедряются и уже активно применяются на практике в службах ликвидации ЧС. Ценность их использования заключается прежде всего в экономии времени и ресурсов. При минимальных затратах аппарат покрывает большую площадь обследуемой территории. В случае чрезвычайной ситуации счет идет на минуты, если не на секунды. Так что особенно важно - своевременное получение актуальных данных о происшествии.
Эффективное использование дронов целесообразно классифицировать следующие группы:
- Обнаружение чрезвычайной ситуации и координация действий. Чтобы транслировать изображение, координировать работу наземных спасательных групп и следить за ситуации постоянной смены направления огня, провести обследование территории пожара, оконтурить территорию задымления на борту БПЛА устанавливается видеокамера.
- Задачи по воздушной разведке. При задачах воздушной разведки на борт БПЛА могут устанавливать тепловизор, газоанализатор и дозиметр. Тепловизор помогает обнаружить «горячие» точки, в том числе, когда визуально различить их не представляется возможным, людей в ночное время суток, в задымленной местности и под кронами деревьев, так же осуществлять поисково-спасательные операции в труднодоступных, высокогорных участках. Газоанализатор способен проанализировать состояние воздуха, наличие в нем вредных веществ и их концентрацию, чтобы определить зону максимального поражения. (Рис 25)
Рисунок 25 - Обнаружение «горячих» точек на торфянике с тепловизионной камеры (изображения предоставлены Добровольными лесными пожарными)
Дозиметры помогают определить уровень радиации от аварий в зонах радиоактивного, химического и биологического заражения, так же проверить безопасность конкретных строений без риска для жизни и здоровья сотрудников спасательных служб.
Кинематограф
Дроны в настоящее время используются уже в огромном количестве областей и кинематограф - одна из них. Воздушная съемка в кинематографе была популярна и раньше, но стоила огромных денег. Кадры общего плана с высоты птичьего полета в фильмах, снятых с 70-х до начала 2000-х, снимались с вертолетов, но сегодня с быстроразвивающимися беспилотными технологиями почти все наиболее яркие сцены в фильмах от погонь до взрывающихся высотных зданий снимаются с помощью беспилотников.
Использование беспилотников в киноиндустрии, это перспективная технология, открывающая новые возможности. Начать можно с того, что дроны, в отличие от вертолетов, способны летать на более низкой высоте и в то же время выше, чем громоздкие съемочные краны, а небольшой размер и высокая маневренность позволяет им вести запись с таких ракурсов, которые невозможны для любой другой техники. И самое главное безопасность, дроны безопасней вертолетов, ведь в случае чрезвычайной ситуации, разобьется только беспилотник, а если потерпит катастрофу вертолет, – а такое происходило не раз, то речь будет идти о человеческой жизни.
AERIGON IAH 3 (Рис 26) был первым в мире серийным БПЛА с 6-ю двигателями (гексакоптер), предназначенным для профессионального использования в кино.
Рисунок 26 - Система AERIGON IAH 3 с джойстиком для управления карданным подвесом.
Разработан для работы с тяжелыми камерами и объективами. Система, практически как и все профессиональные дроны, используемые при съемках сцен в кино, требует двух операторов. Первый пилотирует дрон, второй управляет камерой, закрепленной на подвесе. Freefly ALTA 8 Freefly Systems (Рис 27) - американская компания, разрабатывающая беспилотные летательные аппараты для воздушной кинематографии, системы перемещения и стабилизаторы камер, используемые в кинематографии. Freefly ALTA 8 - один из самых популярных профессиональных октокоптеров в США и Европе, используемый для съемок кино и одна из немногих систем, адаптированная под киносъемочное оборудование ARRI и RED, оснащенная электронным стабилизатором камеры MoVi PRO. Управляется полетным контроллером SYNAPSE.
Рисунок 27 - Freefly ALTA 8
Размещение камеры на Freefly ALTA 8 (Рис 28)
Технические характеристики данной системы:
- дальность полета около 1,5 километров
- складывающаяся рама из углепластика
- возможность установки камеры сверху и снизу
- максимальная полезная нагрузка 9,1 кг
- взлетная масса дрона 19 кг
- максимальная скорость полета 75 км/ч
 |
 |
Рисунок 28 - Работа Freefly ALTA 8 в условиях снега и дождя.
DJI – известная китайская компания-производитель любительских, профессиональных и промышленных мультикоптеров, микроконтроллеров и оборудования для стабилизации видеосъёмки – также не обошла вниманием сферу киноиндустрии.
6-роторная тяжелая платформа DJI Matrice 600 управляется полетным контроллером A3, получающим данные от трех GPS-приемников и трех IMU-сенсоров (инерциальная система), что позволяет обеспечивать координацию движения с точностью до сантиметра. Имеет складной тип шасси, что свойственно почти всем профессиональным киносъемочным дронам. Для передачи данных используется собственный протокол Light Bridge 2, способный передавать цифровое видео в разрешении FullHD по воздуху на расстояние около 5 километров. Грузоподъемность устройства достигает 6 кг с максимальной скоростью полета 18 км/ч.
Вместе с премьерой этого гексакоптера был представлен совместимый с DJI Matrice 600 (Рис 29) стабилизационный подвес DJI Ronin-MX (Рис 30).
 |
 |
Рисунок 29 - Гексакоптер DJI Matrice 600
Рисунок 30 - Стабилизационный подвес «DJI Ronin-MX»
Появление трехосевых гиростабилизированных подвесов радикально изменило мир кино и теперь съемочная площадка уже не представляется без них. В подвесе используется программное обеспечение Smoothtrack, которое позволяет оператору настраивать чувствительность кардана в различных режимах съемки и совершать плавные движения в любой конфигурации. Подвес также совместим с технологией Lightbridge 2.0.
|
Московский зональный центр ЕС ОрВД |
(495) 436-75-58 |
Диаграмма популярных квадрокоптеров в РФ
В данной диаграмме представлены самые популярныее бренды на российском рынке по дронам (диаграмма 1) .
В качестве игрушечного дрона на рынке лидируют компании Syma,WLToys и другие. Отечественные производители на данный момент в данной категории рынка отсутствует. Смотря на диаграмму квадрокоптеры DJI самые востребованные на рынке в России так как имеют большой функцеонал за относительно небольшой ценник. DJI является больше профессиональным дроном чем игрушкой.
Вывод
Реализация открывающихся возможностей требует больших финансовых ресурсов, рационального их использования, определения нужных направлений развития и конкретных проектов. Этому и должна отвечать «Национальная стратегия социально-экономического развития российского Дальнего Востока» на обозримую перспективу [7].
Слушатели должны полной мере быть компетентными и изучить историю создания дронов в целом, их преимущества в главных отраслях жизни. Таким образом, они смогут эти преимущества использовать в боевых, экономических, гражданских целях. Слушатель должен знать сильные и слабые стороны, и что стоит улучшить в создании более новых моделей. Помимо этого, нужно рассматривать их роль на рынке, стоимость и доступность в приобретении. Должна быть информация о компаниях, которые сейчас имеют больше преимуществ в создании данного оборудования, почему и чем отличаются друг от друга.
Список использованной литературы:
1. Программа профессионального обучения по профессии 25331 Оператор наземных средств управления беспилотным летательным аппаратом. КГА НОУ «Краевой Центр Образования», Хабаровск, 2023, 22 с.
2. ГОСТ Р 57258-2016 утвержден Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2016 г. N 1674 URL: https://docs.cntd.ru/document/1200141433
3. https://vc.ru/rushagency/45094-poiskovoe-issledovanie-rynka-kvadrokopterov
4. https://www.mi.com/global/drone/specs/
5. https://www.geoscan.aero/ru/products/geoscan201/geo
7. Заусаев В. К. Научные основы национальной стратегии социально-экономического развития российского Дальнего Востока / В. К. Заусаев, Е. Н. Галичанин ; Дальневост. нар. акад. наук. — Хабаровск : Медиа-Мост, 2024. — 40 с. : ил., портр., табл. — Библиогр.: с. 38 (13 назв.)