Если мы упоминаем в наши дни беспилотники, то чаще всего в военном контексте. И это сразу отвращает от темы многих инженеров - любое военное применение это всегда контроль со стороны государства, секретность, контрразведка и минимум возможностей для бизнеса. Тем более в нас живёт надежда, что конец войны не за горами. Но военное применение БПЛА - это только небольшая, возможно, самая малая и самая скучная с инженерной точки зрения сфера применения беспилотных летательных аппаратов. Поэтому давайте поговорим о мирном применение этих машин.
Памятуя о том, что сани надо готовить летом, давайте начнём готовиться к мирному времени уже сейчас и поговорим о мирных профессиях БПЛА, тем более, что их множество, а это делает беспилотники интересными с точки зрения бизнеса. В каких сферах человеческой деятельности можно применять эти устройства, которые мы привыкли воспринимать или как игрушки или как оружие?
Земледелие
Это, возможно, самое перспективное направление, как это ни покажется странным, особенно, если говорить о точном земледелии. Не знаете, что это такое - "точное земледелие"? Это целая концепция, которая объединяет современные, в первую очередь цифровые методы контроля и управления сельскохозяйственным предприятием - крупным, главным образом, потому что мелкому предприятию на данном этапе развития технологий будет слишком затратно внедрять искуственный интеллект, мобильные приложения, цифровые методы контроля на каждом участке производства и т.д. А вот большой агрохолдинг - это для точного земледелия - это самое оно.
Где в системе точного земледелия место для беспилотников? Главным образом контроль. Состояние пастбищ, оценка потенциальной плодородности земель, ход полевых работ, особенно в случае применение беспилотных комбайнов, а это нынче в России массовое явление. Кстати, если мы упомянули роботизированные комбайны (которые сами по себе тоже беспилотники), то сразу вспомним и о следующей сфере применения...
Специфические требования
Особо специфических требований в данном случае (в отличии от следующих пунктов) не будет, по крайней мере их трудно назвать до начала практической эксплуатации: наш беспилотник должен уметь облетать маршрут, выполнять заданные действия и возвращаться с добытой информации, которую будут оценивать люди.Пожалуй, это задача наиболее подходящая для беспилотников общего назначения, выпускаемых уже сейчас.
Горные работы
В наши дни слово "умный" можно смело приделать к любому другому и окажется, что это направление технологий уже существует и активно разрабатывается. Вот, например - "умный карьер", оказывается, вполне себе живое направление технологического развития. Беспилотники применяются там в двух своих ипостасях - как транспортное средство, то есть в качестве беспилотных самосвалов, так и в качестве летающих машин, которые помогают вести контроль за горными работами, отслеживают передвижения самосвалов и ведут картографирование карьера - мы же понимаем, что его ландшафт в ходе работ меняется и для того, чтобы прокладывать новые оптимальные маршруты, за этими изменениями надо следить.
Специфические требования
А вот тут у нас появляются некоторые требования, характерные для той среды, в которой работает беспилотник: карьер, каким бы он ни был - это всегда пыль. А как бы высоко ни летал наш аппарат - эта пыль будет на него влиять и этот факт необходимо учитывать при проектировании аппарата, и, отметим, что какой бы простой и тривиальной не казалась эта задача, она в реальности весьма непроста а для БПЛА промышленного назначения она так и вообще принципиальна.
Лесное и речное хозяйство
Самое очевидное применение беспилотников в данной сфере - это контроль за пожарной обстановкой и это действительно важная проблема: вовремя выявить только начавшееся возгорание несравненно легче, чем потушить огонь на огромной площади. Но есть и другие применения, может быть не столь очевидные - это выявление браконьеров и незаконных вырубок. Кстати, что касается охоты на криминальных охотников, то тут может пригодиться технология, когда-то активно развивавшаяся, а теперь несколько забытая - аудиоконтроль. Выстрел в лесу хорошо слышен, его невозможно спутать с другими звуками, а если у вас над лесным массивом одновременно висит несколько беспилотникотников вы просто по отметкам времени, когда этот звук был зафиксирован, достаточно чётко вычисляете район, в котором этот звук раздался и дальше отправляете туда своих летающих помощников - фотографировать виновников инцидента. Речные браконьеры так обычно не шумят (на самом деле шумят - лодочные моторы слышно хорошо и издалека, но само по себе передвижение по реке - ещё не правонарушение), зато и зона контроля ограничивается руслом реки и ближайшими окрестностями, которые осмотреть с воздуха - отличная работа для БПЛА.
Специфические требования
Контролировать лесные массивы и речные русла - это не полетать вокруг своего двора, это длинные маршруты, а значит - нужно рассчитывать беспилотники на длительную работу. Для таких целей самолётная схема подходит лучше, чем коптерная. Впрочем, в любом случае, встанет вопрос об эффективных аккамуляторах и рациональном использовании заряда. К тому же будет здорово, если наш БПЛА сможет использовать восходящие потоки воздуха для экономии энергии бортовой системы, а это весьма нетривиальная задача. Да и вообще, этот беспилотник не будет глупым - недостаточно просто облететь маршрут, ему надо будет среагировать на появление тех или иных объектов - возгораний, браконьеров, нелегальных рубщиков и собрать дополнительную информацию об объекте, чтобы передать её в центр управления. Да, и надо учитывать, что далеко не на всём протяжении маршрута у беспилотника будет устойчивая связь с ЦУП - часть времени ему придётся работать без внешнего управления и уметь передавать накопленные данные как только он вошёл в зону связи с пунктом управления.
Муниципальное хозяйство
Контроль выполненных в городе работ, наблюдение за состоянием инфраструктуры - дорог, мостов, трубопроводов, линий электропередач, внешним состоянием зданий, зелёных насаждений, экологический мониторинг - да мало ли за чем в городском хозяйстве нужен глаз да глаз! Так отдадим эти задачи беспилотникам - пусть они контролируют нужные нам точки, собирают фотографии а уже специалисты скачают материалы контроля с устройства и оценят - где у них порядок, а где нужны срочные действия.
Специфические требования
Работа в городе - это работа в среде с большим количеством препятствий: это вам не над лесом или рекой кружить. Город - это здания, провода, трубопроводы и т.д. Составить карту таких препятствий и прописать один раз заданные маршруты практически невозможно: препятствия будут меняться, как и задач - сегодня вы контролируете вывоз мусора и стрижку газонов, через месяц - ремонт школ и дорог, через полгода - подготовку теплотрасс и украшение города к празднику. Так что беспилотник, предназначенный для такого типа работ должен уметь самостоятельно справляться с препятствиями, сам прокладывать маршруты, которые заданы ему только в виде точек интереса на карте и сам выбирать правильные углы съемок, опираясь на тип контролируемого объекта. "На борту" систему, которая будет справляться с такими задачами не разместить, так что придётся выстраивать систему обмена данными с центральным вычислительным узлом, а чтобы не городить собственную сеть связи, надо будет подумать как использовать уже существующие каналы связи, например, мобильной, для обмена данными между беспилотником и его "коллективным мозгом".
Контроль чрезвычайных ситуаций
Пожары, наводнения, техногенные аварии, крушение транспортных средств - работа специалистов различного профиля в зоне подобных событий требует в первую очередь точного понимания - а какое, собственно, событие у нас тут произошло, каковы его масштабы, как развивается ситуация и с какими угрозами нам предстоит работать. Надо ли говорить о том, насколько существенную помощь в этом случае может оказать беспилотник.
Специфические требования
БПЛА общего назначения тут малопригодны - для того, чтобы получить данные о развитии пожара или сделать анализ в зоне разлива опасных веществ требуются особые свойства летательного аппарата, среди которых в первую очередь надо упомянуть устойчивость к внешним факторам поражения: способность выдерживать высокие температуры, сохранять устойчивость при контакте с агрессивными химическими веществами, умение работать в условиях повышенной радиации (вспомним, что роботы использовались в ликидации последствий Чернобыльской аварии) и т.д. Есть над чем подумать инженеру.
Общие направления развития
Каждое из упомянутых управлений требует решения своих специфических задач
- некоторые мы из них упомянули, но есть технологии, которые важны в любой из упомянутх сфер деятельности. Мы бы сказали, что решение этих проблем раскрывает новые перспективы в развитии БПЛА в целом:
- обработка визуальной информации - задача, требующая больших вычислительных мощностей и она встаёт практически перед всеми современными беспилотными системами, поскольку визуальный канал получения данных из окружающей среды самый информативный и самый важный;
- движение в среде с препятствиями - и это не только город с его сложной организацией пространства, это ещё и строительные площадки, горные массивы,
- роевые технологии - один дрон хорошо, но группа дронов -- гораздо лучше. Многие функции гораздо эффективнее выполнять группой, ведя работу одновременно с нескольких точек, но дроны в "стае" - это не просто много дронов в одном объёме, нужно решить множество проблем, касающихся именно групповой работы. Очень интересное и перспективное направление!
- передача данных - роевые технологии так вообще без этого не заработают, да и автономный дрон требует передачи данных центру, так что эта проблема актуальности не потеряет уже в силу того, что радиообмен - операция энергозатратная, чем меньше радиобмена - тем больше срок работы аккумулятора;
- повышение эксплуатационных свойств: эффективные двигатели и аккамуляторы, средства передачи радиосигнала, средства позиционирования, средства управления, алгоритмы распознавания данных различного типа - настоящему инженеру всегда есть что улучшить в беспилотнике!
Что ещё почитать по теме?
В последние годы (и не только в связи с СВО) в нашей стране написаны тысячи научных работ о применении БПЛА в экономике и бизнесе, но конкретно по тем темам, которые мы затронули в этой статье, советуем обратить внимание на следующие работы:
- ТЕХНОЛОГИИ, ТЕХНИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КООРДИНАТНОГО (ТОЧНОГО) ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Балабанов В.И., Федоренко В.Ф., Гольтяпин В.Я., Железова С.В., Куликов В.Ю., Петрушин А.Ф., Прокофьев Н.А., Таркивский В.Е., Трубицын Н.В., Худяков А.В.
- ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БПЛА ДЛЯ УЧЕТА, ОЦЕНКИ И МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Дорогина Е.П., Конушина Е.Ю.
- ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЧВ Савин И.Ю., Вернюк Ю.И., Фараслис И.
- Концепция управления беспилотными транспортными средствами в условиях открытых горных работ Чичерин И. В.1, Федосенков Б. А.1, Сыркин
- БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ В СИСТЕМЕ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИИ Скуднева О.В.
- ЗАДАЧА ФОРМИРОВАНИЯ СТРОЯ В ГРУППЕ БПЛА Дьяченко А.А.
- СИНТЕЗ АЛГОРИТМА ИЕРАРХИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ БЛА Харьков В.П., Меркулов В.И.
- МЕТОДЫ РОЕВОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППАМИ МАЛОРАЗМЕРНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Иванов Д.Я.
- МОДЕЛЬ ЦИКЛИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ ПОЖАРОВ ЗАТЯЖНОГО ХАРАКТЕРА Баканов М.О., Тараканов Д.В., Кузнецов А.В., Столяров А.В.
- АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТИ СВЯЗИ ГРУППИРОВКИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Бородин В.В., Петраков А.М., Шевцов В.А.
- ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ РАЗВЕДКЕ ТРУДНОДОСТУПНЫХ И МАСШТАБНЫХ ЗОН ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ Янников И.М., Фомин П.М., Габричидзе Т.Г., Захаров А.В.
- ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Наркевич М.Ю., Логунова О.С., Корниенко В.Д., Калитаев А.Н., Суровцов М.М., Луганская Д.А., Чернышева А.С.
- МОНИТОРИНГ И ОХРАНА ЛЕСОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Кретов Л.Т., Иванников Д.И., Кипа Л.В.
- ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ Зубарев Ю.Н., Фомин Д.С., Чащин А.Н., Заболотнова М.В.
- МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПУТИ В СРЕДЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ (ОБЗОР) Лю В.
- АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АВТОНОМНОЙ ГРУППОЙ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Амелин К.С., Антал Е.И., Васильев В.И., Граничина Н.О.