Гость из будущего: дрон завтрашнего дня

Дроны ворвались в нашу жизнь стремительно. Технологии, которые еще недавно были доступны лишь военным, стали широко применяться в гражданской сфере. Сейчас при помощи беспилотных авиационных систем (далее – ​БАС) следят за лесами и полями, проводят спасательные операции и борются с преступностью.

Дроны бывают разные

Основная классификация беспилотных авиационных систем основана на принципе возникновения подъемной силы. Исходя из этого дроны делятся на три вида: с неподвижным крылом (самолетного типа), с вращающимся крылом (вертолетного и мультироторного типов) и гибридные (представляют собой совмещение первых двух видов).

Беспилотные авиационные системы самолетного типа называются fixed-wing UAV («БАС с неподвижным крылом»). Подъемная сила у них создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Устройства такого типа – ​птицы высокого полета: они высоко поднимаются и, как правило, способны долго и быстро летать без подзарядки. Однако им нужны условия для взлета и посадки – ​взлетно-посадочная полоса.

Geoscan lite: БАС самолетного типа, geoscan.aero

Беспилотные авиационные системы с вращающимся крылом могут вертикально взлетать и садиться: их можно применять в любых условиях. Они просты в управлении, могут зависать над нужной точкой, но их время полета довольно ограничено. Основное назначение таких дронов – ​фото- и видео­съемка, поэтому они обычно оснащены управляемыми подвесами для камер. Подобные аппараты, называемые мультикоптерами, часто применяют для оперативного мониторинга ситуации, проведения сельскохозяйственных работ (например, опрыскивания растений) и для доставки легких грузов.

Yuneec H520E: БАС с вращающимся крылом, drones.org

Гибридные беспилотные авиационные системы совмещают преимущества двух предыдущих типов, но имеют высокие требования к бортовым системам. Такие БАС зачастую дороже и сложнее «простых» дронов, но незаменимы, когда речь идет о полетах с небольшой площадки (например, с палубы судна). Правда, при этом от них требуются скорость и дальность «самолетного» дрона. Гибриды пригодятся для работы в сложных условиях, где нет взлетно-посадочной полосы. Например, для метеорологических исследований и мониторинга погоды в арктических широтах.

Supercam SX350: гибридный беспилотник, zala-aero.com

Лидеры рынка

Эксперты говорят, что из-за постепенного удешевления компонентной базы беспилотников и выхода на рынок многочисленных новых производителей средняя стоимость дронов будет снижаться. Согласно расчетам, по всем сегментам снижение составит от 7 до 27 %, что должно изменить структуру рынка дронов.

Ведущие мировые производители гражданских БАС – ​это компании DJI (КНР), SenseFly/Parrot SA (Франция), Yuneec (Китай) и 3D Robotics (США). Причем DJI – ​явный лидер: на ее долю приходится 72 % мирового рынка продаж дронов по всем ценовым категориям. Если же говорить о странах, то в число основных лидеров входят США и Китай. Россия сейчас находится на этапе развитии данной отрасли благодаря высокому потенциалу российского рынка БАС. Ведущие российские производители коптеров на сегодняшний день – ​это ZALA AeroGroup, ООО «Коптер Экспресс Технологии», ООО «Беспилотные системы», «Истринский Экспериментальный Механический Завод», ООО «Аэрокон», ООО «Специальный технологический центр» и ООО «Геоскан».

Вызовы и возможности

Сложности применения дронов разные: как технические, так и программные. Главная техническая особенность связана с продолжительностью полета. В этом направлении создают разные решения, например, разрабатывают новые типы моторов, аккумуляторных батарей и способов их зарядки, думают над новыми аэродинамическими схемами. Изучают и варианты автономного выполнения полетных заданий – ​для этого есть разные методы навигации и позиционирования дрона в пространстве, например при помощи GPS. Внедряются так называемые SLAM-системы, которые используют для построения карт неизвестной местности и для обновления уже собранных данных. Применяют в БПЛА и искусственный интеллект (ИИ) на базе нейронных сетей, который может корректно сформировать полетное задание и отследить состояние беспилотной системы на протяжении всего маршрута. В данном случае ИИ необходим для обработки информации, поступающей с датчиков и систем машинного зрения. Подобные методы навигации используют для того, чтобы избежать столкновения с препятствиями и построить подробную карту местности для дальнейшей навигации по заданному маршруту. Это делается при помощи различных датчиков на базе сонаров, лазерных дальномеров и стереокамер.

Мнение эксперта

Часто приходится слышать, что дроны вытеснят пилотируемые самолеты, а профессия летчика попросту исчезнет. Так ли это? С просьбой прокомментировать ситуацию мы обратились к инженеру кафедры системного анализа и логистики Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) Антону Костину:

«На данный момент ответить на этот вопрос сложно. Вычислительные мощности ЭВМ постепенно растут, появляются новые методы автономной навигации дронов, внедряется искусственный интеллект, уже сейчас есть беспилотный автомобильный транспорт, существуют беспилотные курьеры, которые доставляют самые разные посылки. Но есть проблемы, связанные не только с технической и программной частью, но и с тем, как правильно разграничивать большое число дронов в воздухе.

А еще есть нюансы, связанные с рисками при использовании полностью автономных решений: непонятно, кто будет нести ответственность, если произойдет аварийная ситуация с дроном, который выполнял полетную миссию полностью в автономном режиме. Со временем оптимальные решения, конечно, найдутся, и беспилотные авиационные системы будут использовать для самых разных целей, но в какой степени они будут автономны – ​пока предсказать сложно».

Антон Костин. Фото: пресс-служба ГУАП

Развитие интеллектуального транспорта требует применения новых методов управления и сбора данных. Это как раз одна из задач, которая решается сегодня в лаборатории беспилотных авиационных систем и на кафедре системного анализа и логистики ГУАП. Благодаря этому появилась возможность применять дроны для построения динамических моделей транспортных систем и процессов в мегаполисах.

«Например, один из проектов связан с анализом загруженности транспортно-пересадочных узлов, – ​продолжает Антон Костин. – ​Решение состоит в использовании дронов для анализа видеоизображений c транспорт­но-пересадочных узлов. На основе полученных данных можно сформировать вывод о загруженности пассажиропотока по отдельным частям маршрута или в целом по его длине, по загруженности остановок, исследовать характер формирования пиковых режимов. Можно оценить и эффективность размещения остановок. Решение на основе беспилотных авиационных систем имеет смысл использовать как отдельно от транспортных средств, так и конструктивно совмещать с ними, собирая информацию на каждой остановке».

В лаборатории беспилотных авиационных систем. Фото: пресс-служба ГУАП

Помимо этого, в лаборатории прорабатывают решения, связанные с автоматизацией процессов на складе. Так, оператор квадрокоптера отправляет команду на проверку определенных зон внутри склада и следит за ходом инвентаризации, но не управляет дроном напрямую. Машина должна выполнить полет по заданной траектории самостоятельно, а еще найти метки для идентификации груза. Эта информация вместе с координатами отправляется в систему управления дроном, где оператор видит найденные и распознанные грузы в конкретных координатах, после чего данные уходят на складской сервер.

Сегодня можно с полной уверенностью говорить, что возможности дронов будут непрерывно расти, и мы станем свидетелями еще не одной мини-революции в этой сфере. Радует при этом, что цена на беспилотный «масс-маркет» будет снижаться, что поспособствует еще более широкому применению коптеров в самых разных целях.