Написать нам

Поле необходимо заполнить!
Поле необходимо заполнить!
Не пройдена проверка от автоматических сообщений
Необходимо согласие на обработку персональных данных

Создание беспилотных наблюдательных комплексов или воздушная акробатика

Тема дронов развивается как никогда раньше -- начиная от детских игрушек до систем, несущих на своем борту ракеты. Практически каждая отрасль либо уже примеряла на себя дроны, либо примеряет, либо, по крайней мере, задумывается об их применении для решения своих задач и проблем.

Человек всегда стремился к полету, со времен Икара постоянно идут попытки создания каких-либо летательных аппаратов. Однако попытка Икара была обречена на неудачу, как мне кажется, по двум причинам. Во-первых, он не последовал инструкции и превысил расчетную высоту полета, а во-вторых, его летная система была сделана из несовершенных материалов -- перьев и воска. Современные дроны делают из легких композитных материалов -- борьба идет за каждый грамм.

Сегодняшние "икары" поделились на два типа: те, которые сами хотят взлететь и попасть в небо, и те, которые предпочитают отправить в небо летающего робота вместо себя. Вот об "икарах" второго типа сегодня и пойдет речь.

Создание беспилотных наблюдательных комплексов или воздушная акробатика.jpg

Рис. 1. Детская игрушка. Дрон с видеокамерой и поворотной системой



Достижения прогресса

Намного безопаснее отправить в воздух робота и управлять им, нежели самому на летающей машине отправиться в полет. Это, пожалуй, одно из ключевых преимуществ дронов, ведь до сих пор вопрос безопасности полетов на летательных аппаратах так и не решен. Человек был создан для того, чтобы ходить по земле, и не имеет никаких возможностей самостоятельно летать, в отличие, например, от птиц. Людям присуще желание усовершенствовать себя и свои навыки, и желание уметь летать -- не исключение. На данную тему -- тему создания совершенства -- мне вспомнился старый инженерно-армейский анекдот про инженеров и генерала.

"Инженеры пригласили генерала к себе в лабораторию, чтобы рассказать о новом транспортном средстве, которое они разработали. Докладывая генералу и показывая чертежи, инженеры рассказывают: "Мы разработали такой аппарат, который может летать, ездить и плавать. Теперь вы, товарищ генерал, получите колоссальное преимущество в тактике при ведении боевых действий". Генерал прищурил один глаз и спросил у инженеров: "Вы, товарищи инженеры, согласны, что природа создает совершенные механизмы?" "Да", -- ответили инженеры. "Так вот, мне в природе известно только одно животное, которое умеет летать, ходить, плавать в воде и под водой -- это утка. Утка отлично летает, хорошо плавает и неплохо ныряет, но посмотрите, как она ходит!"

Создание беспилотных наблюдательных комплексов или воздушная акробатика.jpg

Рис. 2. Неиссякаемое желание летать.
От Икара у древних греков до
Супермена в настоящее время

Создание совершенного механизма относится к разряду утопии, однако попытки его создания ведут к постоянному прогрессу. Развитие электроники и прогресс в электродвигателях позволили сделать небольшие мощные двигатели и миниатюрные гироскопы, легкие композитные материалы обеспечивают минимальный вес летной конструкции дронов. В плане развития технологий самая большая проблема -- это миниатюризация источников энергии, которой нужно относительно немало, а вот запасать ее приходится в довольно тяжелых, как правило, литий-полимерных аккумуляторах. Думаю, следующий качественный скачок в технологическом развитии цивилизации будет обусловлен именно возможностью получать много энергии из небольшого объема материала.

Наибольшее количество дронов создается в виде так называемых квадрокоптеров, они и наиболее интересны. Данные устройства с четырьмя горизонтально расположенными пропеллерами и несущей полезную нагрузку центральной частью. Такие аппараты вызывают целый бум в беспилотной индустрии. Они относительно просты в изготовлении, и для них нужна относительно несложная авионика.

Актуальность наблюдения с воздуха

Начав уже более 10 лет назад заниматься тепловизорами, естественно, я не мог обойти стороной тему наблюдения с воздуха. Наблюдение с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) действительно способно решить немало задач, которые до сих не было возможности решить другими способами. Например, один из проектов, над которыми я работаю, -- наблюдение за карьером. Карьер -- это объект, который постоянно меняется, на нем постоянно происходят какие-либо работы и движение, отсутствуют ограждения и какие-либо инженерные сооружения для препятствия проникновения.

Актуальность наблюдения с воздуха.jpg

Рис. 3. Карьер - сложнейший для обеспечения безопасности объект
 и поле деятельности для наблюдательного дрона

Это просто огромные пространства, достигающие порой масштабов размера города. Плюс ко всему непосредственно на объекте отсутствуют электричество и коммуникации. Обеспечение наблюдения за подобным объектом вполне под силу беспилотным летательным аппаратам, оснащенным системами дневного и ночного наблюдения. Дрон, летящий над объектом, подобен ястребу, курсирующему над землей в поиске добычи. Такая же задача -- облет территории и поиск добычи.

Инженерные нюансы

Помимо чисто технических проблем создания самих дронов непростая задача -- обеспечение наблюдения с дронов с передачей данных на землю. По сути, создание системы наблюдения на дроне -- чрезвычайно сложный, но увлекательный инженерный вопрос. Необходимо совместить летную систему, систему наблюдения и систему передачи данных в единый работоспособный комплекс.

Классическая компоновка круглосуточной системы наблюдения дрона -- комбинация видеокамеры и тепловизора. Камера работает в дневное время, а тепловизор -- как днем, так и ночью, ведь ему абсолютно не нужно освещение. Для обеспечения наблюдения с дрона необходима опорно-поворотная платформа и система стабилизации изображения. Во время полета из-за вращения двигателей и лопастей происходит постоянная вибрация, которая приводит к тремору и дрожанию изображения с камеры и тепловизора, что, конечно, мешает наблюдению или делает его практически невозможным. Одновременно с этим дрон может закладывать виражи, повороты и наклоны как самостоятельно, так и под воздействием воздушных потоков. Такие качания также серьезно сказываются на качестве получаемого изображения.

Инженерные нюансы.jpg

Рис. 4. Простейший дрон, оснащенный тепловизором и опорно-поворотным механизмом

Гироскопы для стабилизации изображения

Описанные проблемы стабилизации изображения решаются путем введения в состав опорно-поворотного устройства гироскопов с обратной связью на двигатели поворотного механизма. Гироскопы постоянно отслеживают нормальное положение поворотной системы и выдают компенсационные команды на доворот поворотного механизма в нужном направлении для удержания полей зрения камер в заданном положении.

Гироскопы для стабилизации изображения.jpg

Рис. 5. Гиростабилизированная платформа
с установленной видеокамерой (S130)

Законченные устройства наблюдения с гироскопами и оптическими сенсорами (камера, тепловизор, лазерный дальномер) для установки на дроны называются гиростабилизированными платформами (система S130), их часто называют подвесами или подвесками. В профессиональных кругах также можно услышать понятие "шарики". Подвески в большинстве случаев действительно изготавливают в виде шариков, внутрь которых помещены тепловизор с камерой. Шарообразная форма идеальна для перемещения в воздушном пространстве такой системы, так как она равномерно обдувается воздушным потоком и не имеет перекосов. Подобная равномерность нужна для повышения качества стабилизации, развесовки, уменьшения массогабаритных характеристик и, как результат, повышения качества выдаваемого стабильного изображения.

Технологическая начинка беспилотника

Я считаю, что на самом деле подвес является основным элементом в беспилотной системе наблюдения, так как именно он выдает изображение облетаемого объекта, ведь весь комплекс и создается ради того, чтобы получать изображение. Поэтому при создании беспилотных наблюдательных комплексов я рекомендую уделять особое внимание подвесу и его оптическим сенсорам. Изображение, выдаваемое самими сенсорами, стабилизация, качество и скорость отработки команд вращения и зуммирования -- все будет складываться в копилку получения или неполучения ожидаемого результата.

Современные подвесы оснащаются тепловизорами с VGA-разрешением с фиксированным объективом и FullHD-видеокамерами с 36--40-кратным зум-объективом. Более низкие параметры являются компромиссом в сторону уменьшения стоимости. Уровень стабилизации поворотной платформы для такого типа камер должнен находиться в диапазоне 100--200 микрорадиан. Стабилизация особенно важна на длинных фокусах -- узких углах обзора видеокамеры. Чем уже угол, тем важнее качество стабилизации, ведь на узких углах видны все нюансы и огрехи системы стабилизации. На узких углах работают при необходимости наблюдения на большие расстояния или при необходимости детально рассмотреть какой-либо объект.

Каналы связи с дроном

Связующим звеном между беспилотником и наземной системой управления и сбора информации является канал связи. Эта связующая нить обусловливает возможности управления беспилотником и подвесом, а также передачу видео с подвеса на землю.

Каналы связи с дроном.jpg

Рис. 6. Следящая система связи с дроном

В зависимости от типа беспилотника необходимая дальность связи может варьироваться от нескольких сотен метров до практически 100 км. Чем больше расстояние связи, тем более критичным становится канал связи. Наиболее простые каналы связи строятся на штыревых omni-антеннах. Данные антенны наиболее функциональны, так как они обладают круговой диаграммой направленности, которая дает возможность совершать полеты в любом направлении без потери зоны связи. Но такие антенны ограничены по дальности действия. Для дальнобойных каналов система связи представляет собой следящую систему с направленной антенной -- установленная на мачте, она постоянно следит за беспилотным аппаратом и самостоятельно направляется в то место, в котором находится аппарат. Такое решение позволяет использовать узконаправленные антенны, что, в свою очередь, обеспечивает большую дальность связи.

В заключение хочу отметить, что беспилотная тема настолько обширна и многообразна в своих применениях, что просто захватывает дух, когда думаешь, какие возможности она открывает и какие задачи может решать!

Подходящие продукты
DJI Mavic 2 Enterprise

Разработан специально для решения задач на современных предприятиях

Сравнить
DJI Phantom 4 RTK

Самый компактный и точный дрон DJI для создания карт, работающий на небольших высотах.

Сравнить
 DJI Matrice 300

- Полезная нагрузка до 2.7 кг
- Длительность полета до 8 ч
- Максимальная высота привязной работы 75 м
- Макс. скорость 82 км/ч
- Класс защиты IP45

Сравнить
Dji Phantom 4/4 PRO

- Полезная нагрузка - стандартная камера
- Длительность полета до 2,5 ч
- Максимальная высота в привязной работы 60 м
- Макс. скорость 72 км/ч
- Класс защиты отсутствует

Сравнить
Подвес KS VPZIR1352T

- Объектив 13мм + 52мм
- Разрешение 640*480
- Горизонтальное FOV 11.9~45.4°
- Сопровождение да
- Вес 775г

Сравнить
Подвес KS VPQ30TIR pro

- Камера  1/2.5" "Exmor R"
- Оптический зум 30х
- Разрешение 4.1МП
- Сопровождение да
- Тепловизор 1280×1024, 35мм
- Поле зрения 12.4°
- Дальномер нет
- Вес 1750г

Сравнить

Комментарии

Комментарии временно отсутствуют

Последние статьи

Будущее тепловизоров: как современные технологии меняют охранные системы
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Будущее тепловизоров: как современные технологии меняют охранные системы

Тепловизоры представляют собой важнейший элемент в современных охранных системах. Их применение кардинально меняет подходы к безопасности, позволяя эффективно реагировать на угрозы в условиях ограниченной видимости...

Технологии на службе промышленности: как KARNEEV SYSTEMS помогает предотвратить аварии и сбои
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Технологии на службе промышленности: как KARNEEV SYSTEMS помогает предотвратить аварии и сбои

Современные промышленные и технологические процессы часто происходят в экстремальных условиях, где стандартное оборудование не может эффективно выполнять свои функции.

Современные камерные модули для дронов: чем они отличаются и как выбрать подходящий
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Современные камерные модули для дронов: чем они отличаются и как выбрать подходящий

FPV-камеры для дрона передают оператору видеосигнал, с помощью которого он может видеть то, что «видит» устройство — на мониторе или в специальных очках. Современные курсовые камеры обеспечивают высокое качество картинки, а время задержки сигнала при передаче сведено к минимуму.

Как выбрать камерный модуль для системы видеонаблюдения
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Как выбрать камерный модуль для системы видеонаблюдения

Модульные (бескорпусные) видеокамеры начали повсеместно применяться в системах видеонаблюдения на жилых, коммерческих, промышленных, оборонных и других объектах. С их помощью можно организовать постоянный контроль происходящего, вести запись с высокой четкостью и детализацией изображения.

Дальномерные модули: принципы работы, где используются и как могут быть полезны
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Дальномерные модули: принципы работы, где используются и как могут быть полезны

Дальномерные модули – устройства, с помощью которых можно точно измерить расстояние от одного объекта до другого. Они работают с использованием лазерных, ультразвуковых и радиочастотных технологий, применяются в самых разных сферах — от строительства до беспилотного вождения.

Технологии для экстремальных условий: оборудование KARNEEV SYSTEMS в действии»
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Технологии для экстремальных условий: оборудование KARNEEV SYSTEMS в действии»

Современные промышленные и технологические процессы часто происходят в экстремальных условиях, где стандартное оборудование не может эффективно выполнять свои функции.

Тепловизионные модули для контроля производственных процессов: что нужно учитывать
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Тепловизионные модули для контроля производственных процессов: что нужно учитывать

Во время производственных процессов важно контролировать температуру среды и оборудования — это помогает отслеживать эффективность и безопасность производства.

Морские тепловизоры для защиты акваторий и пограничного контроля
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Морские тепловизоры для защиты акваторий и пограничного контроля

Морские тепловизоры широко применяются в системах безопасности для защиты акваторий от постороннего вторжения, при охране водных границ.

Поворотные устройства для систем видеонаблюдения: когда они необходимы и как выбрать
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Поворотные устройства для систем видеонаблюдения: когда они необходимы и как выбрать

Установка поворотной камеры видеонаблюдения позволяет повысить эффективность контроля территории без дополнительных затрат. Благодаря увеличенной площади обзора одно устройство может заменить сразу несколько камер: снижается нагрузка на оператора, нужно меньше расходов на покупку оборудования.

Охлаждаемые тепловизоры vs. неохлаждаемые: в чем разница?
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Охлаждаемые тепловизоры vs. неохлаждаемые: в чем разница?

Тепловизор – прибор, улавливающий тепловое излучение. Он ведет наблюдение за распределением тепла на поверхности.