Использование беспилотных летательных аппаратов с целью обнаружения пожаров, чрезвычайных происшествий, в поиске людей в труднодоступных местах довольно частое явление. Однако ограничение заряда, времени полета дронов — одна из главных проблем, которая мешает более эффективному внедрению и применению этой технологии. В МАИ придумали решение, основанное на использовании нескольких дронов и зарядных станций. О том, как это работает, в чем уникальность и эффективность комплекса, поговорили с соавтором проекта Ольгой Ярославцевой.
— Ольга, расскажите немного о себе.
Я студентка 4 курса МАИ. Также являюсь техником Центра беспилотных летательных аппаратов. Интересуюсь компьютерным моделированием, программированием и проектированием летательных аппаратов. Помимо проекта комплекса наблюдений за пожарами лесных массивов, участвовала в разработке проекта программы для оценки эффективности теплозащитных покрытий в зависимости от толщины.
— Как родилась идея беспилотного комплекса для обнаружения пожаров в лесах?
Однажды я наткнулась на документальный фильм о пауках-скакунах, где детально рассказывалось о принципе их передвижения. И это подсказало мне решение проблемы, связанной с ограниченным временем полета современных коптеров. Так появился «Аракоптер» и зарядные автономные станции.
— В чем уникальность разработки? В чем отличие от существующих решений?
Нынешние беспилотники с функцией мониторинга, выполняющие свои задачи в автоматическом режиме, имеют проблему, которая не позволяет создать полностью автономную систему. Это — проблема подзарядки аккумулятора. Как правило, все беспилотники вынуждены возвращаться в изначальную точку для смены разряженного аккумулятора на заряженный либо для подзарядки. Это сокращает дальность мониторинга и, соответственно, эффективность беспилотной системы.
Также многие дроны для наблюдений, хоть и имеют складную конструкцию, однако все так же громоздки при транспортировке и, как правило, не имеют возможности быстрого ремонта в полевых условиях. Так как, по статистике, возгорания могут возникать в абсолютно разных регионах, у которых может быть абсолютно разный климат и, соответственно, погодные условия, то ограничения по температуре эксплуатации у дрона для мониторинга возгораний должны быть меньше, чем обычно.
В разработанной системе мы решаем проблему подзарядки, транспортировки, ремонта в полевых условиях и стандартных ограничений по температуре эксплуатации, а также учитываем ландшафтные особенности той или иной местности.
— Что представляют собой автономные станции (башни) для зарядки?
Зарядная станция в данном комплексе работает на возобновляемых источниках энергии, полностью автономна, устойчива к любым погодным условиям и оснащена функциями подогрева для поддержания оптимальной работы техники внутри станции и предотвращения обледенения и накопления снега на крышке люка.
Станция имеет металлический каркас с платформой на высоте 13 метров и лестницей для доступа к ней. Два метра от платформы до конца башни обшиты теплозащитными стенками с нагревательным матом внутри и солнечными панелями, установленными под оптимальным углом в 43 градуса для любого времени года, снаружи. Завершает эту конструкцию автоматический люк с электроприводом, предназначенный для защиты станции от различных осадков, сухих листьев и насекомых. На стенку башни также вынесены термодатчики, благодаря которым через промышленную панель управления поддерживается оптимальная температура для работы техники внутри станции и предупреждается обледенение и накопление снега снаружи, а также размещаются антенны приемника и передатчика радио сигнала. В метре от металлической конструкции установлен ветрогенератор, а оборудование к нему, как и у солнечной электростанции, расположено внутри закрытой части башни.
Основой станции является посадочная площадка с четырьмя контактно-магнитными платформами для подзарядки и устройство «умной» зарядки для автоматического выбора оптимальной подачи тока на необходимый аккумулятор.
— Разработка ведется с нуля или используются готовые решения?
Да, все верно, с нуля.
— Каков принцип работы? Как будет происходить обнаружение и оповещение?
Дрон летает от станции к станции, расположенных на расстоянии 15 километров друг от друга, и сканирует территорию на предмет возгораний и задымлений с помощью тепловизионных камер и датчика дыма. При обнаружении источника или области возгорания координаты его фиксации по радиоканалам отправляются на ближайшую к беспилотнику станцию, от которой сигнал поступает в региональную диспетчерскую службу лесного хозяйства или пункт МЧС.
Перед посадкой, выходя на глиссаду, коптер отправляет сигнал станции о приземлении. Получая сигнал, ранее закрытый люк открывается на 180 градусов, открывая доступ к посадочной площадке. Дрон, поворачивая обе тепловизионные камеры так, чтобы объективы смотрели вертикально вниз, улавливает излучение ИК-излучателя и ориентируется на него при посадке. С помощью магнитных контактов в ногах дрона, он точно стыкуется с маленькими платформами с магнитными разъемами на посадочной площадке станции.
— Каково оснащение дрона?
«Аракоптер», как и любой другой коптер, состоит из:
- основной конструкции — рамы, лучей;
- бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО);
- аккумуляторной батареи (АКБ);
- полезной нагрузки, в роли которой выступают тепловизионные камеры;
- для ориентации в пространстве установлены лидары, GPS датчики, а также приемники и передатчики радиосигнала, датчика дыма.
Кроме того, «Аракоптер» оснащен трехслойным теплозащитным корпусом для поддержания оптимальной работы оборудования внутри него при любых температурах. Также в корпусе есть отверстия с магнитами для его фиксации во время полета.
— Планируете ли внедрять ИИ? Какую роль он будет играть в системе?
Планируем. Он будет необходим для регистрации и предотвращения нештатных ситуаций в процессе полета. Также можно будет разнообразить задачи дрона и помимо регистрации возгораний в лесах обнаруживать различных животных, распознавать их вид и фиксировать ареал их обитания. Или использовать эту систему для поиска пропавших людей.
— На каком этапе разработка?
На данный момент полностью готова детализированная 3D-модель как дрона, так и станции. В планах немного доработать конструкцию и сделать физическую модель.
— Просчитывали ли эффективность данной системы?
Эта система довольно эффективна в сравнении c уже существующими беспилотными. Так как она исключает человеческий фактор. Дрон не нуждается в пилоте и подзарядке, станция сама себя питает от возобновляемых источников энергии. Система разработана для густых и труднопроходимых лесов Сибири, однако может использовать и для заповедников, парков, садовых товариществ — то есть система довольно универсальна.
— Почему она заинтересует потенциального клиента? И кто ваш потенциальный клиент?
Спутники — штука эффективная, однако их использование дорогое и они не могут обеспечить нужного разрешения для определения возгорания на самом начальном этапе. К тому же все еще присутствует человеческий фактор. Наш же комплекс универсален, эффективен и не зависит от оператора, погодных условий и так далее.
Потенциальными клиентами могут быть Рослесхоз, МЧС, группы компаний «Авиационные беспилотные системы», ФБУ «Авиалесоохрана».
— Как планируете развивать проект?
Для начала — усовершенствовать техническую составляющую нынешней конструкции, поэкспериментировать с разными итерациями сборок, попробовать воплотить смоделированный проект в реальный прототип и может быть разработать что-нибудь еще.