Использование полезной нагрузки БПЛА для мониторинга заторов на МКАД

Актуальность работы. Наряду с традиционными методами аэрофотосъемки все более востребованной становится съемка с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Особенно этот процесс проявился в последние годы – на фоне экспоненциального роста популярности сверхлегких БПЛА самолетного (общепринятое название этих БПЛА за рубежом — дроны) и вертолетного типов (в особенности квадро- и гексокоптеров). У этой тенденции есть свои положительные и отрицательные стороны.

---

Многим нужна магистерская диссертация стоимость её выполнения можно узнать на сайте Work5.

---

. Положительная динамика заключается в том, что общество глубже задумалось о роли БПЛА в получении пространственных данных, и это дало ощутимый толчок развитию отрасли в целом. Отрицательная сторона выражается в несовершенстве текущего законодательства в отношении БПЛА во многих странах и острой необходимости контроля полетной деятельности в связи с общим увеличением численности действующих устройств и опасностью столкновений в зоне действия гражданской авиации. В этом направлении уже ведутся работы по созданию систем автоматического зависимого наблюдения для беспилотных летательных аппаратов. В настоящее время наиболее распространены БПЛА самолетного и вертолетного типов. Каждый из них решает свой круг задач: БПЛА самолетного типа применяются преимущественно для создания ортофотопланов территорий, цифровых моделей местности, мониторинга протяженных объектов. Основные преимущества: высокая крейсерская скорость, значительная дальность полета и автономность. БПЛА вертолетного типа (вертолеты, квадрои гексакоптеры) применяются в основном для перспективной съемки, мониторинга небольших территорий или обследования сложных конструкций (например опор моста, в том числе и под дорожным полотном) и лидарной съемки (лазерного сканирования). Основные преимущества: малые размеры, взлет и запуск с любых площадок, возможность зависания над объектом обследования, увеличенная полезная нагрузка. Для запуска большинства видов БПЛА не требуются аэродромы или специально подготовленные площадки. Аппараты можно оснастить совершенной съемочной и стабилизирующей аппаратурой, а также разнообразными сенсорами для мониторинга окружающей среды. Для проведения оперативной аэрофотосъемки более предпочтительны БПЛА сверхлегкого и легкого классов, несмотря на ограничения в полезной нагрузке, что несколько сужает выбор устанавливаемой съемочной аппаратуры. Кроме того, эти аппараты сильно подвержены влиянию погодных условий (для БПЛА весом до 2 кг накладываются ограничения применения по скорости ветра до 10 м/с). Аэрофотосъемка с БПЛА при установке соответствующего съемочного оборудования позволяет получать цифровые снимки сверхвысокого пространственного разрешения до нескольких сантиметров (2–4 см) в различных спектральных диапазонах. Цель работы – исследовать использование полезной нагрузки БПЛА для мониторинга заторов на МКАД. Задачи: - рассмотреть основные понятия БПЛА; - описать полезную нагрузку БПЛА; - описать БПЛА Matrice 600 (M600); - представить модернизацию БПЛА с целью мониторинга заторов на МКАД. Объект исследования – Matrice 600 (M600). Предмет исследования – использование полезной нагрузки БПЛА. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Структура работы состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы.

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрены основные понятия БПЛА; описана полезная нагрузка БПЛА; описан БПЛА Matrice 600 (M600); представлена модернизация БПЛА с целью мониторинга заторов на МКАД. Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) не имеет экипажа на борту и использует аэродинамический принцип создания подъемной силы с помощью фиксированного или вращающегося крыла самолетного или вертолетного типа. Механизм оснащен двигателем и обладает полезной нагрузкой и продолжительностью полета, достаточными для выполнения специальных задач. В зависимости от поставленных целей эти устройства оснащаются мультиспектральными камерами, высокая четкость изображения которых позволяет точно определять проблемные участки поля. Кроме того, машины могут снабжаться разнообразными датчиками, малогабаритными бортовыми компьютерами и оборудованием для внесения агрохимикатов. В определении координат и скорости современных БПЛА, как правило, задействованы навигационные приемники систем GPS или ГЛОНАСС, а углы ориентации и перегрузки в них определяются с применением гироскопов и акселерометров. Большинство сверхлегких беспилотных летательных аппаратов оборудуются навигационной системой GPS/ГЛОНАСС, электрическими двигателями, их запуск осуществляется с катапульты или с руки, а посадка - с помощью парашюта, воздушной подушки или по-самолетному. В комплект поставки входит программное обеспечение для формирования полетного задания и дистанционного управления аппаратом. Аэрофотосъемка с БПЛА — значительно более наглядный и экономичный способ контроля по сравнению с наземным визуальным наблюдением и протоколированием. Современные аппараты способны выполнять значительный ряд задач, преодолевать большие расстояния и снимать большие по площади территории. Разнообразие существующего программного обеспечения для обработки результатов аэрофотосъемки с БПЛА позволяет получать готовые ортофотопланы и цифровые модели местности в автоматическом режиме уже через 1 ч после посадки аппарата. БПЛА используются не только для аэрофотосъемки, но и для выполнения других видов обследования местности и объектов. Для этих целей наиболее подходящими являются беспилотные вертолеты промышленного назначения. Увеличенная полезная нагрузка этого аппарата позволяет устанавливать на него оборудование для проведения воздушного лазерного сканирования и тепловизионной съемки. БПЛА оборудован системой автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем (САУ), бортовой системой диагностики состояния протяженных объектов (не показаны). САУ управляет датчиками, контролирующими полет БПЛА, датчиками бортовой системы диагностики состояния протяженных объектов и включает измерительные устройства, управляющую бортовую ЭВМ, программное обеспечение, органы управления режимами САУ. САУ имеет встроенную спутниковую навигационную систему, которая обеспечивает движение БПЛА по заданной траектории: сравнивая координаты заданной траектории БПЛА с координатами действительной траектории, полученными с навигационной системы ГЛОНАСС/GPS, САУ передает управляющие воздействия на аэродинамические поверхности БПЛА. САУ также передает параметры с датчиков БПЛА для формирования управляющих воздействий. Бортовая система диагностики состояния протяженных объектов состоит из управляющей ЭВМ, программного обеспечения для ЭВМ, математической модели штатного функционирования контролируемой системы, контролируемых датчиков, математических моделей поведения контролируемых датчиков. Бортовая система диагностики состояния протяженных объектов, система автоматического и дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем подключены к общей информационной шине. Связь всех датчиков БПЛА и наземной аппаратуры осуществляется по каналам управления и телеметрии. ПЛА (беспилотный летательный аппарат) является только частью БАК, состоящего из системы каналов данных, сенсоров и компонентов обеспечения. Воздушный аппарат сам по себе, возможно, является самым простым из элементов всего комплекса. Действительно, эта видимая простота уже ввела в заблуждение многих, кто думал, что «БПЛА – это радиоуправляемая модель самолета зеленого цвета с камерами», которая даст им легкий доступ на прибыльный оборонный рынок. БАК в настоящее время представляет собой широкий спектр аппаратуры, который включает оптико-электронные (ОЭ) сенсоры, например дневные камеры, инфракрасные камеры, тепловизионные камеры или радары. Сюда можно отнести даже радиостанции, действующие в качестве воздушных ретрансляторов. Это может быть оборудование сбора информации или РЭБ, например БПЛА EURO HAWK, несущий аппаратуру ELINT немецкой разработки. Это также могут быть научные инструменты, атмосферные датчики или лидар (лазерный локатор). Это даже может быть самый обычный груз. Действительно американские морская пехота и специальные войска испытывали беспилотные (или опционально пилотируемые) БПЛА с несущим винтом. DJI Matrice 600 PRO, отличающийся от базовой модели обновленным полетным контроллером повышенной надежности (A3 Pro вместо A3). Он имеет не один, а три модуля спутниковой навигации, что существенно повышает точность позиционирования мультикоптера. Воздушная устойчивость модели PRO улучшена за счет применения двух дополнительных блоков IMU, входящих в систему инерциальной навигации. Пропеллеры практически не нуждаются в уходе благодаря защите от пыли. Моторы активно охлаждаются прямо во время полета, что гарантирует надежную работу силовой установки в течение долгого времени. Платформа M600 Pro cовместима с серией камер и стабилизаторов DJI Zenmuse. Благодаря повышенной грузоподъемности в 6кг на платформу можно установить трехосевой стабилизатор DJI Ronin-MX и целый ряд камер: от моделей стандарта Микро 4:3 до профессиональной RED Epic. Новая летающая платформа DJI созданная для профессиональной аэрофотосъемки и промышленного применения. Она построена в тесной интеграции с множеством мощных технологий DJI, в том числе полетный контроллер А3 Pro, система Lightbridge 2, интеллектуальные аккумуляторы и аккумуляторные батареи системы управления, для обеспечения максимальной производительности и быстрой установки.  

1. Боев Н.М. Управление энергетической эффективностью совмещенных каналов передачи данных единой системы связи // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. Выпуск 1 (47) / гл. ред. д.т.н. Ковалев И.В. – Красноярск: СибГАУ, 2013. – С.11–15. 2. Василии Н.Я. Беспилотные летательные аппараты. Минск: ООО «Попурри», 2018. - 272 с. 3. Мосов С.П. Беспилотная разведывательная авиация стран мира: история создания, опыт боевого применения, современное состояние, перспективы развития. Монография. Киев: Изд. дом «Румб», 2018. - 160 с. 4. Небабин В.Г. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 2017. - 412 с. 5. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Часть 1. Основы радиолокации. М.: Воениздат, 2016. - 456 с. 6. Радиолокационная станция обнаружения целей 9С18М1. Техническое описание. Книга 1. Общие сведения. ЕФ 1.005.029 ТО, 2015. - 152 с. 7. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / Под ред. Л.Т. Тучкова. М.: Радио и связь, 2015. - 236 с. 8. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Радиотехника, 2017. - 510 с. 9. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. В.В. Дружинина. М., Воениздат, 2017. - 768 с. 10. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 2015. - 560 с. 11. Giauque A, Ortun B, Rodriguez B, et al. Numerical error analysis with application to transonic propeller aeroacoustics. Comput Fluids. - 2012. - №69. – Р.20-104.