Из чего состоит квадрокоптер? Устройство дрона: обзор для новичков

Из чего состоит квадрокоптер? Устройство дрона: обзор для новичков Конструкторы

2020: мчс рф закупает тяжелые дроны для спасения людей из горящих многоэтажек

В конце декабря 2021 года МЧС России объявило о закупке тяжелых дронов, предназначенных для спасения людей из горящих многоэтажек. Речь идет о беспилотных летательных аппаратах грузоподъёмностью 100-150 кг, рассказал журналистам первый замглавы ведомства Александр Чуприян. При этом он не назвал сроки внедрения технологии в работу спасателей.

Чууприян высказал мнение, что роботы пока не смогут заменить пожарных, однако они появятся в министерстве. К январю 2021 года сотрудники МЧС применяют беспилотники в качестве системы оповещения на воде, — они предупреждают граждан об опасности и ухудшении погоды.

Также в МЧС используют свыше 400 беспилотных авиационных систем самолетного и вертолетного типов, хоть и не для транспортировки людей. Так, в 2021 году дроны МЧС обследовали территорию площадью свыше 13,5 тыс. кв. км в процессе мониторинга пожаров, паводков и ледовой обстановки.

Как пишут «Известия» со ссылкой на Ассоциацию эксплуатантов и разработчиков беспилотных авиационных систем «Аэронекст», к январю 2021 года в России отсутствует законодательная база, разрешающая перевозить людей в качестве «груза» при помощи беспилотных воздушных средств (БВС), даже из зоны чрезвычайных ситуаций.

При это техническая возможность перевозки грузов и людей весом до 150 кг существует. Разработку пассажирских дронов ведут несколько компаний, а эвакуация при помощи таких БПЛА, о которой говорит МЧС, скорее всего, будет похожа на эвакуацию, говорит глава «Коптер Экспресс Технологий» Олег Панфиленок.

Я вижу вариант, когда у здания плоская крыша, куда дрон может прилететь и приземлиться. Желательно, чтобы прямо вертолетная площадка. Человек выходит на эту крышу и оттуда уже улетает на дроне. Допустим, в случае пожара на верхних этажах Москва-Сити, когда наверх еще можно подняться, а вниз уже нельзя, — отметил он. — Я вижу вариант, когда у здания плоская крыша, куда дрон может прилететь и приземлиться. Желательно, чтобы прямо вертолетная площадка. Человек выходит на эту крышу и оттуда уже улетает на дроне. Допустим, в случае пожара на верхних этажах Москва-Сити, когда наверх еще можно подняться, а вниз уже нельзя.[1]

Беспилотный транспорт и аэротакси¶

Весь XX век человечество пыталось воплотить в жизнь идею гибрида
автомобиля и самолёта, который позволил бы передвигаться и по воздуху, и
по улицам города, но только в последние десятилетия технологии достигли
необходимого уровня, чтобы действительно создать массовую модель
благодаря доступности композитных, конструкционных материалов, повышению
удельной мощности двигателей и достижению значительных успехов в области
системного, программного и аппаратного обеспечения.

История аэротакси, как массового вида транспорта началась в 2021 году,
когда компания Uber опубликовала план проекта Elevate, представляющий из
себя концепцию работы сервиса «латающих такси». Его основная цель —
создать систему пассажирских перевозок по воздуху с помощью тихих и
малогабаритных летательных аппаратов, которые будут перемещать между
площадками «Uber Skyport» на крышах небоскребов, а вызвать транспорт и
пройти на площадку можно будет с помощью приложения на мобильном
телефоне.

В 2021 году компания собрала участников, индустрии занимающихся
разработками «аэротакси» на первую конференцию по городским воздушным
перевозкам. Эти события стали ключевыми для отрасли и стало ясно, что
аэротакси – это не мечта, а конкретный план.

Самостоятельно разрабатывать и производить летательные аппараты компания
Uber не планировала. Вместо этого она объявила тендер на их разработку и
поставку и уже в 2021 году на самой большой в мире ежегодной выставке
потребительской электроники (CES)

Название транспортное средство получило «Bell Nexus», имеющее гибридную
конструкцию с поворотными винтами разработанная французской компанией
Safran Helicopter Engines. Для работы аппарата используется два вида
источника энергии: бортовые аккумуляторы и газовая турбина.

Гибридная, а
не чисто электрическая система движения была выбрана для того, чтобы
увеличить грузоподъемность и запас хода аэротакси. Получаемая тяга,
равномерно распределяется между шестью моторами (рисунок 17),
приводящими в движение винты, которые обеспечивают вертикальный взлет и
посадку, скорость и контроль баланса в полете.

По своим размерам «Bell Nexus» вписывается в размеры вертолетной
площадки размерами 11х11 метров. Планируется, что пятиместное аэротакси
будет летать на расстояние до 240 километров, преодолевая его за один
час. Полный взлетный вес машины может составить около 2720 кг, с
грузоподъемностью – от 360 до 450 килограмм.

Рисунок 16 – Концепт аэротакси «Bell Nexus» [9]

Рисунок 17 – «Bell Nexus» на взлетно-посадочной площадке небоскреба [10]

В 2020 году в Мельбурне появится тестовая линия беспилотных аэротакси
UberAIR, которая свяжет аэропорт и один из городских торговых центров.
Всего тесты пройдут в трёх городах, включая Лос-Анджелес и Даллас, а в
2023 году Uber планирует запустить коммерческие полёты.

Следующим разработчиком мультикоптерных аэротакси, так же инфраструктуры
для них является немецкая компания «Volocopter» ранее (E-volo),
производитель электрического воздушного транспорта для перевозки
пассажиров и грузов. Первая практическая реализация концепции
«Volocopter» была осуществлена, в октябре 2021 году, одноместным
прототипом VC1 (рисунок 18), который совершил первый в мире полностью
электрический пилотируемый полет.

Рисунок 18 – испытания мультикоптера «VC1» компании «Volocopter»

После получения финансирования от Федерального министерства экономики и
технологий Германии, середине 2021 года инженеры компании провели
успешную модернизацию своего уникального одноместного электрического
мультикоптера в двух местный «Volocopter VC200» c формой присущими
обычному вертолету (рисунок 19), и который позиционируют как новый вид
личного летающего транспорта, который в будущем может использоваться в
качестве городского «аэротакси».

Рисунок 19 – «Volocopter VC200» [11]

Двухместное аэротакси VC200 оснащено 18 отдельными электродвигателями
(роторами), достигает скорости в 50 км/ч и рассчитан на расстояние от 25
до 30 км. Питание роторы получают от литиевых аккумуляторных батарей,
заряд которых составляет около 30 минут.

«Volocopter» изготовлен из
легких композитных материалов и углеродного волокна. Пропеллеры
расположены тройками в каждом из шести блоков. Пустой мультикоптер весит
290 килограмм и может принимать на борт 160 килограмм, то есть
максимальный взлетный вес VC200 составляет 450 килограмм.

Официальное разрешение на тестовые полеты аэротакси «Volocopter VC200»
от авиационных властей Германии компания получила только в 2021 году.
Испытания коптера проходили на одном из немецких аэродромов, а его
первым пилотом стал один из основателей компании Александр Цозел
(рисунок 20).

Рисунок 20 – Первый тестовый полет «VC200» [11]

Во время тестовых полетов мультикоптер поднялся на высоту 25 м и
разогнался до 25 км/ч. Одним из преимуществ разработки был летный
механизм (рисунок 21), он спроектирован таким образом, что обеспечивает
стабильную работу даже когда часть привода выйдет из строя.

Рисунок 21 – Первый тестовый полет «VC200» [11]

Работу автоматики обеспечивает бортовой компьютер, обрабатывающий
команды с органов управления и способный без проблем обойтись даже при
аварийном отключении нескольких моторов.

На выставке общей авиации «AERO Friedrichshafen» в Германии в 2021 году,
компания представила новую серийную модель, пассажирского дрона
«Volocopter 2X» (рисунок 22), который был построен на основе прототипа
«Volocopter VC200».

Рисунок 22 – «Volocopter 2X» и «VC200» [12]

Конструкция кольцевой рамы «Volocopter 2X» перешла от своего
предшественника, 18 роторов, которые объединены для удобства управления
на шесть групп, по три ротора в каждой (рисунок 23). У обновленной
версии сохранилось несколько вариантов пилотирования: автономный полет
или пилотирование из кабины.

Рисунок 23 – Конструкция кольцевой рамы «Volocopter 2X» [11]

Максимальная воздушная скорость мультикоптера составляет порядка 100
км/ч, высота — 2,15 м, диаметр винтовой системы — 7,35 м, модель
оснащена 9 независимыми литиевыми батареями, заряда которого хватает на
30 минут (30 километров пути при крейсерской скорости в 70 км/ч), полное
время зарядки батарей менее двух часов, грузоподъемность сохранилась и
составляет 450 кг, так же сохранился полноразмерный парашют, для
обеспечения повышенной безопасности пассажиров.

В конце августе 2021 года компания представила финальную версия
коммерческого аэротакси «Volocity» (рисунок 24), который составит основу
перспективного сервиса аэротакси «Volocopter». Летательный аппарат
полностью соответствует требования Европейского агентства по авиационной
безопасности (EASA).

Рисунок 24 – Аэротакси «Volocity» [11]

Конструкция так же сохраняет конфигурацию мультикоптера, перешедшей от
модели «Volocopter 2X», но компания улучшила аэродинамику балок, в
которых установлены 18 роторов. Была увеличена подъемная сила и
усовершенствована устойчивость аппарата в полете.

Аэротакси сможет
выполнять полеты с максимальной скоростью до 110 км/ч на расстояние до
35 километров и сможет перевозить двух человек с ручной кладью. Варианты
пилотирования: автономный и под управление пилота из кабины. Volocity
будет эксплуатироваться со специальных наземных площадок «Voloports»,
разработка которых осуществляется совместно с британской компанией
«Skyports».

Другой известный проект, китайской компания «Beijing Yi-Hang Creation
Science & Technology Co» занимающейся разработкой беспилотных
летательных аппаратов, пассажирский дрон – «EHang 184» (рисунок 25),
который был представлен на выставке CES 2021 в Лас-Вегасе.

Рисунок 25 – Китайский проект аэротакси «EHang-184» [13]

Летательный аппарат выполнен по схеме квадрокоптера, имеет четыре луча,
четыре пары соосных винтов с восемью электромоторами — по два на каждом
луче. «EHang 184» может перевозить одного пассажира на скорости до 100
км/ч. Время полёта — до получаса, за которые можно преодолеть около 16
километров.

Принцип управления – автономный. Вес аппарата 200 кг с
грузоподъемностью в 100 килограмм. Управление аэротакси осуществляется
из единого центра в автоматическом режиме. Внутри кабины нет никаких
элементов управления — только сенсорный экран, где пассажир задаёт
конечный пункт прибытия и нажимает команду «старт».

2021 год был активным периодом летных испытаний аппарата, разработчики
проверяли основные летные системы мультикоптера, работу бортовых
электрических систем, маневренность, управляемость и возможность
выполнять ночные полеты [14].

Смотрите про коптеры:  Дрон который селфи

В феврале 2021 года компания представила новую модель коптера — «EHang
216». За основу была взята предыдущая модель беспилотника, но теперь у
него восемь лучей с 16 электромоторами и 16 пропеллерами вместо восьми
(рисунок 26).

Рисунок 26 – «EHang-216» [13]

Данное конструктивное решение позволило увеличить грузоподъемность
аппарата и сделать аэротакси двухместным. Беспилотник также способен
непрерывно находиться в воздухе до получаса и преодолевать расстояние в
35 километров, при этом полная зарядка дрона не занимает более двух
часов.

Аппарат способен подниматься на высоту 500 метров. Тип управления
– автономный, с единого центра. Дрон прошел многочисленные испытания в
Китае, Австрии и США более 1000 полетов, в том числе в условиях шторма и
плохой видимости и налетал порядка 7000 часов (2000 из них – при участии
пилотов).

Логистика¶

В ХХI веке появились огромные перспективы применения беспилотного
летающего аппарата для гражданских целей и многие страны мира активно
занимаются разработкой и совершенствованием беспилотного транспорта.

Безусловно одно из наиболее трендовых на сегодня использований
беспилотников – это в логистических целях, тем самым создавая новую
среду конкуренции автомобильным транспортным компаниям. Здесь
преобладают несколько основных направления: курьерское, для доставки
«последней мили», аэротакси для транспортировки людей, и
внутрипроизводственное, то есть складские дроны способные считывать
штрих-коды с упаковок и проводить технологичную инвентаризацию.

Одним из первых крупных разработчиков «курьерских» беспилотников стал
сервис доставки заказов «Prime Air» (рисунок 1) популярного
интернет-ритейлер Amazon, для того чтобы ускорить и удешевить доставку,
его тестовая работа была анонсирована в декабре 2021 года.

По расчетам
данный сервис позволяет доставлять товар весом не более 2.27 кг в
течении 30 минут, что в 4 раза быстрее действующего самого быстрого
способа доставки «Prime Now». Достижение такой скорости доставки
беспилотником происходит за счет устранения всех недостатков, которые
присущие наземному транспорту. Например, светофоры, пробки и т.д. С
логистической схемой «Prime Air» можно ознакомиться на рисунке 2.

Рисунок 1 – Прототип грузового квадрокоптера программы «Amazon Prime
Air» [1]

Рисунок 2 – Логистическая схема доставки груза «Amazon Prime Air» [1]

Работа данной схемы достаточно проста. На первом этапе «Make purchase»
покупатель совершает онлайн заказ с указанием способа доставки «Prime
Air». На втором этапе «Amazon staff would pack the item into a box»
сотрудниками логистического центра выбранный клиентом товар
упаковывается и готовится к транспортировке.

На третьем этапе «The box
would then be transferred to a drone» подготовленный товар загружается в
специальный транспортировочный бокс. На финальном четвертом этапе «If
would fly directly to the designated location and drop the box off all
within 30 minutes or less» беспилотник в течении 30 минут и меньше летит
по указанному в доставке адресу, совершает посадку, производит выгрузку
товара и возвращается обратно, только после клиент забирает товар с
места выгрузки.

Рисунок 3 – Прототип грузового квадрокоптера программы «Amazon Prime
Air» [1]

Первую тестовую, коммерческую доставку (ТВ-приставку и пачку попкорна) с
использованием беспилотника компания провела в Великобритании в декабре
2021 года. Двое англичан проживающих в Кебридже вблизи
экспериментального «дронодрома» смогли воспользоваться услугой данного
сервиса.

Вес груза составлял 2.1 кг и благополучно был доставлен через
13 минут после оформления заказа. Управление полета беспилотника
(рисунок 3), от взлета до посадки, как и помещение груза в
транспортировочный бокс, велось в автоматическом режиме, а точное место
посадки необходимо было обозначать с помощью специального QR-кода [2].

Рисунок 4 – Гибридный дрон программы «Amazon Prime Air» [1]

В проекте, кроме ранее представленных беспилотников на рисунке 1 и 3,
использовался еще один аппарата (рисунок 4) гибридной конструкции весом
в 25 кг и дальностью полета около 24 километров. При полете дрон
поднимается на высоту до 122 метров — в соответствии с ограничениями
FAA [1] и ранее предложенной представителями Amazon концепцией
разделения воздушного пространства для малых беспилотников на зоны для
высокоскоростных коммерческих полетов и локальных полетов технических и
частных беспилотников [3].

Гибридная модель, представленная в ноябре
2021 года, подразумевает собой сочетание конструкции вертолета и
самолета, что позволило дрону совершать перелеты на дальние расстояния и
при этом осуществлять вертикальные взлеты и посадку, что крайне
необходимо для доставки груза в условиях плотности и высоты застроек.

Следующей компанией отдающий серьезный приоритет в этой области является
«DHL Express», мировой лидер в области международной логистики и
экспресс-доставки.

Свои первые тестовые испытания компания начала в 2021 году в Германии,
городе Бонн. Проект, получивший название «Parcelcopter», что можно
перевести с русского языка как «посылколет», в течении недели
переправлял грузы через реку Рейн (рисунок 5). На одном берегу
располагалась стартовая площадка, где к беспилотнику прикреплялся груз,
а на другом рядом со штаб-квартирой DHL, находилась точка сброса груза.
Расстояние, которое преодолевал беспилотник «Parcelcopter» для доставки
груза составляло 1 км.

Рисунок 5 – Тестовый полет компании DHL «Parcelcopter»

Спустя год, осенью 2021 года летные испытания возобновились, где главной
задачей являлось в течении 3-х месяцев совершать транспортировку
медикаментов и предметов первой необходимости из города Норддайх на
остров Йюст, Германия (рисунок 6).

Рисунок 6 – Транспортировка медикаментом беспилотником «Parcelcopter
2.0» [4]

Маршрут полетов предполагал полет над Серверным морем и имел
протяженность в 12 километров, что гораздо больше, чем при первых
испытаниях. Экспериментальная схема транспортировки выглядела следующим
образом: медицинские сотрудники с острова Йюст делали заказ лекарств,
после они доставлялись в точку запуска беспилотника «Parcelcopter 2.


(рисунок 7) в районе северного побережья города Норддайх, затем в
автономном режиме дрон летел на остров и совершал посадку. Лекарства
выгружались и доставлялись заказчику. Как и ожидалось итогом летных
испытаний было получено положительное заключение [5].

Следующий этап тестовых испытаний дрона третьего поколения состоялся с
января по март 2021 года, где была выбрана территориальная зона с
некоторыми усложненными климатическими условиями, Баварские Альпы,
Германия. Полеты усложнялись еще тем, что помимо расстояния в 8.3
километра (рисунок 8), между местом отправки и местом доставки
наблюдался перепад высот в 500 метров [6].

Рисунок 7 – «Parcelcopter 2.0» [5]

Рисунок 8 – Транспортировка груза беспилотником «Parcelcopter 3.0» [4]

Рисунок 9 – Автоматизированная почтовая станция «DHL Packstation with
SkyPort» [6]

В ходе испытаний в горном поселке установили автоматизированную почтовую
станцию (рисунок 9) для дронов – «DHL Packstation with SkyPort». Клиент
приносит свою посылку на станцию, устанавливает ее в специальный бокс,
внутренняя автоматика (рисунок 10) транспортирует ее к беспилотнику,
после чего крыша почтовой станции открывается и дрон отправляется в
точку расположения следующей автоматизированной станции, но уже для
доставки груза.

Рисунок 10 – Автоматизированная почтовая станция «DHL Packstation with
SkyPort»

Третья версия проекта летает почти в два раза быстрее предыдущей модели
и достигает 70 км/ч. За два месяца тестов «Parcelcopter» доставил 130
посылок из баварских Альп, летая на высоте более 1000 метров над уровнем
моря.

Мчс закупило 600 квадрокоптеров по цене в полтора раза выше рыночной

МЧС России закупило 600 квадрокоптеров в полтора раза дороже рыночной цены. Всего покупка обошлась в 105 млн рублей, то есть за один квадрокоптер МЧС заплатило больше 175 тысяч рублей.

Судя по госконтракту, технические условия закупки не оставляли выбора и практически прямо указывали на модель Phantom 4 Pro китайской компании DJI, подсказали 47news в одном из магазинов по продаже такой техники. Из основных характеристик — вес 1,388 килограмма, максимальный подъем 6 метров в секунду, спуск 4 метра в секунду, камера 20 мегапикселей, угол обзора 84 градуса. Максимальное время полета 29 минут, скорость 20 м/с. Средняя цена в розницу такого аппарата, по данным сервиса “Яндекс-маркет”, составляет 125 тысяч рублей. Встречаются предложения и от 90 тысяч. Дополнительное оборудование стоит еще тысяч двадцать. Подчеркнем – эта цена за 1 штуку в розничном магазине. Логично предположить, что за 600 экземпляров поставщик предоставляет скидку. Опрошенные участники рынка говорят, что на практике это как минимум 15% от цены. Так что можно предположить, что переплата из государственного бюджета могла составить около 20 миллионов рублей.

Еще 25 беспилотников, которые поставил “ТехСнабРесурс”, стоят по 750 тысяч рублей каждый. Их характеристики подпадают под летную платформу DJI модели Inspire. Его средняя цена в розницу составляет 160 тысяч рублей плюс тепловизор, стоимость которого в районе 300 тысяч рублей. То есть в сторону коммерсантов ушло 290 тысяч с каждого. Опять же без учета оптовой скидки.

47news

Поставкой летательных аппаратов занималось ООО “ТехСнабРесурс” — микропредприятие с уставным капиталом 12 тысяч рублей, зарегистрированное в жилой панельке в Москве.

Возвращаясь к закупкам нынешнего года, отметим, что компания-победитель “ТехСнабРесурс”, по данным “СПАРК-Интерфакс”, зарегистрирована в квартире панельного девятиэтажного дома №9 по улице Гримау в Москве.

Туда же ушли 105 миллионов рублей за дроны.

Компания относится к микро-предприятиям со штатом до 5 человек, уставной капитал 12 тысяч рублей. При обороте в 215 миллионов за прошлый год показывает убыток в 23 миллиона. Как подсказали участники рынка, корни у нее из Омска. Выполняет, в частности, заказы по направлениям спецтехники для Минобороны, МВД и таможни. С владельцем и гендиректором Павлом Павловым связаться не удалось. Кстати, сайта компании мы тоже не нашли.

47news

Журналисты попытались разобраться, по какой причине была установлена такая высокая цена. По словам исполнительного директора “ТехСнабРесурса”, наценка “включает логистику и таможенные процедуры”.

47news спросил его [исполнительного директора “ТехСнабРесурса” Александра Утеева], как формировалась цена беспилотников и отчего она как минимум в полтора раза выше розничной. “Мы предложили ту цену, которая включает логистику и таможенные процедуры”. На вопрос, дорабатывались ли коптеры под работу в российских реалиях, наш собеседник не ответил.

Первый заместитель начальника ГУ МЧС по Калужской области Владислав Блеснов, исполняющий обязанности своего шефа Валерия Клименко, пока тот на больничном, на вопрос ценообразования ответить не смог или не захотел. Хотя обоснование начальной цены контракта готовило его ведомство. По расчетам, основанным на запросе информации у четырех поставщиков, средняя цена выходила и вовсе 212 тысяч за обыкновенный беспилотник и 1,3 миллиона за тот, который с тепловизором.

Смотрите про коптеры:  ▷ Как выбрать радиоуправляемые самолеты - в ✔ ✔ , советы по выбору, характеристики в каталоге радиоуправляемых самолетов

47news

Это не первая подобная закупка в МЧС. Ведомство начало приобретать квадрокоптеры еще в 2021 году после создания центров беспилотной авиации. Первые 200 беспилотников были закуплены по 190 тысяч рублей каждый при рыночной цене менее 100 тысяч рублей. Общая сумма контракта тогда составила 38 млн рублей. В 2021 году МЧС закупило уже более крупную партию — 650 беспилотников по 202 тысячи рублей каждый при рыночной цене около 120 тысяч рублей. Общая сумма контракта составила 131,7 млн рублей. Обе закупки стали причиной для возбуждения уголовного дела по статье о превышении должностных полномочий, но со временем эта история замялась.

При закупке 2021 года дополнительные средства были потрачены на модернизацию закупленных дронов, потому что в своем базовом виде они не соответствуют требованиям МЧС. Работы выполняла калужская компания “Беспилотные системы” — она исправила электронику, утеплила батарейные отсеки, изготовила коробки для переноски и сумки под планшеты. По словам гендиректора “Беспилотных систем” Антона Панфилова, сумма контракта составляла порядка 800 тысяч рублей. При этом журналисты выяснили, что сын Панфилова дружит с сыном министра МЧС Владимира Пучкова. Это подтверждают их профили в соцсетях.

Скриншот из аккаунта Алексея Панфилова в Instagram

В этом году модернизация закупленных квадрокоптеров производиться не будет. Это может повлечь за собой ряд проблем при их использовании.

Здесь важно отметить, что без доработки дроны не смогут работать при минусовых температурах. В государственном контракте на поставку значится интервал от -15 до 40. Но в характеристиках дрона рабочей температурой называется предел от 0 до 40. “До минус десяти еще летает. Но при этом надо понимать, что на высоте холодный ветер. Батареи замерзают, и дрон просто падает”, – отметил один из поставщиков этой техники.

47news

В будущем закупки квадрокоптеров продолжатся.

Отметим, что министр МЧС Владимир Пучков, судя по всему, проявляет прочное внимание к закупкам летательных аппаратов. В феврале нынешнего года на коллегии министерства он утвердил план поставок этой продукции. Так, в 2021 году на них будет потрачено 183,7 миллиона, а в 2021 еще 126 миллионов. С учетом прошлых двух лет общая сумма уже превысила 600 млн рублей.

“Фонтанка”

Нефтегазовый сектор¶

Точкой отсчета использования беспилотников в нефтегазовом секторе многие
эксперты называют 2006 год, когда Федеральное управление гражданской
авиации США выдало компании BP разрешение на использование дронов при
работе на нефтяных месторождениях Аляски.

За ней последовали Shell,
которая начала применять беспилотники для мониторинга оборудования
газового терминала в Бактоне (Великобритания), и ExxonMobil, возложившая
на беспилотные технологии задачу по проверке резервуаров
нефтеперерабатывающего завода в Фоули на юге Англии.

Нефтегазовая отрасль – отдельная сфера гражданского применения
беспилотников и российская отрасль не исключение. Как и во многих других
видах деятельности, в нефтяной промышленности беспилотные технологии
стали незаменимы инструментом для решений широкого спектра задач
(рисунок 40).

Рисунок 40– Сфера применения беспилотников в нефтяной отрасли

Беспилотники позволяют оперативно собирать необходимые сведения,
проникая в труднодоступные места, куда неспособны попасть классическая
техника или человек, и ощутимо снижают расходы в деятельности
нефтегазовых предприятий на мероприятия по мониторингу безопасного и
продуктивного функционирования объектов, повышают продуктивность
надзорных работ.

Среди основных преимуществ:

  • Эффективность работы БПЛА. Получение информации из труднодоступных
    мест. Оборудованные дроны камерами ИК-спектра (тепловизионными)
    выполняют качественные снимки в условиях плохой видимости. Полеты
    осуществляются автономно и регулируются дистанционно.
  • Повышение безопасности выполняемых работ. Регулярный контроль за
    состоянием инфраструктуры и оборудованием нефтяных систем
    предотвращает и снижает риски возможных аварий.
  • Финансовая выгода. Приобретение и эксплуатация БПЛА обходится в
    десятки раз дешевле использования пилотируемой техники.

Свои широкие возможности БПЛА оправдывает на всех этапах ведения
нефтегазовых работ.

Предварительная геологическая разведка местности. Добыча нефти
начинается с геологоразведки, а беспилотники применяются как эффективные
инструменты сбора топографических данных. Оборудованные
высококачественной фото- и видеотехникой аппараты на этом этапе
позволяют сократить время проведения первичной геологоразведки и
получить полную и качественную информацию об обследуемом участке с
составлением ортофотопланов, 3D-моделей местности и для дальнейшей
обработки и интеграции данных GIS/CAD. Скорость работ увеличивается
более чем в 10 раз по сравнению с пешей съемкой.

Контроль за деятельностью строительных и ремонтных работ.
Эффективность мониторинга повышает аэрофотосъемка на всех этапах
капитального строительства. Съемочные комплексы позволяют создавать и
поддерживать в актуальном состоянии базу данных объектов и территорий.

Подобный информационной ресурс позволить контролировать такие параметры,
как статус и качество строительно-монтажных работ, соблюдение техники
безопасности и экологических норм. Осуществлять последующую обработку
данных в специальном фотограмметрическом программнм обеспечении и
создавать цифровые модели местности, ортофотопланы и 3D модели с высокой
точностью.

Обследования нефтяной инфраструктуры. Использование беспилотников на
предприятиях нефтегазового сектора позволяет контролировать объектов
добычи, хранения, переработки и транспортировки нефти газа, определять
их текущее состояние и своевременно предотвращать различного рода
неисправности (рисунок 41).

Аппараты делают управление элементами нефтепереработки более
результативными. Преимущества БПЛА позволяют своевременно выявлять
неисправности даже на самых удалённых и труднодоступных объектах,
следить за поломками и утечками, поэтому главным образом речь идет о
проверке состояния нефтетрубопроводов и обеспечению их безопасности.

Рисунок 41 – Съемка с БПЛА нефтяной инфраструктуры

Проведение дистанционного контроля трубопровода с помощью БПЛА и
последующим анализом аэрофотоснимков в видимом и инфракрасном спектре
(рисунок 42) позволяет решать ряд основных задач в этом направлении:

  • оперативно обнаружить места и объемы подземных и наземных утечек
    углеводородов;
  • выявлять теплопотери и нарушения технического состояния объекта:
    разрывов, трещин, коррозийных зон и дефекты гидро- и теплоизоляции
    трубопроводов;
  • выявлять несанкционированный отбора нефти из трубопроводных
    магистралей;
  • проводить анализ участков перехода трубопровода через водные
    преграды, автодорожные и железнодорожные переходы;
  • проводить контроль экологического состояния природной среды вдоль
    трассы магистрального трубопровода.

Рисунок – Съемка трубопроводов с БПЛА в видимом спектре и инфракрасном

Решение данных задач дает возможность оперативно давать оценку
технического состояния трубопроводов и избегать длительных простоев,
крупных поломок и минимизировать риски нанесения вреда для экологии.

Возможность быстро реагировать в условиях внештатных ситуациях дается
благодаря функции передачи изображения с борта в реальном времени на
монитор пункта управления, можно в кратчайшие сроки получать критически
необходимую информацию:

  • определить район аварий или ЧС;
  • изучить транспортную доступность к объекту и сориентировать работу
    ремонтных бригад;
  • произвести обнаружение посторонних и выявлять несанкционированные
    работы в охранной зоне трубопровода.

Сельское хозяйство¶

Процесс управления большим фермерским хозяйством всегда считался
непростым видом деятельности. Имея в своем распоряжении необъятные поля,
фермеры зачастую просто физически не имеют возможности отследить все
изменения, которые происходят с их сельхозугодиями.

Актуальность проблемы контроля за сельскохозяйственными посадками в
настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Такие дефекты при
посеве, как:

  • проплешины;
  • гибель урожая после засухи или затопления;
  • запыление;
  • отсутствие своевременного орошения и удобрения и другие факторы,
    требуют оперативного контроля.

Площади посевных полей не всегда позволяют это сделать оперативно.
Большинство оценок, производимых в таких случаях, делаются наземным
путем при помощи выезда на поля экспертной группы, что не является
максимально эффективно.

В первую очередь беспилотники используют компании, которые применяют
точное земледелия, оно позволяет более эффективно распоряжаться
ресурсами, в частности водой и удобрениями, получать актуальную и точную
информацию о площади, рельефе, специфика грунта полей, состояние
растений и почв, что в свою очередь повышает продуктивность в
животноводстве и урожайность на полях.

Существующие модели БПЛА, используемых в сельском хозяйстве,
представляют собой не просто летательные аппараты, а целый комплекс
аппаратных и программных средств, как для обеспечением планирования и
контроля полетов, так и для последующей постобработки данных.

Во втором случае, где результатом аэрофотосъемки являются снимки
высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS координатам и
для каждого снимка получается набор цифровой информации:

  • географические координаты центральной точки снимка (может достигать
    нескольких сантиметров — при использовании геодезического
    GNSS-приемника;
  • высота снимка;
  • угол экспонирования;
  • телеметрические данные для переноса и использования в общепринятых
    ГИС системах.

Полученные данные загружаются в специальное программное обеспечение для
фотограмметрической обработки данных с последующей визуализацией,
анализом и экспортом (рисунок 30).

Рисунок 30 – Технология получения и обработки данных

Полученные данные с БПЛА предоставляют возможность:

  • создания электронных карт полей;
  • инвентаризации сельхозугодий;
  • оценить объем работ и контролировать их выполнение;
  • вести оперативный мониторинг состояния посевов (БПЛА позволяет быстро
    и эффективно строить карты по всходам);
  • определить индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index –
    нормализованный вегетационный индекс);
  • оценить всхожести сельскохозяйственных культур;
  • прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;
  • вести экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.

Второе направление применения беспилотников в сельском хозяйстве связано
с распылением удобрений и средств защиты растений. В 90-х годах прошлого
столетия японской компанией «Yamaha Motor Company» был разработан
беспилотный летательный аппарат гражданского назначения «Yamaha RMAX»
(рисунок 31), конструкция беспилотного воздушного средства выполнена в
конфигурации коптера, дрон представляет собой миниатюрный вертолёт
длиной в 3 метра и 63 сантиметра с диаметром винта главного ротора в 3
метра 12 сантиметров.

Рисунок 31 – «Yamaha RMAX» в процессе распыления

RMAX – удаленно пилотируемый, разработанный специально для обработки
больших по площади сельскохозяйственных посевов. Он весит около 90 кг с
полной загрузкой и предназначен для распыления удобрений и химикатов над
специальными и высокотоварными культурами. Является экономичной
альтернативой опрыскивания с помощью механизированной наземной техники
или ранцевых опрыскивателей.

В конце 2021 года китайская компания DJI представила
сельскохозяйственный беспилотник. Октокоптер «Agras MG-1» предназначен
для обработки выращиваемых культур пестицидами и удобрениями. На
складывающихся лучах беспилотника смонтирована система трубок и
разбрызгивающих форсунок, а под корпусом находится емкость вместимостью
десять литров (рисунок 32).

Смотрите про коптеры:  Россиян отныне будут штрафовать на сотни тысяч рублей за запуск беспилотников - CNews

Рисунок 32 – Сельскохозяйственный октокоптер «Agras MG-1»

За 10 минут работы октокоптер может опрыскать 4000–6000 м², что в 40-60
раз быстрее, чем операции ручного распыления. Количество пестицидов и
удобрений точно регулируется интеллектуальной системой, которая
автоматически регулирует распыление в зависимости от скорости полета.

В октябре 2021 года немецкая компания «Volocopter», один из
разработчиков коммерческих, перспективных мультикоптерных аэротакси
совместно с производителем сельскохозяйственной техники «John Deere»
представила беспилотный летательный аппарат «VoloDrone» для
сельскохозяйственного применения (рисунок 33).

Рисунок 33 – «VoloDrone» с системой распыления [11]

Как заявлялось в официальном релизе разработчиков [15] поможет повысить
эффективность сельхозработ в области обработки растений и полей.
Беспилотник оснащен специальными емкостями и распылителем, который
регулируются интеллектуальной системой, что позволят дронам распределять
пестициды, жидкие удобрения и средства против замерзания равномерно.
Зона покрытия составляет до шести гектаров в час.

Квадрокоптер поднимается в воздух при помощи 18 роторов общим диаметров
9,2 м и может летать до 30 минут с грузом порядка 200 кг, может
действовать полностью автономно, то есть выполнять набор заложенных
предписаний и двигаясь по фиксированному маршруту.

Стоить отметить, что разработка и внедрение беспилотник в данный сектор
экономики выглядит очень перспективно. Данная технология в значительной
степени повышает точность опрыскивания культур, чем традиционные
наземные способы, позволяет снизить затраты и повысить безопасность
работников, так как в момент распыления химикатов, пестицидов, пилот
находится на удалении и не подвержен их воздействию.

Экологический мониторинг¶

Деятельность человека оказывает ощутимое воздействие на окружающую
среду. Для обеспечения экологической безопасности необходим
своевременный контроль её состояния. В условиях обширных и
труднодоступных территорий, а также в сложных климатических условиях,
важно иметь источник объективной и подробной информации о состоянии
природной среды, а применение беспилотных летательных аппаратов
становится эффективным способом контролировать состояние окружающей
среды.

В отличие от самолетов или спутников, весомым преимуществом БПЛА
является близость к исследуемому объекту и возможность взаимодействовать
с окружающим пространством.

Беспилотники, используемые в экологических целях, принято называть
«эко-дронами». От обычных они ничем не отличаются, приставка призвана
подчеркнуть их сугубо мирное научное назначение.

Последние находят все большее применение во многих направлениях
экосистемы.

Борьба с браконьерами

Специалисты предпринимают новые попытки использовать БПЛА для борьбы с
браконьерами. Во многих странах мира ведут активные разработки
беспилотников способных максимально оперативно и информативно пресекать
незаконную деятельность. Одни из прекрасных примеров защиты видов
животных, находящихся под угрозой исчезновения, является Африканский
континент.

Беспилотники объединили с системой искусственного интеллекта для
обнаружения браконьеров и идентификации слонов и носорогов.
Разработанное компанией «Neurala» программное обеспечение предназначено
для анализа потокового видео с дронов и идентификации животных,
транспортных средств и браконьеров в реальном времени без вмешательства
человека.

Программное обеспечение способно анализировать изображение в видимом и
инфракрасном спектрах, поэтому съемка производится и днем, и ночью
(рисунок 43).

Рисунок 43 – Идентификация слонов с БПЛА в ночное время суток

Это потрясающий пример того, как технологии искусственного интеллекта
могут стать серьезным инструментом в борьбе за сохранение исчезающих
видов животных. Беспилотниками на уже выполнено более 5000 тысяч
успешных миссий в Южной Африке, Малави и Зимбабве. В некоторых районах
использование БПЛА позволило сократить число преступлений на 96%.

Мониторинг состояния атмосферы

Проблема загрязнения воздуха – одна из главных во многих мегаполисах и
городах с большой промышленностью. С развитием технологий метод контроля
загрязнения воздуха с беспилотных летательных аппаратов стал
эффективней, чем контроль при помощи передвижных эко-лабораторий, так
как БПЛА может дать полную картину происходящего в любой точке
трехмерного пространства.

Китайские исследователи используют дроны для мониторинга воздуха над
электростанциями, очистительными заводами, фабрик и цехов, работающих
нелегально или нарушающих ограничения по выбросу вредных веществ.
Беспилотники вооружены камерами с высоким разрешением и специальной
платформой датчиков способными проводить исследования газов на предмет
предельно допустимой концентрации отравляющих веществ.

В рамках проекта NASA ATTREX американский стратегический
разведывательный дрон Global Hawk (рисунок 44) задействовали для
измерения влажности, концентрации озона и ряда других параметров
стратосферы для выявления глобальных изменений в земной атмосфере, так и
для локального контроля состояния воздуха по примеру китайских
экологических проектов.

Рисунок 44 – Global Hawk для эко-мониторинга

Картографирование и контроль состояния лесного фонда

Беспилотные технологий быстро и точно проводят инвентаризацию лесных
массивов. Специальные модули в программном обеспечение под данным с БПЛА
позволяют автоматически находить вырубки, оценить высоту деревьев и
запас древесины (поштучно). Детальные снимки в видимом и ближнем
инфракрасном диапазонах дают возможность обнаружить участки иссушения
или переувлажнения лесов, влияние вредителей и болезней.

Анализ полученных данных с БПЛА в программном обеспечении помогает
правильно оценить лесные запасы, выделить труднодоступные и
непродуктивные насаждения, автоматически находить вырубки, оценивать
высоту деревьев. Детальные снимки в видимом и ближнем инфракрасном
диапазонах дают возможность обнаружить участки иссушения или
переувлажнения лесов, влияние вредителей и болезней.

Также ИК-съемка помогает определять породный состав и выявлять очаги
распространения вредителей или болезней. Данные в видимом диапазоне
обеспечат своевременный контроль видов рубок, площадей вырубок,
размещения лесовозных дорог, волоков и погрузочных площадок в
соответствии с технологической картой разработки лесосеки.

Мониторинг таяния ледников

Как считают многие ученые, таяние ледников, – один из главных
индикаторов глобальной трансформации окружающей среды, поэтому
необходимы эффективные инструменты для контроля и мониторинга этого
процесса.

Так как применение дронов и программного обеспечения по обработки их
данных нашли своего успешное применение во многих отраслях, этот
экологический процесс приковавший внимание тысячи ученых по всему миру
не остался без внедрения этих новейших технологий.

С помощью беспилотных летательных аппаратов проводится подробная
аэрофотосъемка ледников затем на основании полученных материалов
создаются детальные карты и трехмерные модели ледников. Ранее
специалисты измеряли планово-высотное положение языков ледников
геодезическими приборами и отмечали границы исчезающего льда реперными
камнями.

Полученные трехмерные модели отражают микронеровности рельефа языка
ледника с их точной геопривязкой. Сравнение таких данных, полученных в
разные годы, позволит выявить динамику изменения объемов ледникового
покрова.

Электроэнергетика¶

С появлением беспилотников на рынке экономики, один из ее важнейших
сегментов не остался от внедрения в него беспилотных технологий,
электроэнергетика. Несмотря на всю свою прочность и надежность, объектам
энергетической инфраструктуры необходимо постоянное внимание и
обслуживание.

Их эффективная эксплуатация напрямую зависит от
актуальности и полноты информации о состоянии электростанций, линий
электропередач (ЛЭП) и теплотрасс. Использование традиционных наземных
методов обследования инженерных сетей, на сегодняшний день, уже не самый
дешевый и эффективный способ сбора такой информации.

Применение БПЛА дает бесспорное преимущество в:

  • Оперативности. Вести обследование инфраструктуры со скоростью в
    десятки км/ч, или наоборот в режиме зависании над определенным
    объектом.
  • Качестве. В итоге аэрофотосъемки получают материалы высокого
    разрешения с их геопривязкой.
  • Объективности контроля. Постоянное наличие документов, фото и
    видеоматериалов.
  • Безопасности обследования. Снижение вероятности несчастных случае
    использованием беспилотников.
  • Экономике. Снижение стоимости производственных работ. Достаточно двух
    операторов, которые при необходимости могут обследовать до 200 км ЛЭП
    в день, что существенно дешевле мониторинга с борта пилотируемого
    воздушного судна.

Приведенный ряд преимуществ на предприятиях электроэнергетической
отрасли дает возможность эффективно и объективно давать оценку
технического состояния инфраструктуры.

Ниже будут приведены основные направления применения БПЛА в
электроэнергетике.

Визуальный осмотр ЛЭП и оперативный поиск отказов

Дистанционный мониторинг линий электропередач с БПЛА значительно
повышает скорость осмотра по сравнению с наземными обходом опор ЛЭП,
особенно если линия расположена в труднодоступных районах. Полеты
происходят на безопасном расстоянии от опор и кабелей, не требую
отключения напряжения (рисунок 34).

Рисунок 34 – Съемка ЛЭП с помощью БПЛА

Тепловизионная съемка контактов и мониторинг теплосетей

Фото и видео съемка для визуального осмотра ЛЭП и оперативного поиска
отказов может быть дополнена видеосъемкой в тепловизионном спектре. Это
вид теплового контроля с использованием тепловизора (оптико-электронного
измерительного прибора, который работает в инфракрасной области
электромагнитного спектра).

Он обеспечивает переход теплового излучения
всех исследуемых объектов в видимую область и позволяет определить
наличие дефектов. Электроэнергетика является одной из областей наиболее
успешного применения тепловизионной съемки, поскольку обнаруживаемые
температурные градиенты могут достигать десятков градусов, что
существенно облегчает их идентификацию на фоне помех.

На детальных снимках в видимом диапазоне (рисунок 35) при увеличении
возможно рассмотреть нарушения изоляционного слоя или проявления
коррозии.

Рисунок 35 – Кадр с камеры БПЛА видимого спектра

Рисунок 36 – Кадр с камеры БПЛА инфракрасного спектра

На снимках инфракрасного спектра (рисунок 36) можно обнаружить область
градиента температур (участок перегрева), ранее не видимый человеческому
глазу, и оперативно ликвидировать нарушение.

Ранее тепловизионная съемка ЛЭП выполнялась либо с борта вертолета, либо
наземными бригадами эксплуатационных служб. Использование БПЛА для
ИК-съемки несравнимо дешевле пилотируемой авиации и позволяет получить
гораздо более детальную и точную информацию чем съемка с земли.

Тепловизионная съемка каждой опоры ЛЭП производится при помощи БПЛА
мультироторного типа. Видеозапись тепловизионной съемки дополняется
фотографиями и видео в видимом спектре, что позволяет лучше
идентифицировать объект контроля (дефектные секции фарфоровых
изоляторов, контакты закрытых и открытых распределительных устройств).

Тепловая съемка обеспечивает поиск дефектов теплосети в начальной стадии
и утечек на подземных участках теплотрасс (рисунок 37). Вовремя
обнаруженный дефект теплотрассы не станет причиной серьезной аварии, и
позволит избежать значительных расходов на ремонтные работы.

Рисунок 37 – Снимок теплосети с камеры БПЛА видимого и инфракрасного
спектра

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector