Зачем нам дроны и как сделать их лучше / Хабр

Что делают программисты дронов?

Разработчики, которые специализируются на дронах, решают несколько важных задач. Во-первых, они создают программное обеспечение, отвечающее за выполнение необходимых команд – сбор информации, отслеживание, анализ данных, доставка и т.д. Во-вторых, они должна обеспечить безопасность беспилотников во время пребывания в небе.

На честном слове и… — основные проблемы современных дронов и как их решить

Перспективы использования дронов можно смело назвать колоссальными, но мы не видим пролетающие в небе эскадрильи БПЛА каждый день. Почему? По целому ряду причин, только часть из которых может быть устранена в ближайшее время. Условно эти причины можно разделить на несколько основных групп:

• Законодательство и контроль. В большинстве стран до сих пор не введены законодательные нормы, которые позволили бы владельцам дронов без особых проблем запускать их устройства в любом удобном месте, не опасаясь штрафов и судебного преследования. Связано это в первую очередь с тем, что реальных систем контроля за перемещением дронов существует крайне мало, а добраться БПЛА может практически куда угодно. Дроны могут, например, парализовать работу целого аэропорта, как произошло в 2023 году в лондонском Гатвике, когда неизвестные в течение двух суток выводили на взлётно-посадочные полосы группу БПЛА, не давая самолётам приземляться или взлетать. Интересно, что местные власти не смогли разобраться с проблемой существующими на тот момент методами, так как дроны использовали нестандартные частоты и просто заглушить сигнал от оператора или сбить их не удавалось.

  Чтобы избежать подобных ситуаций, во многих странах введена жёсткая процедура регулирования и регистрации БПЛА, что с одной стороны позволяет выявить нарушения закона, а с другой сильно тормозит развитие коммерческих дронов. Например, заявленная в 2023 году и уже описанная выше служба Amazon Prime Air до сих пор не введена в эксплуатацию из-за ограничений Федерального управления гражданской авиации. Более того, компании даже испытания своих дронов пришлось изначально проводить в более лояльных в этих вопорсах Канаде и в Великобритании.

  Решение данной проблемы — вопрос, скорее, времени, а не усилий отдельных компаний или правительств. Та же FAA постепенно ослабляет ограничения для БПЛА на территории США, а законодательства различных стран совершенствуются, чтобы пользователи и бизнес могли наслаждаться новыми технологиями (в рамках закона) без риска. Ещё один вариант, который поможет ускорить принятие более мягких законов, — это использование новых технологий, позволяющих лучше контролировать перемещение дронов и идентифицировать их для последующей «работы» с владельцами.

• Конструкция и материалы: дрон по определению не может быть бронированным и неуязвимым: такая машина будет либо совершенно неподъёмной, либо обойдётся конечному пользователю в сумму, за которую легко можно купить «обычное» пилотируемое средство. Поэтому создатели дронов постоянно балансируют между весом и прочностью, ценой и качеством. Чаще всего для в конструкции коммерческих дронов используется пластик, композитные материалы на основе углепластика, алюминий и литий-ионные батареи для питания пропеллеров и внутренних систем. Здесь бы самое время вспомнить дрон «Почты России», который обошёлся бюджету в миллион рублей и разбился во время тестового полёта, и задуматься, какие материалы применялись в его конструкции.

  Но если отбросить шутки, то проблемы надёжности дронов — вопрос эволюции технологий. Уже сейчас существуют дроны, которые намного лучше защищены от ударов и падений (в первую очередь от них страдают пропеллеры, которые делают из более мягких материалов, чтобы избежать травм пользователей). Также ведутся работы о замене самих двигателей и пропеллеров на более надёжные решения. Например, стартап Sentient Blue предлагает заменить их на гибрид миниатюрного турбореактивного двигателя на ископаемых видах топлива с высокой плотностью энергии и мотор-генератора, питающего большинство систем БПЛА. По данным разработчика такая система значительно повышает надёжность и одновременно позволяет резко повысить дальность автономных перелётов дронов.

• Автономность: одной из основных причин падения дронов (помимо аварий) можно назвать низкий уровень заряда батареи, который не позволяет своевременно вернуть «в гнездо» слишком далеко улетевший аппарат. Ограничения конструкции в данном случае почти те же, что и в предыдущем пункте, ведь бо́льшая ёмкость батареи почти всегда равна большему её весу. Значит, в корпус дрона поместится меньше полезных систем или конструкторам придётся увеличивать его габариты. И не факт, что такое увеличение не нивелирует все преимущества от роста ёмкости батареи. Это достаточно серьёзный ограничивающий фактор для развития дронов, потому что идей нового оборудования и сфер применения устройств традиционно больше, чем идей для новых источников питания.

Как вариант многие компании предлагают отказаться от традиционных литий-ионных батарей и воспользоваться другими технологиями. Например, южнокорейская компания MetaVista в 2023 году провела испытания дрона с водородным двигателем, который смог продержаться в воздухе более 10 часов, что само по себе рекорд для отрасли.

А Toshiba в свою очередь развивает идеи батарей SCiB​ собственной разработки, применение которых позволит резко снизить количество отходов и влияние на экологию за счёт долгого времени службы, даёт возможность заряжать дроны намного быстрее и использовать их в условиях низких температур, которые крайне негативно влияют на ёмкость литий-ионных аккумуляторов.

• Риск взлома и человеческий фактор. Отсутствие пилота на борту дрона, несомненно, снижает риск человеческих потерь в случае аварии и позволяет сильно уменьшить габариты устройств, но такой подход создаёт целый ряд проблем, связанных с их безопасностью. В первую очередь, как и любое устройство с беспроводной связью с пользователем, их можно взломать, чтобы перехватить управление либо просто перекрыть/заглушить канал связи и поймать неуправляемый дрон механическими средствами. Также хакеры используют подмену GPS-координат, чтобы направить дрон в нужную им локацию. Более того, сам дрон может стать источником вредоносного ПО и вектором атаки на незащищённые устройства пользователей. Вторая половина проблемы с человеческим фактором — это необходимость в операторе. Несмотря на то, что современные дроны уже умеют совершать простые манёвры в воздухе без участия «пилота» и даже возвращаться на стартовую локацию в случае потери сигнала от оператора, такая автономия не гарантирует их сохранности. Например, автопилот на базе данных GPS чаще всего не учитывает особенности рельефа и просто прокладывает маршрут до стартовой точки по прямой.

  Итог — столкновение с не нанесенными на внутреннюю карту деревьями или столбами и авария почти гарантированы. Более того, в некоторых странах законодательно запрещено управлять дронами, которые находятся вне прямого поля зрения оператора, что дополнительно снижает степень их автономности в полёте. Решения проблем из этой группы зависят как от конструкторов устройств, так и от пользователей. Развитие систем защиты базовых станций и дронов поможет избежать взлома, но не менее важна цифровая гигиена оператора, своевременное обновление прошивки устройств и смартфонов или планшетов, которые часто используются в качестве базовой станции и пульта управления БПЛА.

Microsoft опубликовала симулятор беспилотников

Sdk и комплекты

Понятно, DJI — не единственный пример. SDK есть у Parrot, 3DR, Skydio, Yuneec (правда 3DR, Yuneec и Parrot работают с open-source-платформами, о них мы поговорим далее). 

По сути сейчас мы наблюдаем процесс формирования целого рынка программного обеспечения для таких программируемых дронов. 

Некоторое ПО, в т.ч. на DJI (несмотря на то, что он не open-source) можно найти на GitHub.

Кстати, образовательные решения тут тоже есть. Например, тот же DJI выпускает специальный комплект из нескольких дронов, рассчитанный на обучение целой группы студентов программированию на Scratch, Python и Swift. 

Помимо проприетарных, есть множество DIY-решений, основанных на популярных универсальных полетных контроллерах. Откровенно говоря, DIY-сообщество в свое время и стало родоначальником всего рынка управляемых дронов. Компании с рынка радиоуправляемых моделей взялись за разработку БПЛА лишь тогда, когда идея стала популярна в народе и можно было построить какие-то бизнес-прогнозы.

DIY-решения обычно опираются на какую-то из доступных систем управления (автопилотов), например Ardupilot или Pixhawk. А контроллер подбирается из списка поддерживаемых для выбранного автопилота. Впоследствии его можно даже доукомплектовать оборудованием (если прошивка позволяет это сделать). Под такие решения есть свои универсальные платформы разработки, например MAVSDK (его поддерживают 3DR, Yuneec и Parrot).

По аналогии с 3D-принтерами некоторые производители выпускают кит-комплекты для DIY дронов. К примеру, в упомянутом выше хакатоне ребята работали с дронами «Иволга» отечественного производства. Есть и другие примеры, например, Ardupilot, как производитель, предлагает на рынке собственные наборы, цена на которые варьируется в зависимости от комплектации.

Пример комплекта с Aliexpress

На базе open source контроллеров встречаются и промышленные решения.

Начиная с самосборных решений под управлением готового автопилота, некоторые энтузиасты переходят к разработкам собственного автопилота. Так мир open source в этой части постоянно расширяется. Однако это задача не для новичка. Поскольку суть заключается не столько в самом программировании, сколько в решении инженерных задач.

Актуальность и востребованность направления

Дронами сегодня называют целое семейство компактных беспилотных летательных аппаратов, которое включает в том числе и квадрокоптеры. Как мы уже упоминали, дроны имеют очень разноплановые сферы применения, могут использоваться не только в развлекательной индустрии и для создания красивого визуального контента, селфи с воздуха, но и в целях бизнеса, науки, промышленности, дроны также активно используются в военных операциях.

Эти компактные летательные аппараты и их программное обеспечение уже сегодня дают человечеству уникальные возможности, а учитывая инвестиции в эту отрасль, в ближайшие годы мы узнаем еще много нового и удивительного о том, как можно применять данную технологию.

Сегодня беспилотники чаще всего используются в таких целях:

Востребованность и зарплата специалистов

Будучи узкоспециализированной профессией, нешироко представлено на сайтах с вакансиями, но в ближайшие 5 лет такие специалисты будут становиться все более востребованными и точно смогут найти работу в строительной, экологической, аграрной, логистической, нефтедобывающей отраслях.

Для чего используются

Конструкция определяет возможное применение. Сфер, где успели «засветиться» беспилотные летательные аппараты уже довольно много. Даже если говорить только о «гражданских» машинах (не ориентированных на военных или спасателей), это:

Применение беспилотника во многом определяется тем, какую полезную нагрузку он способен нести: может ли поднять посылку с грузом или вынужден ограничиться экшн-камерой.

Есть два уровня программирования

Если рассуждать о глубине погружения в тему программирования беспилотных летательных аппаратов, можно выделить два «уровня»:

1. Планирование и закладка в аппарат полетного плана для готового решения, а также последующий контроль его исполнения. Этот уровень позволяет решать множество очень интересных задач, хотя и ограничен возможностями используемой платформы;
2. Создание собственной системы управления — своего рода «системное программирование» в мире БПЛА.

На Хабре любят DIY и тут довольно много рассказов о деталях второго уровня (например

), в то время как первый до сих пор охвачен слабо. В основном обсуждают детали программирования в определенном SDK или сравнивают аппараты, что понятно лишь тем, кто в теме. Так что далее будем говорить именно про первый уровень.

Программирование под готовые платформы выводит летательные аппараты далеко за рамки класса «игрушек». Это полноценная разработка, которая просто использует библиотеки и функции автопилота для серийно выпускаемого дрона (или для open source полетного контроллера), так что создатель программы может сосредоточиться на решении своей задачи, будь то аэрофотосъемка или воздушные световые шоу.

Самое важное: программирование позволяет снять с оператора часть задач по управлению в режиме реального времени, что на самом деле упрощает применение БПЛА. Не у каждого любителя фотосъемки найдется время и желание учиться пилотировать дрон в сложных условиях.

Есть комплекты для обучения

Доступность обучающих комплектов уже потянула за собой массовое появление как кружков по работе с дронами, так и всевозможных мероприятий — семинаров, мастер-классов, олимпиад.

Обучающий набор DJI EDU 

Например, в конце января в Точке кипения Омского технического университета (ОГТУ) проходил хакатон, посвященный программированию дронов. 

Один из организаторов хакатона — Александр Голунов — помогал нам в подготовке этого поста

Любопытно, что до мероприятия ребята, принимавшие в нем участие, не были знакомых с беспилотниками. Некоторые из них увидели дрон вживую первый раз в жизни. Но после знакомства — блочной сборки, настройки, калибровки БПЛА, а также построения виртуального полетного плана — они смогли предложить новые способы применения дронов в быту. Как бы это о том, что ничего сложного тут, в целом, нет.

Железо дрона

С точки зрения железа дрон состоит из:

• рамы, на которой крепятся агрегаты и защитный кожух. Последний, кстати, присутствует не всегда, но какая-то защита движущихся частей аппарата, а заодно и окружающих от удара этими движущимися частями, есть почти везде;
• необходимого количества роторов;
• аккумулятора;
• набора датчиков. Самый простой дрон может летать с трехосевым акселерометром, но управлять им будет сложно. Заметно упрощают этот процесс: трехосевой акселерометр, трехосевой датчик угловой скорости (ДУС), барометр и магнитометр. Также в списке датчиков могут присутствовать: компас, гироскоп, GPS или приемник любой другой системы глобального позиционирования;
• модуля связи. Это может быть радиосвязь с пультом управления (наземной станцией) или 4G-модем для получения команд и отправки телеметрии через интернет;
• полезной нагрузки, например камеры на подвесе, сонара, дальномера и т.п.;
• сердца дрона — полетного контроллера, который всем этим управляет.

Пример состава оборудования программируемого дрона с полетным контроллером pixhawk

Как все реализуется на практике

С общими понятиями и заданиями разобрались. Теперь давайте выясним, как именно достигают своих целей разработчики и какие инструменты выбирают в этой работе, и для этого воспользуемся эмулятором. Итак, главная задача разраба – не просто запрограммировать дрон, но и тестировать алгоритмы в симуляционной среде, убедиться в том, что они и автономная программа работают корректно, но при этом не разбить сам аппарат. Чтобы не рисковать дорогой техникой на этапе тестирования используется компьютерная симуляция.

Какие виды беспилотников применяют в сельском хозяйстве?

Для наблюдения за полями используют два вида БПЛА, отличающиеся своей конструкцией и летными характеристиками:

Какие задачи решают беспилотники для сельского хозяйства?

Современные беспилотные системы решают следующие задачи:

Какие операции выполняют беспилотники?

Технологично оснащенные беспилотники в сельском хозяйстве способны выполнять разнообразные операции:

Коммерческие дроны (commercial)

Используются в разных сферах – бизнес, наука, сельское хозяйство, строительство и т.д., решая конкретные корпоративные задачи. Например, доставку товаров при помощи беспилотников уже активно практикуют в компании Matternet, аналогичный сервис развивает Amazon Prime Air, а также дроны используются в Африке для доставки медикаментов компанией Zipline.

Параллельно ведутся R&D-исследования, чтобы дроны могли выполнять работы не только на свежем воздухе, но и в помещениях: инспектировать стройку внутри здания и промышленное оборудование, заниматься инвентаризацией складов, контролировать безопасность шахт.

Важная техническая особенность коммерческих дронов в том, что они должны работать в автономном режиме и без ручного управления, ведь их задача как раз в освобождении освободить человека от выполнения рутинных задач, сократить количество задействованных сотрудников.

Чтобы программируемый квадрокоптер управлялся в автономном режиме, необходимо соблюдать определенные условия. В первую очередь, ему необходимо точно понимать свое местоположение, знать координаты. На открытых пространствах для этого используются GPS технологии с точностью в несколько метров.

В случае более сложного ландшафта или работ внутри здания (если GPS недоступен), дрон должен быть оснащен дополнительными сенсорами, которые смогут определять расстояние до окружающих объектов и препятствовать столкновениям. Для этого применяют и программируют одномерные сонары, различные лидары, камеры глубины.

Также работа в замкнутом пространстве или окружении большого количества объектов не позволяет эффективно использовать GPS сигнал, поэтому необходимо применять другие инструменты и источники координат дрона. Это могут быть данные с бортовых камеры, камеры глубины, стереокамеры, которые работает по алгоритму SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).

Этот алгоритм ищет в потоке кадров специальные точки под названием features – это небольшие уголки или неоднородности. Этим точкам присваиваются дескрипторы, при помощи которых и осуществляется поиск координат в пространстве. Алгоритм достаточно сложен и требователен к вычислительным ресурсам техники, поэтому часто для этой цели используют камеру Intel RealSense T265 со встроенной микросхемой, которая реализует вычисления на аппаратном уровне.

Что получаем в итоге: для реализации автономного управления дроном необходимо разобраться с 3 основными вопросами:

1. Определение координат БПЛА в пространстве и выбор оптимального способа для этого: GPS приемника, либо системы, способной вычислить их прямо на борту через обработку видеопотока, при помощи алгоритма SLAM. Возможно, есть потребность использовать оба способа, чтобы беспилотник мог использовать и глобальные и локальные координаты.
2. Построение 3D карты окружения при помощи специальных сенсоров, лидаров, стереокамер.
3. Разработка софта для планирования маршрута и цели полета.

Кому подойдет курс

Курс обучения подойдет тем, кто имеет определенный опыт программирования:

Кому подходят бпла ?

Сегодня, дроны и БВС самолетного типа доступны не только крупным агрохолдингам и комплексам. Благодаря умеренной стоимости и распространенности обучающих курсов  по управлению аппаратами, съемку БЛА могут себе позволить средние и даже мелкие фермерские хозяйства.

Кроме того, совершенно не обязательно приобретать беспилотник. Его можно арендовать или заказать услугу с применением беспилотников у профессионалов.

Курс: программирование дронов от skillbox

Программирование дронов – это новое направление карьере, которое сейчас находится на стадии формирования. Оно пока практически представлено в традиционных образовательных учреждениях и онлайн-университетах.

Двигателем профильного дистанционного образования в России стал онлайн-университет SkillBox, который уже запустил 2-месячный курс для тех, кто хочет освоить программирования дронов. Он был разработан при поддержке МАИ, а лектором программы выступает тимлид RegisLab МАИ – Михаил Колодочка.

ПЕРЕЙТИ НА САЙТ

Недостатки беспилотников

Кроме преимуществ, работа с дронами и БВС самолетного типа имеет ряд недостатков, среди которых:

Потребительские дроны (consumer)

Это радиоуправляемые устройства, доступные широкому кругу покупателей, которые можно приобрести в магазине. Чаще всего это модели, которые можно использовать в качестве летающей камеры. Среди наиболее качественных и популярных моделей можно выделить DJI Phantom, RoboMaster S1, Mavic.

Чаще всего эти беспилотники используются для сьемки мероприятий, исторических объектов зданий. Для пилотирования используется специальный пульт управления. Функционал устройства позволяет использовать метод фотограмметрии и создавать 3D модели на основе серии фотографий из дрона.

Чаще всего этот тип управляется в ручном режиме, лишь изредка используется автономная работа по заданным GP-координатам. Технология FPV позволяет транслировать изображение с дрона в режиме реального времени. Ведущая компания на рынке потребительских дронов – DJI, хотя в последнее время ее догоняет по качеству и функциональности бренд Skydio и его дрон R2, который, как раз может работать в автономном режиме.

Лучшие дроны DJI для начала изучения:

1. DJI Ryze Tello. Один из флагманов этого бренда, который присутствует в программе DJI STEAM. Это очень компактная, но функциональная модель, которая весит всего 80 г, на ней удобно можно тренировать навыки пилотирования и управления, изучить основы программирования на Python, Scratch. БПЛА имеет 5-мегапиксельную камеру и может снимать с разрешением 720р, дает возможность легко подбирать оптимальные настройки и параметры для съемки. При этом управлять им можно при помощи специального мобильного приложения прямо со своего смартфона (iOS, Android), с легкостью делиться своими видео и фото в социальных сетях.
2. DJI Mini SE. Этот дрон был разработан специально для обучения продвинутых пользователей пилотированию. На борту этого устройства уже установлена профессиональная камера, которая снимает в 2,7К. Этот дрон не оснащен системами обнаружения и обхода препятствий, эти действия необходимо выполнять в ручном режиме, но он имеет много дополнительных возможностей для тренировки навыков пилотирования, хорошо управляем. Его максимальная высота – 3 тыс. метров, а максимальная скорость – 46,8 км/час.
3. DJI Mini 2. Считается наиболее продвинутой и современной моделью для обучения и аэрофотосъемки. Модель имеет мощный аккумулятор, передает видео на расстоянии до 10 км, обеспечивает качество съемки в разрешении 4К, оборудован встроенным стабилизатором.

Преимущества

Оставляй заявку на обучение, скачивай необходимый софт и делай первый шаг в профессию уже сегодня!

Более детальная информация на странице курса 👈

Преимущества бпла

Активный интерес к применению БЛПА вызван рядом выраженных преимуществ технологии:

Применение беспилотников помогает не только провести детальный анализ условий, влияющих на качество растительности, но и оптимизировать производство для получения максимально эффективного результата с рациональным использованием ресурсов. Регулярная съемка позволяет вносить данные в технические документы с учетом привязки к определенному времени для оценки последствий воздействия неблагоприятных условий.

Пример 1: dji

Для программирования проприетарного дрона DJI необходимо

девелоперский аккаунт.

Пример 2: pixracer r14

Pixracer — одно из поколений полетного контроллера Pixhawk, который широко используется в DIY-проектах.

Пример использования беспилотников  в хозяйстве

Задача

Выявление всхожести растений. Подсчет количества всходов подсолнечника.

Результат

По причине низкого качества работы высевающих комплексов расстояние между всходами было нестабильное, присутствовало большое количество пропусков и двойников. Сингуляция составляла 86%. Это было обнаружено и автоматически посчитано после мониторинга с беспилотникаАльбатрос М5.

Затраты

100 кв км* (4000 2000 2000) (полеты ОФП векторизация М1:2000) = 800 тыс. р.

Экономическая эффективность

В результате после переоборудования и настройки высевающих комплексов в следующем сезоне удалось значительно повысить качество посевов и получить сингуляцию всходов 98%. Это обеспечило прибавку к урожайности 8%.

Чистая прибыль 55 млн. руб.

Специальное предложение на беспилотный комплекс для сельского хозяйства.

Примеры программирования дронов

Учитывая разнообразие решений на рынке, мы не имеем возможности рассказать о всех вариациях в программировании дронов, но покажем, как это происходит на паре примеров.

Программа обучения

1. Вводный модуль. Студенты изучат основы летающей робототехники и историю беспилотных авиационных систем, узнают об основных направлениях разработки, видах навигации, специализированного ПО. Скачиваем, устанавливаем, подключаем программы, которые пригодятся нам в работе.
2. Основы навигационных и аппаратных комплексов БАС. Детальный разбор устройства аппаратов и принципов их работы. Слушатели получат базовое понимание имитационного моделирования, а также изучат типичные ошибки при разработке беспилотников.
3. Теория разработки дронов. Механика движения, теория автоматического управления, типовые системы.
4. Симулятор беспилотника. Знакомство с нелинейными математическими моделями, их прикладным применением, изучение оптимальных траекторий полета, систем управления беспилотниками, инструкция создания симулятора проекта.
5. Разработка специализированного ПО, знакомство с ROS (самый распространенный фреймворк для программирования дронов), системами имитационного моделирования, статистической обработкой информации, автопилотом PX4.
6. Техническое зрение для автономных беспилотников. Реперные маркеры и оптический поток.
7. Системы предотвращения столкновений. Узнаете, как строить карту и работать с системами обнаружения препятствий.
8. Планирование пути и облёт препятствий.
9. Настраиваемое ПО для группового полета. Разработаете систему для управления 5-10 БЛА.
10. Карьерные возможности.
11. Работа над итоговым проектом – полноценной системой полета дрона.

Птицы одного полёта

Скажем сразу, что в этой статье мы не планируем подробно останавливаться на военных и боевых БПЛА — по своей конструкции эти летательные аппараты намного ближе к классическим самолётам (или крылатым ракетам), поэтому список сильных и слабых сторон для них будет сильно отличаться от аналогичных параметров у коммерческих дронов, доступных для пользователей или бизнеса.

Итак, что же такое дрон? Само название происходит от английского drone, что можно перевести и как «трутень», и как «гул» или «жужжание». Термин отлично подходит для классических дронов-коптеров, но впервые был применён к беспилотным самолётам-мишеням ещё в 30-х годах прошлого века.

В зависимости от сферы применения, конструкция дрона может различаться, но общими знаменателями остаются наличие пропеллеров, которые необходимы для полёта и маневрирования в воздухе (в зависимости от их количества устройство может также называться моно- би- три- квадро- и т. д. коптером) и система связи, позволяющая управлять устройством дистанционно.

Резюмируя

Чтобы преуспеть в этой сфере, лучше начинать изучать ту отрасль заранее и с системным подходом. О том, что drone programming – это профессия будущего свидетельствует и тот факт, что робототехника и БПЛА сегодня активно изучаются в рамках кружков и учебных классов для детей в самых престижных образовательных учреждениях, ориентированных современные форматы обучения. Их руководители понимают, нужно с детства внедрять систему, которая подготовит ребенка к будущему.

Очевидно, рынок не будет ориентирован исключительно на развлекательную индустрию, уже сегодня можно говорить о его активном внедрении в различные сферы бизнеса, производства, медицины. Так что не упустите свой шанс стать редким специалистом в очень интересной профессии.

Тенденции использования беспилотников в россии

Дроны в сельском хозяйстве России – одно из самых перспективных направлений, на которое активно растет спрос. В интересах точного земледелия постоянно создаются и совершенствуются как аппараты, так и ПО, позволяющее в сжатые сроки собирать и обрабатывать полученные данные.

Для более активного развития беспилотников  на рынке России были снижены регуляторные барьеры и появились специальные программы для подготовки профессиональных операторов небольших БПЛА.

Благодаря такому подходу, устройства становятся одним из востребованных инструментов у крупных российских агрохолдингов, среди которых  “Мираторг” и “Степь”. 

Типы бпла

Исторически сложилось так, что беспилотники классифицируют по исполнению — самолетному и мультироторному. Мультироторные можно разделить по количеству винтов: монокоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры и т.д. Такие БПЛА получили широкое распространение, поскольку им не нужны дополнительные устройства для взлета и посадки.

Чем занимается полетный контроллер

Насколько легко или сложно управлять конкретным дроном, в том числе и программировать его, определяет полетный контроллер и его программное обеспечение. Именно на него ложится задача управления физикой полета. Благодаря контроллеру оператору достаточно знать только базовые понятия и определения, и нет необходимости защищать докторскую по аэродинамике, чтобы совершить первый полет.

Контроллер решает классические задачи по:

• ориентации беспилотника вокруг его центра масс;
• ориентации центра масс беспилотника в пространстве;
• движению БПЛА по маршруту;
• избежанию коллизий с другими беспилотниками, если это групповой полет, или с иными объектами. Например, есть много разработок безопасных дронов, которые не сталкиваются с людьми, — все зависит от конкретной задачи;
• управлению полезной нагрузкой — камерой, захватами для груза и т.п.;
• передаче информации, в частности, приему команд с пульта, если управление осуществляется вручную;
• корректировке полета, в т.ч. в больших формациях.

Полетный контроллер Arducopter

Полетный контроллер DJI A3

Полетные контроллеры присутствуют на рынке как самостоятельно, так и в составе готовых дронов.

Среди готовых решений широко известны китайские DJI. Вслед за полетным контроллером, шесть лет назад, китайцы предложили SDK, с которым можно создавать вполне профессиональные решения. Вот лишь небольшой список уже решенных задач:

Чему научитесь

1. Сможете запрограммировать автономные полеты БРЛА, а также группы взаимодействующих устройств.
2. Обрабатывать данные бортовых систем, проводить вычисления на их основе.
3. Создавать и настраивать оптимальную (виртуальную и реальную) траекторию движения.
4. Узнаете, как моделируются полеты.
5. Будете разбираться в составлении карты пространства.
6. Сможете создать систему обнаружения, распознавания и облёта препятствий.
7. Программировать систему управления, навигации.

Языки и среды разработки

В двух словах программирование дрона сводится к контролю координат промежуточных точек и высоты над землей с одновременным управлением полезной нагрузкой в зависимости от поставленной задачи.

Используемый для программирования язык, как и среда разработки, определяется системой управления, а в случае с проприетарными решениями — производителем контроллера.

Но пока на рынке царит настоящий зоопарк подходов и языков.

Часть производителей вообще предлагает собственные среды — как упомянутый выше DJI.

Сообщества, разрабатывающие опенсорсные полетные контроллеры, от них не отстают. Исторически сложилось, что большинство DIY решений основано на среде Arduino. Тот же Ardupilot в свое время разрабатывался для управления дроном с контроллером ATMega 2560, а в качестве среды разработки использовал оболочку Arduino.

Но сегодня этого уже недостаточно. Задачи, возложенные на беспилотники, усложняются, а вслед за этим растут требования к железу и ПО. Так что аппаратная составляющая меняется. Даже опенсорсные решения уже базируются не на контроллерах, а на полноценных процессорах с ARM-архитектурой (по аналогии со смартфонами).

Среды разработки, соответственно, также дорабатываются и усложняются. Они становятся кроссплатформенными, но пока все еще ориентированы на конкретный автопилот. И хотя на данный момент существуют общепринятые частные стандарты (например, передачи данных или взаимодействия беспилотников с наземными станциями), до выявления лидера среди языков разработки и SDK пока далеко.

С точки зрения гарантированного выбора направления развития этот этап становления рынка абсолютно непредсказуем. Однако именно сейчас время самых интересных проектов, ведь столько задач еще не решено!

Выводы и прогнозы

Общество всегда опасалось новых идей, но назвать дроны и БПЛА в целом чем-то новым уже не получается. В конце концов, появились они значительно больше века назад. Компании по всему миру активно заинтересованы в том, чтобы дроны продолжали летать, что можно заметить и по количеству новых стартапов, и по стабильному росту спроса на дроны в потребительском и коммерческом секторах — по прогнозам аналитиков этот рынок к 2025 году увеличится более чем вдвое по сравнению с 2020 годом (с 20,8 млрд до 51,97 млрд долларов США).