XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Комбинирование беспилотных систем
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мы живём в 21 веке и это век технологий.
С каждым годом мы сталкиваемся со всё большим количеством новых технологий, которые входят неудержимо в наш мир. Сами того не замечая, мы им подчиняемся и считаем, что так и нужно. Медленно, но верно, мы теряем свои свободы и меняем их на цифровое рабство.
Причина такой тенденции проста. Закончился индустриальный век. Мы переходим в цифровой век, столько людей как было раньше уже не нужно. Раньше, чтобы построить мост нужны были сотни инженеров, теперь благодаря программам, достаточно и десятка роботов. На заводах всё больше работают автоматические линии. Роботы начинают входить в нашу жизнь очень активно. Они встречаются во всех сферах человеческой деятельности. Практически всю работу они выполняют по определённой программе. Но что будет если соединить роботов или беспилотные устройства в одну систему?
Цель: Соединить беспилотные устройства в систему для решения широкого спектра задач.
Задачи:
Изучить информацию о том, что такое беспилотные аппараты и беспилотные системы.
Узнать, где применяются беспилотные системы и беспилотные аппараты.
Изучить перспективы развития беспилотных систем.
Предложить возможные варианты сопряжения беспилотных устройств в систему.
Беспилотные аппараты и системы
В настоящие время мы часто слышим слова беспилотные аппараты, беспилотные системы.
Беспилотные аппараты - это технические устройства, работающие без вмешательства человека в автономном режиме по одному или множеству алгоритмов, с правом его выбора, в зависимости от ситуации, либо от полученной команды от некого центра управления.
Если объединить несколько беспилотных устройств, то получается беспилотная система.
Беспилотная система - это совокупность беспилотных устройств, для выполнения и контроля поставленных задач из единого центра управления.
Применение беспилотных систем
На сегодняшний день беспилотные аппараты применяются в:
Археология (Использование данных, полученных при помощи беспилотных летательных аппаратов в археологических исследованиях);
Архитектура и градостроительство (Система с использованием беспилотного аппарата и специального ПО может автономно обследовать местность и формировать 2D и 3D карты и модели местности);
Аэротакси (Беспилотные аэротакси для доставки пассажиров в точку назначения.);
Экстренная доставка медицинских препаратов (Когда у человека сердечный приступ, трудно переоценить значение и важность каждой секунды до прибытия команды медиков. Если у человека перестало биться сердце, его еще можно спасти при помощи разряда дефибриллятора - однако доставить соответствующее оборудования к пациенту нужно очень быстро - за считанные минуты!);
Геологоразведка (Поиск и разведка полезных ископаемых с помощью БЛА.);
Доставка беспилотным аппаратом грузов (Доставка грузов разных габаритов без пилота в автономном варианте по запрограммированному маршруту, доставка медикаментов и биологических материалов, доставка пиццы, доставка почты, доставка товаров из интернет-магазина, транспортные системы на базе беспилотных аппаратов.);
МЧС (Беспилотные аппараты позволяют обеспечить своевременное обнаружение задымлений, лесных пожаров, а также провести обследование территории пожара, оконтурить территорию задымления, проанализировать состояние воздуха, наличие в нем вредных веществ и их концентрацию, чтобы определить зону поражения. Структуры типа МЧС используют беспилотные аппараты для профилактики чрезвычайных ситуаций, мониторинга чрезвычайных ситуаций, поиска людей после стихийных бедствий или пропавших людей, а также экстренной доставки необходимого туда, где это требуется в чрезвычайной ситуации.);
Метеорология и беспилотные аппараты (Изучение ураганов, тайфунов и других природных явлений в области метеорологии.);
Мониторинг протяженных объектов (2.5 млн км составляет общая протяжённость линий электропередачи в России. 900 тыс. км составляет общая протяженность газо- и нефтепроводов в России. Авиамониторинг данных объектов проводится как правило не реже раза в неделю.);
Дорожная полиция и беспилотные аппараты (На дорогах России стали появляться вот такие таблички, предупреждающие водителей о том, что за их действиями может следить летающий беспилотный аппарат с функцией фотофиксации нарушений.)
Рассмотрим применение беспилотных систем в наше время.
Шоу дронов.
Шоу дронов—это групповой полет нескольких беспилотных летательных аппаратов с красивыми визуальными эффектами.
Беспилотные системы, применяемые в военных целях, как авиационная разведка, уничтожение целей противника.
Могут использоваться в космосе для изучения планет, так например NASA уже запустило несколько БЛПА на красную планету.
1.2. Перспективы развития беспилотных систем
В дальнейшем беспилотные системы могут применяться не только в авиации. Они будут и наземными, и водными, и подводными, а может быть даже и подземными.
Наземные - это, к примеру, беспилотные танки, бронемашины, военные роботы.
Подводный - это водный беспилотный аппарат (дрон) или беспилотная подводная лодка, беспилотный батискаф.
Подводный дрон – это герметичная электронно-механическая система, способная стать эффективным инструментом при исследовании морских глубин.
А подземные - это беспилотные аппараты, которые под землёй в шахтах будут показывать изображение людям, находящихся снаружи. Новые подземные беспилотные аппараты займутся изучением и 3D-картированием старых шахт. Удалённо, управляемый пилотом, аппарат сможет изучать состояние шахты и ее несущих конструкций, определять состояние и места обрушения кровли, находить и вести мониторинг скопления воды, а также осуществлять поиск когда-то пропущенных при разработке участков, богатых полезными ископаемыми.
Так же беспилотные аппараты могут применяться и в транспорте. Ими будут беспилотные автобусы, троллейбусы и трамваи. Они будут перевозить пассажиров по городу с минимальными рисками совершения ДТП.
Сопряжение беспилотных систем
Сегодня напрашивается создание отдельной программы для сопряжение беспилотных устройств в систему.
Когда между двумя и более устройствами произошло сопряжение, то данные устройства беспрепятственно могут обмениваться информацией между собой!
Под "обмениваться информацией" подразумевается, что вы можете отправлять, принимать файлы, слушать музыку, смотреть видео используя одно устройство в виде передатчика, а второе в качестве приемника. Точно так же работает и эта программа , но она сопряжает не 2 устройства, а намного больше. В каждом устройстве должен стоять определённый модуль, как Bluetooth или что то подобное. При в ходе в приложение пользователь может ввести серийный номер своего устройства и управлять им на большом расстоянии. Ее можно сделать на базе существующих операционных систем таких как Android или IOS, а можно создать новую. Программа должна объединить все устройства в одну базу данных. В ней должно быть простое управление и понятный каждому человеку интерфейс, должны присутствовать пошаговые инструкции, которые помогут пользователю более быстро понять приложение. На главном экране должны быть показания всех приборов и датчиков в устройстве, и должна быть страница, перейдя на которую человек, мог сам программировать своё устройство.
Практическое применение беспилотных систем
Различные беспилотные системы можно применять на практике.
«Умный» дом.
Умный дом - это робот, который взаимодействует с другими устройствами. Предположим имеется определенная программа на нашем компьютере или смартфоне, по управлению. Мы можем задавать различные программы дому, например, сами выбирать температуру или влажность воздуха, задать команду, чтобы дом нам вызвал такси и так далее.
В частном доме возможностей программирования намного больше.
В частном доме наверняка есть сад или огород, за которым нужно следить. Например, хозяин уехал на длительный срок, но за садом нужно ухаживать, его нужно опрыскивать, переодически поливать, очищать от травы и т. д.
Пользователь в приложении сам может установить определенные действия, которые в нужное время будут выполняться без участия человека.
Если нужен периодический полив, то автоматические устройства будут увлажнять сад в промежутке какого-то времени. В зависимости от погоды, пользователь может менять это время, или дом сам будет предлагать время, опираясь на датчики, расположенные по всему периметру участка.
«Умный» дом – это пример удобной системы, которая, будет использоваться нами уже через несколько лет. С помощью управления «умным» домом, пользователь видит свою недвижимость на расстоянии, при этом он может ей управлять и программировать.
«Лучшая система для наблюдения»
Система связанная с дронами будет очень популярна в сфере наблюдения.
Имеется дрон самолетного типа, и он играет роль носителя. Также его задача показывать картинку общим планом.
На него прикрепляются несколько маленьких (вспомогательных) квадрокоптеров массой не более 300 грамм. Они выполняют функцию подробного просмотра территории на небольшом участке. То есть, они в нужный момент слетают с большого(главного) дрона и летят к определенной точке для ее подробного обследования.
Эту систему можно использовать в воздухе для любых целей.
Тушение пожаров. Летит носитель, обнаруживает пожар, передает информацию в некий центр управления, затем с него слетает вспомогательный дрон, подлетает максимально близко и делает детальный облет, в котором видны все детали пожара. Оператор сам решает какое количество пожарных машин нужно отправить на тушение.
Можно использовать для мониторинга нефте - или газопроводов. Носитель с помощью тепловизора обнаруживает утечку или поломку, сообщает компании, после того как вспомогательный дрон сделает облёт, в компанию поступает информация с точечными координатами аварии.
Так же, в военных целях эта система будет отличным разведчиком. Или для создания 3D карт с очень высокой точностью. Её могут использовать археологи для обнаружения старых вещей.
Эта система показывает, в каких сферах будут использовать дроны в будущем.
«Умные» мусорные баки.
Система с мусорными баками очень актуальна в наше время. Сейчас экология городов и планеты очень плохая. С этой глобальной проблемой нужно бороться и система с мусорными баками в некоторой части решит данную задачу.
Часто на мусорных площадках, контейнеры бывают переполненными или полупустыми, компании по вывозу ТБО не могут мониторить наполняемость контейнеров. В каждый контейнер можно поставить специальные датчики, которые бы контролировали наполняемость контейнеров. Такие датчики называются - датчиками наполняемости.
Принцип действия такого прибора: сфокусированный луч освещает мишень, отражённый от мишени луч возвращается к датчику и освещает светочувствительную линейку. По тому, какие ячейки линейки были освещены, определяется угол отражения, а по углу отражения — расстояние до мишени. Результат измерения представляется в виде аналогового сигнала с изменяющимся пропорционально расстоянию напряжением. Результаты показаний выводятся на монитор оператора.. Система сама просчитает количество мусоровозов, которые нужно отправить на каждую мусорную площадку.
Создав эту систему, решается часть проблем экологии. Баки сами контролируют свою наполняемость и вызывают мусоровозы на площадки. Тем более баки будут по раздельному сбору мусора, это большой плюс, потому что будут специальное мусоровозы, которые ездят по всем площадкам и сгружают отдельный вид мусора затем везут на переработку.
2.1.4 «Умный» транспорт
Современные конструкторы хотят сделать автомобиль с автопилотом. Например, в компании Tesla автопилот уже используют с помощью прибора Lidar.
Lidar это специальное устройство, которое определяет и видит объекты на большом расстоянии, независимо от того, какое время на улице: день или ночь. Он так же отлично видит в любую погоду и даже если объект находится под снегом.
Если весь транспорт в городе сделать на автопилоте, то получится система под названием «Умный» транспорт.
Система будет состоять из умных остановок, умного депо, умного транспорта.
Рассмотрим остановки. С развитием городов и ростом численности городского населения, а, следовательно, и увеличения количества общественного и личного транспорта, возникает вопрос централизованного управления автомобильным трафиком, составление дорожных карт. Одним из составляющих решения данной проблемы является использование умных остановок на улицах города. Умные остановки оснащены интеллектуальной информационной системой, которая позволяет получать данные о расписании следования маршрутных транспортных средств, времени ожидания, стоимости проезда и т.д. На каждой остановке будет стоять прибор, который считывает человека, для того чтобы определить какое количество людей находится на остановке и ждет транспорт.
Например, по маршруту №1 ходят автобусы с интервалом в 5 минут, но на каждой остановке автобус под номером 1 ждут около 10 человек, автобусы всегда наполнены людьми и практически не ездят пустыми. Есть маршрут №2, где автобусов ездит меньше чем на №1, и люди ждут автобус по 20-25 минут, а сами автобусы ездят пустыми. В определенный момент из депо передается информация нескольким автобусам под номером 1, а они в свою очередь меняют маршрут на номер 2 и ездят по нему, тем самым решая проблему нехватки транспорта на маршруте №2.
Используя «умный» транспорт, мы увеличиваем безопасность движения на дорогах, потому что на каждом автомобиле будут камеры кругового обзора, различные парктроники и датчик Lidar. Большинство аварий случаются из-за человеческого фактора, а здесь человека как водителя не будет, и аварии станут практически невозможными. Транспорт станет электрическим, и экология в городе улучшится в разы.
Если рассматривать такси, то в автомобиле будут стоять только кресла для пассажиров и будут созданы комфортные условия. Не будет специальной сферы жизнеобеспечения для водителя. Машины станут компактнее.
Уже сейчас в Российской компании КАМАЗ создали прототипы беспилотных такси и беспилотного грузовика. В грузовике нет кабины, есть только грузовой отдел.
Заключение
В ходе работы была выполнена поставленная цель и решены задачи, а именно:
Изучена информация, о том, что такое беспилотные системы и как они работают
Изучена информация, где применяются беспилотные аппараты и беспилотные системы.
Изучен спектр развития беспилотных систем
Предложены авторские варианты сопряжения различных беспилотных устройств в систему, для решения широкого спектра задач.
Беспилотные системы значительно упростят нашу жизнь в будущем, будут различные программы по настройке своего устройства. Мы сможем ими управлять через огромное количество километров. В этом проекте рассматривалась только маленькая часть беспилотных систем, которые в дальнейшем будут окружать нас повсюду.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
https://topwar.ru/109318-vmeste-luchshe-razrabotki-koncepcii-sovmestnoy-raboty-pilotiruemyh-i-bespilotnyh-sistem.html/
https://yandex.ru/turbo/warbook.club/s/voennaya-tehnika/samolety/bpla/
https://bespilot.com/tekhnologii
Антти Суомалайнен: Беспилотники: автомобили, дроны, мультикоптеры. – М.: ДМК-Пресс, 2018.
https://uav-siberia.com/news/postroenie-sistem-svyazi-bespilotnykh-letatelnykh-apparatov-dlya-peredachi-informatsii-na-bolshie-ra/
https://profpv.ru/kak-vybrat-ramu-dlya-kvadrokoptera-os/
https://yandex.ru/turbo/rozetked.me/s/articles/11175-chto-takoe-lidar
https://zen.yandex.ru/media/botanik/tehnologicheskie-tendencii-21-veka-kotorye-privedut-k-bolshim-problemam-5ed7adaa27fb6c647cd4d79b