АҚПАРАТТЫ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ БЕРУДЕ ҰШҚЫШСЫЗ ҰШУ АППАРАТТАРЫН ҚОЛДАНУДЫҢ КЕЙБІР МӘСЕЛЕЛЕРІ
АҚПАРАТТЫ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ БЕРУДЕ ҰШҚЫШСЫЗ ҰШУ АППАРАТТАРЫН ҚОЛДАНУДЫҢ КЕЙБІР МӘСЕЛЕЛЕРІ
Алтаев Альжан Сагымбекулы
магистрант, Алматы энергетика және байланыс университеті,
Қазақстан, Алматы
SOME ISSUES OF THE USE OF UNMANNED AERIAL VEHICLES IN THE PROCESSING AND TRANSMISSION OF INFORMATION
Alzhan Altayev
Graduate student, Almaty University of Power Engineering and Telecommunications,
Kazakhstan, Almaty
АҢДАТПА
Мақалада ақпаратты өңдеу және беруде ұшқышсыз ұшу аппараттарын қолданудың кейбір мәселелері туралы түсінік берілген. Ұшқышсыз ұшу аппараттарына тән тіршілікке қабілеттілік қасиеттері келтірілген. Ұшқышсыз ұшу аппараттарына өмірлік циклінің барлық кезеңінде қалай қамтамасыз етілетіні және сақталатындығы көрсетілген. Ұшқышсыз ұшу аппараттарын пайдалану мақсатты бағыттар бойынша зерттеулерде назар аударылды. Ұшқышсыз ұшу аппараттарын шығару барысында дизайнның негізгі аспектілері, сонымен қатар жаңа мүмкіндіктер зерттелуі керек, ұшақ саясаты, ережелері және басқару ескерілген.
Ұшу аппараттарын пайдалану параметрлері; атап айтқанда аэронавигациялық базалық станциялар және ұялы байланыс пайдаланушыларың талабы келтірілген. Пилотсыз ұшу аппараттары көптеген салаларда, соның ішінде ауылшаруашылығы, көлік, қадағалау және апаттарды басқару саласында қолданылады. Ұшу аппараттарын шалғай аудандар үшін сымсыз қамтамасыз ету үшін пайдалануға болады. Аккумулятор қуаты шектеулі болғандықтан зарядтау үшін зарядтау станциясының сыйымдылығы ескерілген. Бұл мәселені шешу үшін күн батареялары орнатылғаны айтылған. Ұшақ ұшақтарының классификациясын бес түрге жіктеуге болады.
ҰҰА кейбір негізгі элементтері жалпы болып табылады, бұл элементтерге мыналар жатады: қабілет қоршаған ортаны сезіну және қабылдау, талдау қабілеті, байланыс, жоспарлау және бортта шешім қабылдау компьютерлер, сондай-ақ жүргізуді қажет ететін әрекеттер алгоритмдері. Хабар-ошарсыз кеткен адамдарды табу үшін датчиктері бар ұшақтар қолданылады.
ABSTRACT
The article explains some of the issues of using unmanned aerial vehicles in the processing and transmission of information. The characteristics of the viability of unmanned aerial vehicles are given. It shows how unmanned aerial vehicles are maintained and maintained throughout their entire life cycle. The use of unmanned aerial vehicles has attracted the attention of targeted research. In the production of unmanned aerial vehicles, it is necessary to investigate key design aspects, as well as new functions, taking into account the policies, regulations and controls for aircraft.
Aircraft operating parameters; in particular the requirements of aeronautical base stations and mobile users. Unmanned aerial vehicles are used in many fields, including agriculture, transportation, surveillance and disaster management. The aircraft can be used to provide wireless communications in remote areas. Due to the limited capacity of the battery, charging takes into account the capacity of the charging station. Solar panels are said to have been installed to solve this problem. According to the classification of aircraft, five types can be distinguished.
Some of the key elements of an NNA are common, these include: the ability to sense and perceive the environment, the ability to analyze, communicate, plan and accept on-board computers for decision-making, and the algorithms for actions to be performed. Sensors are used to locate missing persons.
Түйінді сөздер: ақпаратты өңдеу және беру, ұшқышсыз ұшу аппараттары, пайдаланудың мақсатты бағыттары, аэронавигациялық базалық станциялар, сымсыз байланыс, күн батареялары, бортта шешім қабылдау компьютерлері, датчиктер.
Keywords: information processing and transmission, unmanned aerial vehicles, target areas of use, aviation base stations, wireless communications, solar panels, on-board decision-making computers, sensors.
Ұшқышсыз ұшу аппараттары (ҰҰА) көптеген азаматтық қосымшаларда қолданыла алады орналастырудың қарапайымдылығы, техникалық қызмет көрсетудің төмен құны, жоғары ұтқырлық және ұшу мүмкіндігі [1]. Бұл көлік құралдары нақты уақыт режимінде трафикті бақылауға, сымсыз қамтуды қамтамасыз етуге арналған, қашықтықтан зондтау, іздеу-құтқару жұмыстары, жеткізу тауарлар, қауіпсіздік және қадағалау, дәлме-дәл егіншілік және азаматтық инфрақұрылымды зерттеу.
Ұшқышсыз ұшу аппараттарын пайдалану өсіп келеді, нақты уақыттағы мониторингті, сымсыз қамтуды, қашықтықтан зондтауды қоса алғанда, көптеген азаматтық қосымшаларда жылдам іздеу-құтқару, жүктерді жеткізу, қауіпсіздік және қадағалау, нақты егіншілік және азаматтық инфрақұрылым инспекциясы. Ақылды ҰҰА - бұл әр түрлі қосымшаларда жаңа мүмкіндіктер ашуға уәде беріп, ұшқышсыз ұшу техникасының кезекті үлкен революциясы, әсіресе азаматтық инфрақұрылымда қауіпті азайту тұрғысынан және төмен құны.
Ұшқышсыз ұшу аппараттарын пайдаланудың мақсатты бағыттары. Ұшқышсыз ұшу аппараттарын пайдалану мақсатты бағыттар бойынша зерттеулерге назар аударуға тырысады атап айтқанда, маршруттау, ақпаратты өңдеу және үздіксіз беру және энергия тиімділігі:
- инфрақұрылым мен мамандандырылған ұшу аппараттарының желілерін ажырату;
- серверлер немесе клиенттер рөлін атқаратын қосымшалар;
- жұлдыз немесе торлы желілері және орналастыру параметрлері
- кідірістер мен апаттардан қорғалған. Содан кейін олар назар аударады
- маршруттаудың негізгі мәселелері, үздіксіз тапсыру және энергия
- ұшу аппараттарының желілеріндегі тиімділік.
Ұшқышсыз ұшу аппараттарын шығару барысында дизайнның негізгі аспектілері, сонымен қатар жаңа мүмкіндіктер зерттелуі керек. Ұшақ саясаты, ережелері және басқару.
Үлестірілген өңдеу бағдарламаларын келесі санаттарға жіктейді:
1) жалпы мақсаттағы үлестірілген өңдеу қосымшалар,
2) объектілерді анықтау,
3) қадағалау,
4) қадағалау,
5) мәліметтерді жинау,
6) маршрутты жоспарлау,
7) навигация,
8) соқтығысу болдырмау,
9) үйлестіру,
10) экологиялық бақылау.
Ұшу аппараттары және жаңа әлеуетті рөл ұшу аппараттарын қолдану технологиялар, олардың потенциалын ашып, ұшу аппараттарын жан-жақты зерттеу қажет.
Негізгі екі нәрсені зерттейді: ұшу аппараттарын пайдалану параметрлері; атап айтқанда аэронавигациялық базалық станциялар және ұялы байланыс пайдаланушылары.
Сонымен қатар, ұшу аппараттарын шешуге, сондай-ақ талдауға қажет математикалық құралдар мен әдістерді сипаттайды. ҰҰА қол жетімді сымсыз желілерді пайдаланады. Қол жетімді каналды жан-жақты зерттеу өлшеу науқандары, ауқымды және кішігірім арнасының модельдері, олардың шектеулері мен болашақ зерттеуге арналған бағыттары.
Ұшақ байланыс сценарийлері, ұшу аппараттарының каналдарын модельдеуге деген көзқарастардың заманауи перспективасы және осыған байланысты болашақ зерттеу міндеттерін белгілеу қажет.
Пилотсыз ұшу аппараттары көптеген салаларда, соның ішінде ауылшаруашылығы, көлік, қадағалау және апаттарды басқару саласында маңызды мемлекеттік қызмет көрсетушіге айналады деп күтілуде.
Атап айтқанда, маңызды сұрақтар белгіленді:
- ҰҰА пайдалы жүктемесінің әлемдік нарықтық құны, пайдалы жүктеме тасымалдайтын барлық жабдықтарды қамтиды.
Мысалы, камералар, датчиктер, радарлар, лидарлар, байланыс құралдары, қару-жарақ және басқалары.
- ҰҰА -ның өмір сүру ұзақтығына, биіктігіне, салмағына, пайдалы жүктемесіне, диапазонына, жанармайына байланысты классификациясы. 3 түрі, операциялық күрделілігі, қамту ауқымы және қолдану саласы.
- Ұшақ ұшқыштарының азаматтық қолданылуы және олармен проблемалар бар
Азаматтық авиациялық ұшуларға мыналар жатады: нақты уақыт режимінде трафикті бақылау, сымсыз байланыс қамту, қашықтықтан зондтау, іздеу және құтқару, жеткізу тауарлар, қауіпсіздік және қадағалау, дәлме-дәл егіншілік, және азаматтық инфрақұрылымды тексеру. Әр түрлі қосымшаларда, мысалы, зарядтау, соқтығысу сияқты негізгі ұшу аппараттарының мәселелерінің проблемаларын болдырмау, сондай-ақ желілік және қауіпсіздік мәселелері.
Мысалы, мәселені шешуде ұшу аппараттарын шалғай аудандар үшін сымсыз қамтамасыз ету үшін пайдалануға болады. Аккумулятор қуаты шектеулі болғандықтан зарядтау үшін зарядтау станциясының сыйымдылығы ескерілген. Бұл мәселені шешу үшін күн батареялары орнатылды. ҰҰА алынған күн энергиясын жинап, оны түрлендіреді электр қуаты үшін ұзақ рейстерге арналған [2]. Болашақ технологиясы ретінде лазерлік сәулеленуді қарастырамыз, осылайша түнде күн энергиясы кезінде қосымша энергиямен қамтамасыз етеміз, қыста жоғары ендіктерде қол жетімді емес немесе минималды.
Бұл осындай ұшқышсыз ұшақтардың күндіз-түні бірнеше апта бойы ұшуына мүмкіндік береді [3].
Ұшақ ұшақтарының классификациясы
Ұшақ ұшақтарының классификациясын бес түрге жіктеуге болады.
олардың жұмысына сәйкес. Дрондардың осы бес түрі жер үсті құралдары, пилотсыз ұшу аппараттары, пилотсыз жердегі көлік құралдары көлік құралдары (су бетінде жұмыс істейтін), басқарылмайтын су астындағы көлік құралдары және басқарылмайтын ғарыш аппараттары. Ұшқышсыз көлік құралдары қашықтан басқарылатын және автономды болуы мүмкін [4].
ҰҰА кейбір негізгі элементтері жалпы болып табылады, бұл элементтерге мыналар жатады: қабілет қоршаған ортаны сезіну және қабылдау, талдау қабілеті, байланыс, жоспарлау және бортта шешім қабылдау компьютерлер, сондай-ақ жүргізуді қажет ететін әрекеттер алгоритмдері.
ҰҰА жүйелерінің екі түрі бар: бірыңғай жүйелері, және көп мақсатты ұшқышсыз ұшақтар. Бірыңғай ұшқышсыз ұшу жүйесі көрсетілген Бірінші кезеңде құтқару тобы іздеуді анықтайды іздеу әрекеті сканерлеу арқылы басталады шолу немесе жылу бейнелеу камерасымен жабдықталған бір ұшқышсыз ұшуды қолданатын мақсатты аймақ.
Содан кейін, әуе/нақты уақыттағы суреттер мақсатты аймақ жерді басқару жүйесіне (GCS) жіберіледі. Бұл бейнелер мен суреттерді құтқару тобы талдайды іздеу-құтқару жұмыстарын оңтайлы басқарады [8].
Ұшып-қонып ұшатын жүйелерде хабар-ошарсыз кеткен адамдарды табу үшін датчиктері бар ұшқышсыз ұшақтар қолданылады. Келесі процестер қолданылатын SAR операцияларын қорытындылайды осы жүйелер. Біріншіден, құтқару тобы маршрутты жоспарлауды жүзеге асырады, іздеу-құтқару миссиясының оңтайлы траекториясын есептеу. Кейінірек, әрбір әуе қорғанысында GCS-тен тағайындалған жолды алады. Екіншіден, іздеу процесі басталды. Бұл үдеріс барысында барлық ұшқышсыз ұшу аппараттары мақсатты аймақты сканерлеу үшін алдын-ала белгіленген траектория бойынша жүреді. Бұл процесте объектіні анықтау, бейне/кескін беру және қолданылады соқтығысты болдырмау әдістері. Үшіншіден, ашылу процесі басталды. Бұл үдеріс барысында объектіні анықтайтын ұшқышсыз ұшу ұшады, ал басқа ұшқыштар жеңілдету үшін реле түйіндерінің рөлін атқарады барлық ұшқышсыз ұшу аппараттары мен GCS байланысы арасындағы үйлестіреді.
ҰҰА деректерді тарату режиміне өтеді және GCS-пен көп сайтты байланыс сілтемесін орнатылады. Соңында, мақсатты және байланысты бейнелердің орны және кескіндер GCS-ке жіберіледі. Іздеу-құтқару жұмыстарын қолдау үшін көп мақсатты ұшқышсыз ұшақтарды қолданылады [9]. Берілген мақсатты аймақты қарау үшін (әсер етілген) борттық камераларды қолдана отырып, жоғары ажыратымдылықтағы суреттер мен бейнелерді түсіру аймағын қарайды. Мәселен, апаттан кейін ұшқышсыз ұшу аппараттары әуе байланысы үшін қолданылады:
1. Жолды жоспарлау процесс. Сақтау команда анықтайды мақсатты іздеу GCS аумағы.
2. GCS есептеулері оңтайлы траектория іздеу-құтқару миссиясы.
3. Іздеу процесі: Ұшақ ұшақтары оларды қадағалайды.
4. Табу процесі. Ұшақ ұшқышын анықтау объектінің үстінен.
5. Басқа ҰҰА -дар әрекет етеді, байланыс релелік желі жасалады.
6. ҰҰА кең таралған режимде ауыстырылады. Реттеу көп сілтеме байланысы GCS-пен байланыста жүзеге асады.
7. GCS GPS-ті анықтау үшін координаттар мақсатты нысандарды пайдаланады.
Іздестіру-құтқару жұмыстарында бірнеше ұшқышсыз ұшқыштары бар жүйелерді қолдану, жоғалған адамдар үшін GPS координаттарын анықтау, зиянды бағалау немесе бағалау. Бұл бағалауға көмектеседі инфрақұрылымға келтірілген зиян мөлшері, апат бағалаудан кейін құтқару топтары мүмкін мақсатты іздеу аймағын анықталады және SAR сәйкесінше іздеу операцияларын бастайды [10].
2) ҰҰА пайдаланатын іздеу-құтқару жұмыстарын автономды, дәл және қосымша тәуекелдерсіз орындауға болады. Alcedo жобасында прототипі жеңіл дронның көмегімен жасалды, жоғалған адамдарды табуға көмектесетін GPS-пен жабдықталған.
Капстоун жобасында [11], қолдау үшін ұшу аппараттарын қолдану қар көшкіні сценарийлеріндегі іздеу-құтқару жұмыстары зерттеледі.
Геоақпараттық жүйе (ГАЖ) мәліметтеріді пайдаланылатын ұшу аппараттары термиялық инфрақызыл бейнелеуді қолданады және мұндайда көшкін құрбандарын іздеу үшін сценарийлер, ұшқышсыз ұшу аппараттары қолданылуы мүмкін.
3) ҰҰА зардап шеккендерге тамақ, су және дәрі-дәрмектер жеткізу үшін де пайдалануға болады. Ұшақ ұшқыштарын пайдалану кезінде SAR операциялары ықтимал қауіпті көрсетуге көмектеседі. Ұшақ экипаждары ҰҰА сыйымдылығының аздығынан зардап шегеді, сондықтан, мәселелерді масштабтау және олардың пайдалы жүктемесін шектеу қойылады. Тік ұшу және қону мүмкіндігі бар ұшу аппараттары соңғы кезде жақсы дамыған. Ұшу аппараттарына ауыр жүкті 10- жүк көтеруге мүмкіндік беру үшін, 15 кг дәрі-дәрмек, тамақ пен суды қосқанда, тіпті қуатты отын жүйесі іске қосылды.
4) ҰҰА жылдам қызмет ету үшін әуе базалық станциялары құрылады, табиғи апаттардан зардап шеккен аудандардағы зақымды жою үшін коммуникациялық инфрақұрылым қалпына келтіріледі.
5) ҰҰА пайдаланудың мүмкіндік беретін ережелер қабылданады. Және ол, ҰҰА болуы мүмкін іздеу-құтқару топтарының жұмысын үйлестіру үшін қолданылады [12].
6) Ауа-райының жағдайы ҰҰА үшін қиындықтар тудырады, өйткені олар алдын-ала анықталған жолдардан ауытқуларға әкелуі мүмкін.
7) Табиғи апаттар немесе цунами сияқты техногендік апаттар болған жағдайда, сыртқы пайдаланушылар үшін сымсыз қамтуды қамтамасыз ету үшін UAV пайдалану.
8) Пайдаланушылар үшін сымсыз қамтуды қамтамасыз ету үшін ұшу аппараттары қолданылады. Дауылдар немесе террористік актілер, ауа-райы қатал болып келетін түбегейлі қиындықтарда көмекке келеді.
9) Энергетикалық шектеулер: энергияны тұтыну – бірі әуе қорғаныстарында (ӘҚҚ) алдында тұрған маңызды міндеттер. Әдетте ӘҚҚ және өзге қажеттілікте батарея үнемі зарядталған болуы керек. Ұшақ ұшқыштары батареялары ұшқышсыз ұшу үшін қолданылады, сымсыз байланыс, деректерді өңдеу және кескінді талдау зерделеніп отырады.
10) Табиғи апаттардан зардап шеккен аймақтар бойынша ұзақ уақыт кейбір SAR операцияларында ұшқышсыз ұшақтар жұмыс істеуі керек. Қуатты тұтынуды азайту ұшу аппараттарының борттағы деректерді және нысан жағдайын талдауды аппараттарының қуаты шектеулері туралы шешім қабылдау керек, және ол нақты уақыт режимінде жүзеге асыруы керек.
Қорытынды
ҰҰА функциялары қолдануға байланысты әр түрлі болуы мүмкін олардың нақты тапсырмасына сәйкес келеді. Сондықтан ҰҰА кез-келген классификациясы олардың әртүрлілігін ескеруі керек ерекшеліктері, өйткені олар әртүрлі азаматтық үшін кеңінен қолданылады [5]. Нақтырақ айтқанда, әр платформада ұшқышсыз ұшақтардың негізгі түрлері және әрқайсысының мысалдары. Атап айтқанда, мұндай параметрлер ҰҰА -ның төзімділігі, максималды биіктігі, салмағы, пайдалы жүктемесі, ауқымы, орналастыру уақыты, отын түрі, жұмысының күрделілігі, ассортименті, қолдану салалары және ұшулардың әр түріне арналған мысалдар.
ҰҰА солардың бірі болып саналады, әсіресе қолдауда үлкен артықшылық қоғамдық қауіпсіздік, іздеу-құтқару жұмыстары және апаттарды басқару. Табиғи апаттар немесе су тасқыны сияқты техногендік апаттар болған жағдайда, цунами немесе террористік актілер, оның ішінде маңызды инфрақұрылым. Сумен жабдықтау және электрмен жабдықтау, көлік және телекоммуникация жүйелері табиғи апатқа ішінара немесе толықтай әсер етуі мүмкін.
Бұл қосылымды қамтамасыз ететін жылдам шешімдерді қажет етеді, құтқару жұмыстарын қолдау үшін қашан байланыс желілері бұзылған, ұшу аппараттары қамтамасыз ете алады, табиғи апаттар туралы уақтылы ескерту және құтқару жұмыстарын жеделдетуге көмек қалпына келтіру операциялары. Ұшақ ұшқыштары медициналық құралдарды да жеткізе алады, қол жетімсіз деп жіктелген аймақтар. Кейбірінде апатты улы газдың енуі, орман өрттері, қар көшкіні, және із-түзсіз жоғалған адамдарды іздестіру үшін іздеу-құтқару жұмыстарын қолдау мен жеделдетудің рөлі [6]. Оның үстіне, ҰҰА үлкен аумақты жылдам қамтуы мүмкін қатысты қызметкерлердің қауіпсіздігін қамтиды.
Өкінішке орай, жыл сайын көп ақша мен уақыт бар дәстүрлі әуе жүйелерін қолдана отырып, іздеу-құтқару жұмыстарына жұмсалады [7]. Ұшақ ұшақтары қажетті ресурстарды азайтуға көмектеседі жедел-іздестіру-құтқару жұмыстарын қолдайды.
Әдебиеттер тізімі:
- С.Хаят, Э.Янмаз және Р.Музаффар, «Пилотсыз әуедегі сауалнама Азаматтық қосымшаларға арналған көлік құралдары: байланыс тұрғысынан», IEEE коммуникациялық сауалнамалары және оқулықтары, т. 18, 2016 ж.
- Л.Гупта, Р.Джейн және Г.Васкун, «Ұшақ ұшақтарындағы маңызды мәселелерге шолу байланыс желілері », IEEE Communications Surveys & Tutorials, т. 18, 2016 ж.
- Н. Х.Мотлаг, Т. Талеб және О. Арук, «Төмен биіктіктегі ұшқышсыз әуе көлік құралдарына негізделген интернет-қызметтері: кешенді сауалнама және болашақ перспективалар », IEEE Интернет заттар журналы, т. 3, б. 899–922, 2016 ж.
- М.Мозаффари, В.Саад, М.Беннис, Ю.-Х. Нам, және М.Дебба, «Сымсыз желілерге арналған ұшу аппараттарына арналған нұсқаулық: қосымшалар, қиындықтар және ашық мәселелер»: 2018 ж.
- В.Хаваджа, И.Гувенц, Д.Матолак, У.-С. Фибиг және Н.Шнеккенбергер, «Әуе-жер тарату арналарын модельдеу бойынша зерттеу пилотсыз ұшу құралдары: 2018 ж.
- Ю. Ценг, Р. Чжан және Т. Дж. Лим, «Сымсыз байланыс ұшқышсыз ұшу аппараттары: мүмкіндіктер мен қиындықтар», IEEE Communications Magazine, т. 54, 2016 ж.
- А.Кумбар, Ф.Кохифар, И.Гувенцо және Б.Мюллер, Сауалнама, коммуникациялар үшін мұра мен жаңа технологиялар» IEEE Communications Surveys, т. 19, 2017 ж.
- Ю.Сун, Д.В.К.Нг, Д.Су, Л.Дай және Р.Шобер, “Ресурс күн сәулесінен қуат алатын ұшу аппараттарының байланыс жүйелеріне бөлу»: 2018 ж.
- N. A. F. Sheet, «Ұшақ ұшқыштары үшін лазерлік қуат», NASA, 2014.
- PwC, «Дрон технологиясының коммерциялық қосымшаларының ғаламдық нарығы» Қол жетімді: https://press.pwc.com/
- Т.Келли, «Коммерциялық ұшқышсыз ұшқыштарға деген сұраныс», (Ақпан 2018 ж. Қол жетімді): https: //www.theatlantic.com / технология / мұрағат / 2017/01
- Д. Джоши, «Коммерциялық пилотсыз ұшу аппараттарының (ҰҰ) нарықтық талдауы салалық трендтер, компаниялар» (Қол жетімді Ақпан 2018). Қол жетімді: http://www.businessinsider.com/ коммерциялық-uav-нарықты талдау-2017-8