Современные технологии в области обнаружения и развития пожаров на сегодняшний день развиваются очень стремительно. Новейшие разработки могут удивить не только своим внешним видом, к примеру в области тушения и ликвидации последствий стихийных бедствий на сегодняшний день применяют роботизированную технику.
В нашей статье мы расскажем Вам о еще одной принципиально новой технологии которая активно внедряется и используется в современном мире.
Методический план-конспект доступен по кнопке «Скачать»
Беспилотная авиация может найти широкое применение для решения специальных задач, когда использование пилотируемой авиации невозможно или экономически невыгодно:
- осмотр труднодоступных участков границы,
- наблюдение за различными участками суши и водной поверхности,
- определение последствий стихийных бедствий и катастроф,
- выявление очагов лесных пожаров, выполнение поисковых и других работ.
Применение БПЛА позволяет дистанционно, без участия человека и без подвергания его опасности, проводить мониторинг ситуации на достаточно больших территориях в труднодоступных районах при относительной дешевизне.
Типы
По принципу полета все БПЛА можно разделить на 5 групп (первые 4 группы относятся к аппаратам аэродинамического типа):
- с жестким крылом (БПЛА самолетного типа);
- с гибким крылом;
- с вращающимся крылом (БПЛА вертолетного типа);
- с машущим крылом;
- аэростатические.
Кроме БПЛА перечисленных пяти групп существуют также различные гибридные подклассы аппаратов, которые по их принципу полета трудно однозначно отнести к какой-либо из перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые совмещают качества аппаратов самолетного и вертолетного типов.
С жестким крылом (самолетного типа)
Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с жестким крылом. Подъемная сила данных аппаратов создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большой длительностью полета, большой максимальной высотой полета и высокой скоростью.
Существует большое разнообразие подтипов БПЛА самолетного типа, различающихся по форме крыла и фюзеляжа. Практически все схемы компоновки самолета и типы фюзеляжей, которые встречаются в пилотируемой авиации, применимы и в беспилотной.
С гибким крылом
Это дешевые и экономичные летательные аппараты аэродинамического типа, в которых в качестве несущего крыла используется не жесткая, а гибкая (мягкая) конструкция, выполненная из ткани, эластичного полимерного материала или упругого композитного материала, обладающего свойством обратимой деформации. В этом классе БПЛА можно выделить беспилотные моторизованные парапланы, дельтапланы и БПЛА с упруго деформируемым крылом.
Беспилотный моторизованный параплан – аппарат на основе управляемого парашюта-крыла, снабжённый мототележкой с воздушным винтом для автономного разбега и самостоятельного полёта. Крыло обычно имеет форму прямоугольника или эллипса. Крыло может быть мягким, иметь жесткий или надувной каркас. Недостатком беспилотных моторизованных парапланов является трудность управления ими, так как навигационные датчики не имеют жесткой связи с крылом. Ограничение на их применение оказывает также очевидная зависимость от погодных условий.
С вращающимся крылом (вертолетного типа)
Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с вращающимся крылом. Часто их называют также – БПЛА с вертикальным взлетом и посадкой. Последнее не совсем корректно, так как в общем случае вертикальный взлет и посадку могут иметь и БПЛА с неподвижным.
Подъемная сила у аппаратов этого типа также создается аэродинамически, но не за счет крыльев, а за счет вращающихся лопастей несущего винта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль. Очевидными преимуществами БПЛА вертолетного типа являются способность зависания в точке и высокая маневренность, поэтому их часто используют в качестве воздушных роботов.
С машущим крылом
БПЛА с машущим крылом основаны на бионическом принципе – копировании движений, создаваемых в полете летающими живыми объектами – птицами и насекомыми. Хотя в этом классе БПЛА пока нет серийно выпускаемых аппаратов и практического применения они пока не имеют, во всем мире проводятся интенсивные исследования в этой области. В последние годы появилось большое количество разных интересных концептов малых БПЛА с машущим крылом.
Главные преимущества, которые имеют птицы и летающие насекомые перед существующими типами летательных аппаратов – это их энергоэффективность и маневренность. Аппараты, основанные на имитации движений птиц, получили название орнитоптеров, а аппараты, в которых копируются движения летающих насекомых – энтомоптерами.
Аэростатические
БПЛА аэростатического типа – это особый класс БПЛА, в котором подъемная сила создается преимущественно за счет архимедовой силы, действующей на баллон, заполненный легким газом (как правило, гелием). Этот класс представлен, в основном, беспилотными дирижаблями.
Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха, представляющий собой комбинацию аэростата с движителем (обычно это винт (пропеллер, импеллер) с электрическим двигателем или ДВС) и системы управления ориентацией. По конструкции дирижабли подразделяются на три основных типа: мягкий, полужёсткий и жёсткий. В дирижаблях мягкого и полужёсткого типа оболочка для несущего газа мягкая, которая приобретает требуемую форму только после закачки в неё несущего газа под определённым давлением.
В дирижаблях мягкого типа неизменяемость внешней формы достигается избыточным давлением несущего газа, постоянно поддерживаемым баллонетами – мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух. Баллонеты, кроме того, служат для регулирования подъемной силы и управления углом тангажа (дифференцированная откачка/закачка воздуха в баллонеты приводит к изменению центра тяжести аппарата).
Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней части оболочки жесткой (в большинстве случаев на всю длину оболочки) фермы. В жёстких дирижаблях неизменяемость внешней формы обеспечивается жестким каркасом, обтянутым тканью, а газ находится внутри жёсткого каркаса в баллонах из газонепроницаемой материи. Жесткие дирижабли в беспилотном исполнении пока практически не применяются.
Одноразовые для мониторинга лесных пожаров
Одноразовые БПЛА для мониторинга лесных пожаров
Когда нам говорят про беспилотные летательные аппараты, мы представляем себе скрытные и смертоносные самолеты, патрулирующие зону боевых действий. Однако два представленных БПЛА меняют свою область применения на более мирную.
Основное назначение представленных моделей – борьба с лесными пожарами, отслеживание пожарной обстановки на больших площадях, а также поиск людей.
Созданные доктором Полом Паундсем, из университета Квинсленда, Австралия, дроны спроектированы максимально дешевыми в изготовлении, что позволяет им стать одноразовыми.
Концепт одноразового БПЛА в виде бумажного самолетика
Первый образец представляет собой подобие бумажного самолетика, изготовленный из целлюлозного материала, в которые впечатаны электронные компоненты. Планер не имеет двигателя, однако снабжен небольшими элеронами в хвостовой части, которые позволяют направлять его к цели.
Концепт БПЛА «Samara»
Второй концепт из лаборатории доктора имеет кодовое имя «Samara». На первый взгляд, он выглядит довольно странно и напоминает кленовое семечко. В центре устройства размещена жесткая печатная плата, на которой размещены электронная начинка и сенсоры. К контейнеру с электроникой прикреплено «крыло» на жестком каркасе.
При использовании на местности, охапку одноразовых дронов выбрасывают с самолета над исследуемой местностью. Медленно и аккуратно, вращаясь, они опускаются на землю, попутно собирая с помощью сенсоров и передавая в центр управления необходимые данные.
Классификация
Некоторые классы зарубежной классификации отсутствуют в РФ, лёгкие БПЛА в России имеют значительно большую дальность и т.д. Согласно российской классификации, которая ориентирована преимущественно пока только на военное назначение аппаратов.
БПЛА можно систематизировать следующим образом:
- Микро– и мини–БПЛА ближнего радиуса действия – взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25-40 км;
- Лёгкие БПЛА малого радиуса действия – взлётная масса 5-50 кг, дальность действия 10-70 км;
- Лёгкие БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса 50-100 кг, дальность действия 70-150 (250) км;
- Средние БПЛА – взлётная масса 100-300 кг, дальность действия 150-1000 км;
- Средне-тяжёлые БПЛА – взлётная масса 300-500 кг, дальность действия 70-300 км;
- Тяжёлые БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70-300 км;
- Тяжёлые БПЛА большой продолжительности полёта – взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км;
- Беспилотные боевые самолёты – взлётная масса более 500 кг, дальностью около 1500 км.
Применяемые БПЛА
Гранад ВА-1000
Комплекс воздушной разведки Гранад ВА-1000
ZALA 421-16E
Для технического оснащения МЧС России беспилотными летательными аппаратами, российскими предприятиями разработано несколько вариантов, рассмотрим некоторые из них:
Это беспилотный самолет большой дальности (рис. 1.) с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой с инерциальной коррекцией (GPS/ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным трехосевым магнитометром, модулем удержания и активного сопровождения цели («Модуль AC»), цифровым встроенным фотоаппаратом, цифровым широкополосным видеопередатчиком C-OFDM-модуляции, радиомодемом с приемником спутниковой навигационной системы (СНС) «Диагональ ВОЗДУХ» с возможностью работы без сигнала СНС (радиодальномер) системой самодиагностики, датчиком влажности, датчиком температуры, датчиком тока, датчиком температуры двигательной установки, отцепом парашюта, воздушным амортизатором для защиты целевой нагрузки при посадке и поисковым передатчиком.
Данный комплекс предназначен для ведения воздушного наблюдения в любое время суток на удалении до 50 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. Беспилотный самолет успешно решает задачи по обеспечению безопасности и контролю стратегически важных объектов, позволяет определять координаты цели и оперативно принимать решения по корректировке действий наземных служб. Благодаря встроенному «Модулю АС» БПЛА в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами. При отсутствии сигнала СНС – БПЛА автономно продолжит выполнение задания.
Рис. 1. БПЛА ZALA 421-16E
ZALA 421-08M
Выполнен по схеме «летающее крыло» – это беспилотный самолет тактической дальности с автопилотом, имеет подобный набор функций и модулей, что и ZALA 421-16E. Данный комплекс предназначен для оперативной разведки местности на удалении до 15 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. БПЛА ZALA 421-08M выгодно отличается сверхнадежностью, удобством эксплуатации, низкой акустической, визуальной заметностью и лучшими в своем классе целевыми нагрузками.
Данный летательный аппарат не требует специально подготовленной взлетно-посадочной площадки благодаря тому, что взлет совершается за счет эластичной катапульты, осуществляет воздушную разведку при различных метеоусловиях в любое время суток.
Транспортировка комплекса с БЛА ZALA 421-08M к месту эксплуатации может быть осуществлена одним человеком. Легкость аппарата позволяет (при соответствующей подготовке) производить запуск «с рук», без использования катапульты, что делает его незаменимым при решении задач. Встроенный «Модуль АС» позволяет беспилотному самолету в автоматическом режиме вести наблюдение за статичными и подвижными объектами, как на суше, так и на воде.
Рис. 2. БПЛА ZALA 421-08M
ZALA 421-22
Это беспилотный вертолет с восемью несущими винтами, средней дальности действия, со встроенной системой автопилота (рис. 3). Конструкция аппарата складная, выполнена из композитных материалов, что обеспечивает удобство доставки комплекса к месту эксплуатации любым транспортным средством.
Данный аппарат не требует специально подготовленной взлетно- посадочной площадки из-за вертикально-автоматического запуска и посадки, что делает его незаменимым при проведении воздушной разведки в труднодоступных районах.
Успешно применяется для выполнения операций в любое время суток: для поиска и обнаружения объектов, обеспечения безопасности периметров в радиусе до 5 км. Благодаря встроенному «Модулю АС» аппарат в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами.
Рис. 3. БПЛА ZALA 421-22
Phantom 3 Professional
Представляет собой следующее поколение квадрокоптеров DJI. Он способен записывать видео 4K и передавать видеосигнал высокой четкости прямо из коробки. Камера интегрирована в подвес, для максимальной стабильности и весовой эффективности при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.
Комплект Phantom 3 Professional
Функции Phantom 3 Professional
Камера и подвес: Phantom 3 Professional вы снимает 4K видео с частотой до 30 кадров в секунду и делает 12 мегапиксельные фотографии, которые выглядят четче и чище, чем когда-либо. Улучшенный сенсор камеры дает вам большую ясность, низкий уровень шума, и лучшие снимки, чем любая предыдущая летающая камера.
HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, основана на системе DJI Lightbridge.
DJI Intelligent Flight Battery: 4480 mAh DJI Intelligent Flight Battery имеет новые элементы и использует интеллектуальную систему управления батареями.
Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, а визуальное позиционирование позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.
ТТХ Phantom 3 Professional
| БАС Фантом-3 | |
| Вес (с батареей и винтами) | 1280 г. |
| Максимальная скорость набора высоты | 5 м/с |
| Максимальная скорость снижения | 3 м/с |
| Максимальная скорость | 16 м/с (при режиме ATTI в безветренную погоду) |
| Максимальная высота полета | 6000 м |
| Максимальное время полета | Приблизительно 23 минуты |
| Рабочий диапазон температур | От – 10° до 40° С |
| Режим GPS | GPS/GLONASS |
| Подвес | |
| Охват | Угол наклона: от – 90° до + 30° |
| Визуальное позиционирование | |
| Диапазон скоростей | < 8 м/с (на высоте 2 метра над землей) |
| Диапазон высот | 30-300 см. |
| Рабочий диапазон | 30-300 см. |
| Рабочие условия | Ярко освещенные (> 15 люкс) поверхности с контурами |
| Камера | |
| Оптика | EXMOR 1/2.3”
Эффективные пиксели: 12,4 млн. (всего пикселей: 12,76 млн.) |
| Объектив |
Угол обзора 94° 20 мм (эквивалент формата 35 мм) f/2,8 |
| Регулировка ISO | 100-3200 (видео) 100-1600 (фото) |
| Выдержка электронного затвора | 8 с. – 1/8000 с. |
| Максимальный размер изображения | 4000×3000 |
| Режимы фотосъемки |
Покадровая Серийная съемка: 3/5/7 кадров Автоматический экспобрекетинг (АЭБ) брекетинг кадра 3/5 при вилке 0,7EV Замедленная съемка |
| Поддерживаемые форматы карт SD |
Микро-SD Максимальная емкость 64 Гб. Требуемый класс скорости: 10 или UHS-1 |
| Режимы видеосъемки |
FHD: 1920×1080p 24/25/30/48/50/60 fps HD: 1280×720p 24/25/30/48/50/60 fps |
| Максимальная скорость сохранения видео | 60 Мб/с |
| Поддерживаемые форматы файлов |
FAT32/exFAT Фото: JPEG, DNG Видео: MP4/MOV (MPEG-4 AVC/H.246) |
| Рабочий диапазон температур | От -10° до 40° С |
| Пульт дистанционного управления | |
| Рабочая частота | 2,400 ГГц – 2,483 ГГц |
| Дальность передачи | 2000 м (вне помещений без наличия препятствий) |
| Порт вывода видео | USB |
| Рабочий диапазон температур | От -10° до 40° С |
| Батарея | 6000 мАч, литий-полимерная 2S |
| Держатель мобильного устройства | Под планшеты и смартфоны |
| Мощность передатчика (EIRP) | ФКС: 20 дБМ; СЕ: 16 дБм |
| Рабочее напряжение | 1,2 А при 7,4 В |
| Зарядное устройство | |
| Напряжение | 17,4 В |
| Номинальная мощность | 57 Вт |
| Батарея Intelligent Flight (PH3 – 4480 мАч – 15,2 В) | |
| Емкость | 4480 мАч |
| Напряжение | 15,2 В |
| Тип батареи | Литий-полимерная 4S |
| Полный заряд | 68 Вт*ч |
| Вес нетто | 365 г |
| Рабочий диапазон температур | От -10° до 40° С |
| Максимальная мощность зарядки | 100 Вт |
Phantom 3 Professional
Рис. 4. БПЛА Phantom 3 Professional
Inspire 1
Inspire 1 является новым мультикоптером способным записывать 4K видео и передавать видеосигнал высокой четкости (до 2 км) к нескольким устройствам прямо из коробки. Оснащен убирающимся шасси, камера может беспрепятственно поворачиваться на 360 градусов. Камера интегрирована в подвес для максимальной стабильности и весовой эффективность при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.
Комплект Inspire 1
Функции Inspire 1
Камера и подвес: Запись видео до 4K и фотографии 12-мегапикселей. Присутствует место для установки нейтральных (ND) фильтров для лучшего контроля экспозиции. Новый механизм подвеса, позволяет быстро снять камеру.
HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, это усовершенствованная версия системы DJI Lightbridge. Также существует возможность управление с двух пультов ДУ.
Шасси: Убирающиеся шасси, позволяют камере беспрепятственно делать панорамы.
Аккумулятор DJI Intelligent Flight Battery: 4500 мАч использует интеллектуальную систему управления батареями.
Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, и визуальное позиционирование, позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.
Рис. 5. БПЛА Inspire 1
Все характеристики перечисленных выше БПЛА представлены в таблице 1 (кроме Phantom 3 Professional и Inspire 1 так как указаны в тексте)
Обучение на операторов беспилотных летательных аппаратов
ТТХ Inspire 1
| БПЛА | ZALA 421-16E | ZALA 421-16ЕМ | ZALA 421-08М | ZALA 421-08Ф | ZALA 421-16 | ZALA 421-04М |
| Размах крыла БПЛА, мм | 2815 | 1810 | 810 | 425 | 1680 | 1615 |
| Продолжительность полета, ч(мин) | >4 | 2,5 | (80) | (80) | 4-8 | 1,5 |
| Длина БПЛА, мм | 1020 | 900 | 425 | – | – | 635 |
| Скорость, км/ч | 65-110 | 65-110 | 65-130 | 65-120 | 130-200 | 65-100 |
| Максимальная высота полета, м | 3600 | 3600 | 3600 | 3000 | 3000 | – |
| Масса целевой нагрузки, кг(г) | До 1,5 | До 1 | (300) | (300) | – | До 1 |
Преимущества
Можно выделить следующие:
- осуществляют полеты при различных погодных условиях, сложных помехах (порыв ветра, восходящий или нисходящий воздушный поток, попадание БПЛА в воздушную яму, при среднем и сильном тумане, сильном ливне);
- проводят воздушный мониторинг в труднодоступных и удаленных районах;
- являются безопасным источником достоверной информации, надежное обследование объекта или подозреваемой территории, с которой исходит угроза;
- позволяют предотвращать ЧС при регулярном наблюдении;
- обнаруживают ЧС (лесные пожары, горение торфяников) на ранних стадиях;
- исключают риск для жизни и здоровья человека.
Беспилотный летательный аппарат предназначен для решения следующих задач:
- беспилотный дистанционный мониторинг лесных массивов с целью обнаружения лесных пожаров;
- мониторинг и передача данных по радиоактивному и химическому заражению местности и воздушного пространства в заданном районе;
- инженерная разведка районов наводнений, землетрясений и других стихийных бедствий;
- обнаружение и мониторинг ледовых заторов и разлива рек;
- мониторинг состояния транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, линий электропередач и других объектов;
- экологический мониторинг водных акваторий и береговой линии;
- определение точных координат районов ЧС и пострадавших объектов.
Мониторинг осуществляется днем и ночью, в благоприятных и ограниченных метеоусловиях. Наряду с этим беспилотный летательный аппарат обеспечивает поиск потерпевших аварию (катастрофу) технических средств и пропавших групп людей. Поиск проводится по заранее введенному полетному заданию или по оперативно изменяемому оператором маршруту полета. Он оснащен системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами.
Во время полета, как правило, управление беспилотным летательным аппаратом автоматически осуществляется посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входят:
- приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS;
- система инерциальных датчиков, обеспечивающая определение ориентации и параметров движения беспилотного летательного аппарата;
- система датчиков, обеспечивающая измерение высоты и воздушной скорости;
- различные виды антенн.
Бортовая система связи функционирует в разрешенном диапазоне радиочастот и обеспечивает передачу данных с борта на землю и с земли на борт.
Решаемые задачи
Можно классифицировать на четыре основные группы:
- обнаружение ЧС;
- участие в ликвидации ЧС;
- поиск и спасение пострадавших;
- оценка ущерба от ЧС.
В таких задачах старший оператор должен оптимальным образом выбрать маршрут, скорость и высоту полета ДПЛА, чтобы охватить район наблюдения за минимальное время или количество пролетов с учетом секторов обзора телевизионной и тепловизионной камер.
При этом необходимо исключать двукратный или многократный пролет одних и тех же мест с целью экономии материальных и людских ресурсов.
Дополнительный материал доступен по кнопке «Скачать» после статьи.
