Дроны для управления прибрежной природой

Джастин мэнли • 20 марта 2019

Замедленная съемка перехода EagleRay с моря на небо (кредит NCSU)

Беспилотник VTOL над заливом Монтерей. (Кредит: MBARI)

Демонстрация коммерческого обследования гексакоптера. (Фото: Дж. Мэнли)

Беспилотные воздушные системы (БАС), обычно называемые беспилотными летательными аппаратами, оказывают все большее воздействие в морской сфере. По мере того как возможности этих платформ увеличивались, их вклад в морскую науку, оборону и промышленность возрастал. Признавая это, Альянс за прибрежные технологии (ACT) и Северо-восточная региональная ассоциация систем наблюдений за прибрежными и океанскими районами (NERACOOS) при поддержке Интегрированной системы наблюдений за океаном (IOOS) США организовали семинар по практическому использованию беспилотных летательных аппаратов для решения проблем управления. Проблемы в прибрежных зонах в Национальном устьевом научно-исследовательском заповеднике Уэллса (WNERR) в Уэллсе, штат Мэн, в конце 2018 года. Семинар был разработан с целью облегчения обмена информацией и передовым опытом для поддержки быстро растущего применения дронов в управлении прибрежными районами.

Резюме семинара
Цели семинара заключались в том, чтобы подвести итоги о состоянии технологий в БАС, предназначенных для исследований и мониторинга, собрать примеры текущего использования в этой области, понять ограничения и проблемы логистики, связанные с БАС, разработать лучшие практические методы управления и анализа данных / анализа, и опишите будущие разработки и применения систем наблюдения за прибрежным океаном. Полный отчет о семинаре доступен на веб-сайте ACT (www.act-us.info).

Семинар также стремился изучить проблемы действительно количественного мультиспектрального и гиперспектрального дистанционного зондирования в прибрежных морских средах, а также правовые вопросы и вопросы конфиденциальности, связанные с использованием беспилотников в общественных и частных землях и океанских пространствах.
В целях содействия широкому вкладу и межсекторальному обмену информацией участниками семинара были разработчики и поставщики технологий UAS в частном секторе, ученые-исследователи, разрабатывающие и / или использующие UAS, а также сотрудники государственных учреждений, имеющие опыт использования UAS или

Данные БАС или работающие над вопросами управления, которые могут быть решены с помощью БАС.

В первый день семинара были проведены полевые демонстрации трех типов БАС: квадрокоптер, фиксированное крыло и гексакоптер.

Второй и третий дни были панельными сессиями с презентациями по таким темам, как:

• беспилотники для обследования мест обитания
• Дроны для обнаружения и мониторинга вредоносного цветения водорослей (HAB) во Флориде
• Беспилотники как инструмент для съемки приливных болот на трех участках на восточном побережье, побережье Мексиканского залива и западном побережье
• Использование беспилотников для прибрежных / морских трансект и других исследований в заливе Монтерей
• Разработка беспилотных летательных аппаратов, работающих в воздушной и морской среде.

Уэллс Национальный заповедник эстуариев приветствует дронов. (Фото: Дж. Мэнли)

После каждого группового заседания проводились обсуждения в секционных группах. Пленарные заседания включали в себя доклады секционных групп, обсуждения в группах и дискуссионные темы в больших группах. Среди ключевых выносимых сообщений из презентаций и обсуждений были следующие:

• Хотя БАС являются новым инструментом управления прибрежными зонами, их ценность была продемонстрирована для широкого спектра применений, таких как картирование среды обитания, мониторинг дикой природы, обнаружение обесцвечивания кораллов, управление моллюсками, обнаружение морского мусора, мониторинг изменения береговой линии, управление пляжами и песчаные ресурсы, картирование зон затопления, осмотр мостов и других сооружений.
• БАС также может быть полезен во многих других контекстах управления, таких как обнаружение и отслеживание вредоносного цветения водорослей (ВЦВ), мониторинг взаимодействия человека и животных, мониторинг качества воды, отслеживание загрязнителей и мониторинг устойчивости приливно-отливных болот.
• Менеджеры стремятся использовать дроны, но не всегда понятно, как их использовать. Важно начать с вопроса: «Что такое вопрос или проблема управления?». Это определит, какие данные необходимы и как их следует собирать, которые могут быть беспилотниками.
• Как и в случае с любыми данными, данные о дронах необходимо преобразовать в информацию, которая затем может быть использована для управления.
• Использование беспилотников для получения точных количественных геопространственных данных является сложной задачей и требует передовых технических навыков и знаний. Как правило, необходимо нанять специалистов по беспилотным операциям и обработке данных.
• Лучшие практики использования беспилотников для сбора геопространственных данных хорошо известны. Руководство по передовой практике доступно в таких публикациях, как электронная книга PrecisionHawk Beyond the Edge и План управления данными беспилотных летательных аппаратов USGS на 2015 год.
• Участники семинара определили короткое время полета из-за ограничений батареи как одно из самых больших ограничений в технологии дронов в настоящее время. Другие желаемые технологические улучшения включают расширенные возможности полезной нагрузки, модульность, позволяющую беспилотникам нести различные полезные нагрузки / датчики, всепогодные возможности, «более умные» беспилотники с ситуационной осведомленностью, увеличенную емкость хранения данных, стандартизацию типов данных, усовершенствования в управлении данными, такие как - обработка данных на борту и возможности, которые выходят за рамки изображений и дистанционного зондирования, такие как развертывание устройств для отбора проб воды.
• Законы и нормативные акты ограничивают использование беспилотников для исследований и управления океанами и прибрежными районами. Например, беспилотники могут летать только ниже 400 футов и должны всегда оставаться в пределах прямой видимости пилота. Каждый беспилотник должен управляться специальным лицензированным пилотом, что означает, что несколько беспилотников не могут управляться одним пилотом, как в рое. Еще одним важным соображением является то, что неопределенность в отношении потенциальных изменений в законах и нормативных актах затрудняет планирование исследований.
• Тестирование и оценка платформ и датчиков UAS независимой организацией, такой как ACT, будут полезны для исследователей, менеджеров и технических специалистов.

Основные технологии
На семинаре было представлено несколько инновационных технологий. Ключевой проблемой для всех беспилотных систем являются полезные нагрузки. В ходе этого семинара исследователи из Научно-исследовательского института аквариумов Монтерей-Бей (MBARI) обсудили вопрос об использовании Flightwave Edge, гибридного трехколесного самолета с неподвижным крылом. Он может взлетать и приземляться с использованием технологии вертикального взлета и посадки (VTOL). Он также может плавно переходить от зависания к прямому полету и обратно. Его сменная система полезной нагрузки с поворотным замком позволяет операторам выполнять несколько миссий, используя один самолет. Операторы MBARI использовали этот беспилотник в сочетании с тепловизором FLIR для термического картирования фронта. Они также использовали камеры с очень высоким разрешением и были в состоянии идентифицировать животных в воде, в этом примере медузу, а также птиц в полете.

В дополнение к полевым результатам, полученным от MBARI и других научных пользователей, семинар представил новые идеи для беспилотных летательных аппаратов, которые могут работать как в воздухе, так и под водой. Университет штата Северная Каролина представил концепцию междоменных автономных транспортных средств (XAV). Благодаря спонсорской поддержке DARPA и партнерству с Teledyne Scientific эта команда создала беспилотный летательный аппарат, который может летать и плавать. Эта система, получившая название EagleRay, была разработана и тщательно протестирована в период с 2015 по 2016 год. Автомобиль EagleRay представляет собой гибрид UAV-UUV на основе конструкции VTOL с фиксированным крылом. Две итерации были построены и продемонстрировали полный цикл плавать-летать-плавать. Версия 2 включает аппаратное обеспечение автопилота и датчики для автономной работы. Пассивно заполняемые / осушаемые отсеки позволяют автомобилю достигать почти нейтральной плавучести, но быстро сбрасывают балластную воду при выходе. Также были протестированы две конструкции компенсатора активной плавучести. Привод пропеллера приводится в движение бесщеточными электродвигателями. Как отдельные воздушные и водные двигатели, так и системы двойного назначения были испытаны

Другой новой технологией, обсуждавшейся на семинаре, был SeaHawk от Igloo Innovations. Существует два варианта этого нового дизайна: SeaHawk Alfa и SeaHawk Chimera. Alfa очень похож на типичный квадрокоптер и работает аналогично в воздухе. В отличие от квадрокоптера, на «Альфе» находится съемный буй, содержащий беспроводную телеметрию до станции управления. Когда транспортное средство погружается в воду, буй остается на поверхности и привязывается к транспортному средству, поддерживая связь. Буй может быть снят для полностью автономных подводных операций. Alfa имеет грузоподъемность 5 кг (10 фунтов) и максимальную скорость полета 60 км / ч (37 миль в час). Специальная подводная силовая установка перемещает Alfa со скоростью до 4 узлов в погруженном состоянии. Его рабочая глубина составляет 50 м (150 футов), и он может работать в течение приблизительно 60 минут в любой среде. Химера похожа на Альфа, за исключением того, что транспортное средство остается на поверхности, и только полезная нагрузка разворачивается под водой. С грузоподъемностью до 20 кг (40 фунтов) автомобиль предназначен в качестве модульной платформы для перевозки более широкого диапазона полезных нагрузок, чем Alfa. Например, полезная нагрузка может представлять собой ROV или AUV, обеспечивающие расширенные возможности подводной съемки. Химера также может парить над водой и опускать пробоотборное устройство для отбора проб с минимальным воздействием на поверхность воды.

Дискуссии, демонстрации и презентации новых технологий на семинаре ACT были впечатляющими. Читатели, заинтересованные в дополнительной информации, могут связаться с ACT.

Вверху и внизу: летающий / плавательный дрон SeaHawk (Авторские права: новинки Igloo)