УПРАВЛЕНИЕ БПЛА В СЛОЖНОЙ ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ, РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИЙ ИНТЕГРАЦИИ БПЛА В СУЩЕСТВУЮЩУЮ ИНФРАСТРУКТУРУ ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА

UAV MANAGEMENT IN A COMPLEX URBAN ENVIRONMENT, DEVELOPMENT OF STRATEGIES FOR INTEGRATING UAVS INTO EXISTING AIRSPACE INFRASTRUCTURE

Ildar Islamgulov

сadet, branch of the Military Educational Scientific Center of the Air Force "Air Force Academy" in Chelyabinsk,

Russia, Chelyabinsk

Mikhail Zyatkov

Сadet, branch of the Military Educational Scientific Center of the Air Force "Air Force Academy" in Chelyabinsk,

Russia, Chelyabinsk

Vladimir Vanin

scientific adviser, assistant professor, branch of the Military Educational Scientific Center of the Air Force "Air Force Academy" in Chelyabinsk,

Russia, Chelyabinsk

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассмотрим особенности городской среды для БПЛА, ключевые проблемы, с которыми сталкиваются операторы дронов, а также технологии и методы, помогающие решать эти задачи.

ABSTRACT

In this article, we will look at the features of the urban environment for UAVs, the key problems faced by drone, as well as technologies and methods to help solve these problems.

Ключевые слова: городская среда, беспилотный летательный аппарат, безопасность полетов, плотность застройки, воздушная навигация.

Keywords: urban environment, UAV, flight safety, building density, air navigation.

1. Особенности городской среды для управления БПЛА

Городская среда представляет собой сложную и динамичную систему, где беспилотные летательные аппараты должны эффективно и безопасно работать. Рассмотрим наиболее важные особенности городской среды, которые влияют на работу БПЛА.

Одной из главных характеристик городских территорий является высокая плотность застройки. В мегаполисах БПЛА приходится маневрировать между многочисленными высотными зданиями, жилыми комплексами, торговыми центрами и другими сооружениями. Строительные объекты и их элементы, такие как рекламные баннеры, антенны, лестницы и проводка, создают препятствия, которые требуют точной навигации и быстрого реагирования на изменения в окружении. Особое внимание нужно уделить разнице в высотах зданий, так как БПЛА необходимо учитывать не только горизонтальные, но и вертикальные препятствия. Помимо этого, плотность застройки может влиять на радиус покрытия беспилотника. Например, в местах с высокой концентрацией высотных зданий или в исторических центрах городов, где много узких улочек, дрону может быть сложнее определить свое местоположение с высокой точностью.

В городской среде БПЛА подвержены значительным радиочастотным помехам, возникающим из-за множества источников электромагнитных излучений. Это мобильные телефоны, спутниковые передатчики, системы Wi-Fi, телевизионные и радиопередатчики, а также множество других устройств, использующих радиочастотные спектры. В результате сигналы от этих источников могут существенно ухудшить связь дронов с операторами, особенно в местах с низким качеством GPS-сигнала, таких как подземные районы или участки, окруженные высокими зданиями.

Эти помехи могут повлиять на точность навигации дронов, а также на способность БПЛА эффективно обмениваться данными с центром управления или другими беспилотниками.

Многоуровневая инфраструктура города оснащена сложной многоуровневой инфраструктурой: транспортные развязки, мосты, эстакады, туннели, а также объекты, находящиеся под землей. Эта сложность сильно ограничивает возможности для свободного движения дронов. Для обеспечения безопасного полета необходимо учитывать высоту, расположение объектов и другие параметры окружающей инфраструктуры.

2. Проблемы и вызовы при управлении БПЛА в городе

Густонаселенные районы крупных городов могут потребовать работы нескольких дронов одновременно в одном воздушном пространстве. Это порождает риск столкновений, а также усложняет координацию полетов. Для безопасного функционирования дронов в таких условиях разрабатываются системы управления воздушным движением для БПЛА, такие как UTM (UAS Traffic Management).

Эти системы позволяют координировать действия нескольких беспилотников, отслеживать их маршруты и предотвращать столкновения. Они обеспечивают взаимодействие дронов с существующими системами управления воздушным движением, что особенно важно для обеспечения безопасности в зонах с плотным воздушным движением.

В городах существуют зоны с ограниченным воздушным пространством, такие как аэропорты, военные объекты, правительственные учреждения и другие важные инфраструктурные объекты. БПЛА должны учитывать эти ограничения и избегать пересечения с пилотируемыми воздушными судами. Нарушение воздушных коридоров может привести к серьезным последствиям, включая столкновения с другими летательными аппаратами. В некоторых случаях существуют и ограничения по высоте полета, чтобы дрон не пересекал опасные зоны, например, близость к высокоэтажным зданиям. Важно, чтобы дрон мог точно учитывать эти параметры при планировании маршрута.

3. Методы управления и технологии для решения проблем

Современные БПЛА оснащены высокоразвитыми автономными системами управления полетом, которые позволяют беспилотникам работать без постоянного вмешательства человека. Эти системы используют искусственный интеллект и машинное обучение для анализа данных с датчиков и камер, а также для принятия решений в реальном времени.

Автономные системы позволяют дрону адаптироваться к изменениям в окружающей среде, быстро реагировать на появление новых препятствий и эффективно планировать маршруты. Это значительно повышает безопасность полетов, снижает нагрузку на операторов и сокращает вероятность ошибок.

Системы SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) становятся ключевыми для навигации БПЛА в городской среде, где GPS может быть ненадежен. SLAM помогает дрону одновременно строить карту окружающей среды и отслеживать свое местоположение в реальном времени, используя данные с камер и других датчиков. Камеры с высоким разрешением, инфракрасные сенсоры и системы стереозрения также играют важную роль в точной навигации. Эти технологии позволяют дрону распознавать объекты на пути и точно определять свое положение в пространстве, даже при слабом освещении и плохой видимости.

Лидарные датчики используются для создания 3D-карт окружающего пространства, что позволяет точно измерять расстояние до объектов и избегать столкновений. Лидар помогает дрону не только видеть объекты в трехмерном пространстве, но и создавать более точные карты для навигации.

Ультразвуковые датчики, в свою очередь, особенно полезны для работы на малых высотах. Они помогают измерять расстояние до земли или объектов, что важно для предотвращения столкновений с землей или другими препятствиями.

Одним из наиболее популярных применений БПЛА является доставка товаров. Это может быть доставка посылок, продуктов питания или медикаментов в труднодоступные районы, где традиционные способы доставки оказываются менее эффективными. В условиях города дрон может обойти пробки, ускорить время доставки и сократить расходы на транспортировку.

В случае чрезвычайных ситуаций, таких как землетрясения, наводнения или техногенные катастрофы, дроны могут использоваться для поиска пострадавших в труднодоступных местах. БПЛА способны оперативно обследовать разрушенные здания или затопленные территории, предоставляя спасателям важную информацию для планирования операций.

Список литературы:

1. Лебедь А. П., Розгон В. А., «Воздушная навигация», учебник ФВУНЦ ВВС «ВВА» в г. Челябинске, Челябинск, 2018. - 165 с.
2. Меркулов, Я.А. Проблемы и перспективы развития БПЛА в России // Юный ученый. - 2024. -№ 4 (78). - С. 74-77. - URL:https://moluch.ru/young/archive/78/4328/ (дата обращения: 10.12.2024)
3. Максимов Н. А., Маршанин Е. В., «Применение беспилотных летательных аппаратов»,- Москва : КНОРУС, 2024. - 116 с.