EN
1. Кіріспе
Азаматтық және коммерциялық дрондардың ұшу операцияларының тез кеңеюі ұшу қауіпсіздігінде, активтерді қорғауда және инциденттен кейінгі қалпына келтіруде жаңа қиындықтар туғызды. Осы қиындықтардың ішінде дронның ұшу кезінде қуатын жоғалтуы — операторлар үшін ең көп тараған және ең көп қызғаныш туғызатын жағдайлардың бірі болып табылады. Аккумуляторы босаған дрон — тек ауырлық күші, жел, жер бетінің рельефі және соңғы белгіленген импульс әсерінен ғана әсерленетін пассивті объект болып табылады. Автоматтандырылған протоколдар бойынша қонатын дрондардан айырмашылығы, аккумуляторы босаған дрон қатыгез түрде түсуі мүмкін, телеметриясы салыстырмалы түрде қысқа уақытта жоғалуы мүмкін және қалпына келтіруге тек деректердің бөлігін ғана береді. Дрондардың фотосуреттер түсіру, геодезиялық түсіру, логистика және демалыс мақсаттарында қолданылуы көбеюімен аккумулятордың жанып кетуінен кейін дронды жүйелі түрде табу тәсілдерін түсіну қаржылық шығындарды азайту мен операциялық үздіксіздікті қамтамасыз ету үшін маңызды болып табылады.
Бұл қағазда дрондардың батареяларынан энергия толығымен жұмсалған кезде оларды табуға арналған толық, академиялық тұрғыдан құрылған әдіс-тәсіл беріледі. Бұл әдіс-тәсіл телеметриялық талдауды, GPS деректерін талдауды, орташа жағдайларды модельдеуді, көрінетін деректерді шығаруды және жер бетіндегі іздеу протоколдарын қамтиды. Мақсаты — операторларға ғылыми негізделген, қайтару сәттілігін арттырып, іздеу уақыты мен белгісіздікті азайтатын тәсілдер жиынтығын қамтамасыз ету.
2. Батареяның толығымен разрядталуына әкелетін ақаулық түрлері
Батареяның ақаулығы әдетте жеке пайда болмайды. Ол әдетте энергия қорын төмендететін немесе дронның қалған энергиясын басқару қабілетін бұзатын әртүрлі факторлардың өзара әсерлесуінің нәтижесінде пайда болады. Бұл ақаулық түрлерін түсіну дронның электр энергиясы толығымен жұмсалғанға дейінгі соңғы әрекетін болжауға көмектеседі.
Бір жиі кездесетін себеп — аккумуляторды басқарудың дұрыс емес болуы, мысалы, ұшуға дейінгі зарядтау жеткіліксіз болуы, ұзақ уақыт пайдаланылуы немесе дұрыс емес сақталуы. Литий-полимерлі (LiPo) аккумуляторлар уақыт өте келе тозады, олардың нақты сыйымдылығы азаяды және кенеттен кернеу төмендеуі ықтималдығы артады. Суық ауа-райы сияқты сыртқы жағдайлар кернеудің төмендеуін күшейтеді, нәтижесінде дрон күтілген уақыттан бұрын өшіріледі.
Басқа бір ақаулық режимі — жоғары жүктемелі жұмыстар, мысалы, қатты маневрлер, тез көтерілу немесе ауыр жүктерді көтеру. Бұл іс-әрекеттер токтың тартылуын көбейтеді және аккумулятордың тез босауына әкеледі. FPV дрондарында жоғары газ беру режимінде ұшу аккумуляторларды борттық бағалаушылардың болжағанынан әлдеқайда тез босатады.
GPS немесе RF-интерференция да аккумулятордың шығуына жанама әсер етуі мүмкін. Сигналдың бұзылуына байланысты дрон орнын сақтауға қиындық түсірген кезде, ол ұшу траекториясын түзету үшін қосымша энергия жұмсайды. Ең ауыр жағдайларда дрон байланыс сапасы төмен аймақтарға ығысуы мүмкін, бұл аккумулятордың тіресуінен кейін дронды іздеуді қиындатады.
Соңында, бағдарламалық жасақтаманың дұрыс реттелмеуі немесе аккумулятордың дәл емес телеметриялық деректері операторларды қалдық ұшу уақыты туралы қате ақпаратқа итермелейді. Егер дрон қалдық аккумулятор деңгейін дұрыс көрсетпесе, пилоттар қауіпсіз шектерден тыс ұшып кетуі мүмкін, нәтижесінде дрон қатыгүл өшіріледі.
3. Телеметриялық деректерге негізделген қалпына келтіру принциптері
Телеметриялық деректер — аккумулятордың тіресуінен кейін дронды табу үшін ең тиімді құрал. Аккумулятор тірескен кезде де көптеген дрондар GPS координаталары, биіктік, бағыт, жылдамдық және кернеу динамикасы сияқты маңызды ақпаратты қамтитын ұшу журналдарын сақтайды. Осы деректер нүктелері ғылыми негізделген іздеу стратегиясының негізін құрайды.
Соңғы GPS координатасы ең маңызды деректердің бірі. Себебі дронның аккумуляторы өшкен кезде қозғалтқыштың жұмысы тоқтайды, сондықтан соңғы жазылған координата әдетте авария орнынан болжанатын радиуста орналасады. Бұл радиус биіктікке, желдің жылдамдығына және жердің көлбеулігіне байланысты.
Қуаттың өшу сәтіндегі бағыт дронның импульс векторын көрсетеді. Қуат өшкеннен кейін дрон қысқа уақыт бойы осы вектор бойымен қозғалысын жалғастырады, содан кейін төмен түсе бастайды. Қуат өшкен сәттегі жылдамдық дронның төмен түсу кезінде горизонталь бағытта қанша арақашықтыққа жететінін анықтайды.
Телеметрия сонымен қатар аккумулятор кернеуінің өзгерісін көрсетеді. Кернеудің тез төмендеуі жақында өшуі мүмкін екенін көрсетеді, яғни дрон әдетте соңғы координатадан жақын жерде құлаған. Бавырлы төмендеу дронның қуаты өшкенге дейін бірнеше секунд бойы ұшып жүргенін көрсетеді.
Соңында, биіктік төмен түсу уақытын анықтайды. Жоғары биіктік дрейфтің арақашықтығын арттырады, ал төмен биіктік тік бағытта құлауы мүмкін екенін көрсетеді.
4. Аккумуляторы өшкен кезде GPS негізіндегі қалпына келтіру
GPS талдау картада соңғы белгілі координатаны белгілеуден басталады. Бұл координата іздеу бастамасы болып табылады. Келесі қадам — қону радиусын бағалау, ол биіктік пен айналаның жағдайларына байланысты.
Аккумулятордың ақауы кезіндегі қону радиусының моделі
Ақау пайда болған кездегі аккумулятордың пайызы |
Типтік қону радиусы |
Ескертпелер |
10% |
0–15 м |
Автоматты қону мүмкін |
5% |
15–40 м |
Дрейфтің артуы |
0% |
40–120 м |
Еркін түсу аймағы |
Радиус биіктікке қарай кеңейеді. 120 метр биіктікте тұрған дрон 20 метр биіктікте тұрған дронға қарағанда әлдеқайда алысқа ығысуы мүмкін. Жел бағыты да соншалықты маңызды; тіпті орташа күштегі жел қуатсыз дронды горизонталь бағытта ондаған метрге итере алады.
Операторлар сонымен қатар жер бетінің ерекшеліктерін ескеруі керек. Еңістік бойымен түсетін дрон төменге қарай каттала алады, бұл іздеу радиусын кеңейтеді. Орман аймақтарында дрон ағаштардың шаңырағында қалуы мүмкін, ал қалалық аймақтарда дронның қону орындары ретінде үйлердің төбесі, балкондар мен аула болуы мүмкін.
5. Көрінетін деректерді қалпына келтіру (соңғы кадрды талдау)
Көптеген дрондар тікелей видеоны басқару құрылғысына береді. Аккумулятор таусылған кезде соңғы кадрда дронның қоршаған ортасы туралы құнды ақпарат болуы мүмкін. Бұл кадр жер бетінің түрін, өсімдік тығыздығын, су объектілерін, ғимараттарды немесе ерекше белгілерді көрсетуі мүмкін.
Операторлар соңғы кадрды талдауы керек:
· Жер бетінің дәл түрі (шөп, топырақ, асфальт)
· Өсімдік түрі (орман, бұталар, егістіктер)
· Адам қолымен жасалған құрылыстар (төбелер, қоршаулар, жолдар)
· Күннің уақыты мен бағытты көрсететін көлеңкелер
· Көрінетін горизонт сызығы еңістік немесе биіктік өзгерістерін көрсетеді
Соңғы кадр іздеу аймағын тарылту үшін серіктік суреттерімен салыстырылуы мүмкін. Қызыл шатыр немесе ерекше ағаш қатары сияқты жартылай көрінетін белгілер іздеу уақытын әлдеқайда қысқартуға болады.
6. Іздеу аймағын моделдеу
Іздеу аймағын моделдеу телеметриялық деректерді, экологиялық деректерді және көрінетін белгілерді біртұтас кеңістіктік болжамға біріктіреді. Модель соңғы GPS координатасынан басталып, ығысу есептеулері негізінде сыртқа қарай кеңейеді.
Желдің ығысу теңдеуі
D=Vжел⋅tтүсу
Мұнда:
· D = горизонталь ығысу қашықтығы
· Vжел = дронның биіктігіндегі жел жылдамдығы
· tтүсу = қуаттың жоғалуынан жерге соғылуға дейінгі уақыт
Егер дрон 100 метрден төмен қарай түсіп жатса, түсу уақыты 4–6 секунд болуы мүмкін. Желдің жылдамдығы 5 м/с болғанда, ауытқу 20–30 метрге жетуі мүмкін.
Жер бетінің көлбеулігі күрделілікті арттырады. Тік жартастың бойымен қонған дрон төмен қарай домалап кетуі мүмкін, ол іздеу аймағының нақты радиусын арттырады. Ормандалған аймақтарда жапырақ қабатының биіктігін ескеру қажет; дрондар жер бетінің үстінде ілініп қалуы мүмкін.
7. Жүйелі жер үстіндегі іздеу протоколы
Іздеу аймағы моделденгеннен кейін операторлар жүйелі жер үстіндегі іздеуді жүргізуі керек. Кездейсоқ жүру уақытты өте шығарып, қалпына келтіру ықтималдығын төмендетеді. Торлы іздеу – ең тиімді әдіс.
Торлы іздеу схемасы
· Іздеу аймағын 5×5 метрлік шаршыларға бөліңіз
· Әрбір шаршыны жүйелі түрде жүріп өтіңіз
· Дыбыстық белгілерді пайдаланыңыз (сыбырлағыштар, дыбыстық сигнал бергіштер)
· Ағаштардың жапырақ қабатын және үйлердің шатырын қараңыз
· Тығыз өсімдіктер үшін фонарик пайдаланыңыз
Операторлар су қабылдағыштары, балкондар және шеткі жасылдықтар сияқты көрінбейтін орындарды да тексеруі керек. Қалалық аймақтарда дрондар жиі шатырларға немесе қоршаулардың артына қонады, ол үшін меншік иелерінің рұқсаты қажет.
8. FPV-арналған әдістер
FPV дрондары GPS-қолдауы бар дрондардан бірнеше жағынан ерекшеленеді. Олар жиі автономды қону протоколдарынсыз болады және бағдарлау үшін пилоттың іскерлігіне сүйенеді. Егер FPV дроны қуатын жоғалтса, ол болжамданбай құлап кетуі мүмкін, сондықтан оны табу қиындау болады.
Алайда, FPV дрондарында негізгі аккумулятор ажыратылған кезде іске қосылатын өздігінен қуатталатын қоңыраулар жиі орнатылады. Бұл қоңыраулар сағаттар бойы жұмыс істей алады және оны табуға дыбыстық нұсқаулар береді. Операторлар қоңырау дыбысының үлгілерін мұқият тыңдауы керек.
FPV көзілдіріктері жиі DVR тіркеуін жүргізеді, ол қуатын жоғалтуға дейінгі соңғы секундтарды қамтиды. Бұл тіркеу дронның бағытын, биіктігін және маңын көрсетуі мүмкін. Сонымен қатар, RSSI (сигнал күші) дронның шамамен орналасқан жерін анықтауға көмектеседі.
9. GPS-сыз дрондарды табу
Ойыншық дрондар мен Wi-Fi FPV дрондары жиі GPS модульдерінсіз болады. Дронды қалпына келтіру сигналдың күшін талдауға және көрінетін белгілерге негізделеді.
Wi-Fi сигналының күші әдісі
Басқару құрылғысы немесе смартфон Wi-Fi сигналының күшін дБм бірлігінде көрсетеді. Оператор дронға жақындасқан сайын сигнал күші артады. Әртүрлі бағыттарға жүріп, өзгерістерді бақылай отырып, оператор дронның орнын триангуляциялауы мүмкін.
GPS-сыз дрондар әдетте электр қуатын жоғалтқан жерде түседі, сондықтан іздеу аймағы кішірек болады. Алайда, олардың жеңіл конструкциясы желдің әсерімен одан әрі алыстауға алып кетілуі мүмкін.
10. Жағдайларды зерттеу
Жағдай зерттеуі 1: Mini сериясы
Mini дрон 30 метр биіктікте парықтағанда аккумуляторының заряды 12% қалғанда қуатын жоғалтады. Телеметриялық деректер баяу кернеу төмендеуін көрсетеді, яғни дрон бірнеше секунд бойы ұшып жүрген. Соңғы кадрда шөптің өскен жері мен топырақтан жасалған жол көрсетілген. Дрон соңғы координатадан 18 метр қашықтықта, биік шөптің ішінде жартылай жасырылған күйде табылды.
Жағдай зерттеуі 2: FPV Freestyle Quad
FPV квадрокоптер ақыл-ойлы маневрлер орындап жүргенде қатарынан кернеу төмендеуі байқалды. DVR дронның қуатын жоғалтқанға дейін төңкерілуін көрсетеді. Өзіндік қуат көзімен жабдықталған қоңырау іске қосылады, ол операторға дронды соңғы белгілі орнынан 40 метр қашықтықтағы ағаштардың шұбықтарында табуға мүмкіндік береді.
3-мысал: Wi-Fi FPV ойыншық дроны
Ойыншық дроны төмен биіктікте қуатын жоғалтады. Оператор Wi-Fi сигналының күшін пайдаланып, оның орнын анықтайды. Дрон желдің әсерінен оңшақтай ығып, үй шатырында табылады.
11. Алдын алу шаралары
Қуат көзінің толығымен разрядталуын болдырмау оған қайта қосылуға қарағанда тиімдірек. Операторлар қатаң аккумуляторды басқару тәжірибелерін қолдануы керек, мысалы:
· Ұшуға дейін аккумуляторды тексеру
· Терең разрядтаудан сақтану
· Кернеу төмендеуін бақылау
· Жоғары сапалы аккумуляторларды қолдану
· Суық ауа райында ұшуға болмайтынын ескеру
GPS трекерлерін, Bluetooth белгілерін немесе RF маяктарын орнату қайтару сәттілігін әлдеқайда арттырады. Алдын ала ұшу картасын жасау және қоршаған орта жағдайлары туралы білім де қауіп-қатерді азайтады.
12. Қорытынды
Аккумуляторы босаған дронды табу үшін телеметрияны талдауға, қоршаған ортаны модельдеуге және жүйелі іздеу әдістеріне негізделген құрылымды, талдаушылық тәсіл қажет. GPS деректерін, көрінетін белгілерді, желдің ығысуын есептеуді және жер бетіндегі іздеу протоколдарын біріктіру арқылы операторлар қайтару сәттілігін әлдеқайда арттыра алады. Дрон технологиясы одан әрі дамып отырған сайын ғылыми қайтару әдістерін түсіну мен қолдану қауіпсіз және жауапты UAV операциялары үшін әрқашан да маңызды болып қалады.
Аккумуляторы босаған дронды соңғы телеметриясын, GPS орнын, соңғы бейне кадрын, желдің ығысуын және жер бетінің сипатын талдау арқылы табуға болады. Төмендеу процесін модельдеуді жүйелі торлы іздеумен біріктіру, әсіресе FPV қоңырауларын, DVR видеосын немесе GPS-сыз дрондар үшін Wi-Fi сигналының күшін пайдаланған кезде қайтару сәттілігін әлдеқайда жақсартады.
Мазмұны
- 1. Кіріспе
- 2. Батареяның толығымен разрядталуына әкелетін ақаулық түрлері
- 3. Телеметриялық деректерге негізделген қалпына келтіру принциптері
- 4. Аккумуляторы өшкен кезде GPS негізіндегі қалпына келтіру
- 5. Көрінетін деректерді қалпына келтіру (соңғы кадрды талдау)
- 6. Іздеу аймағын моделдеу
- 7. Жүйелі жер үстіндегі іздеу протоколы
- 8. FPV-арналған әдістер
- 9. GPS-сыз дрондарды табу
- 10. Жағдайларды зерттеу
- 11. Алдын алу шаралары
- 12. Қорытынды
