Нужен ли пилот беспилотнику?

беспилотный дрон над городом
Alexey Yuzhakov / shutterstock.com

Пожалуй, именно беспилотниками сегодня интересуются все кому не лень: от военных и автопроизводителей до геологов, агропромышленников и кинорежиссеров. Но стоит ли всецело доверять этим самодвижущимся аппаратам? Ответ на этот вопрос во многом зависит от подходов к использованию систем компьютерного зрения для управления ими.


 

Массовый интерес к современным малым беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), в обиходе называемым “беспилотниками” или “дронами“, появился после запуска в широкую продажу дешевых моделей, предназначенных для развлечений или бытового применения в фото- и видеосъемках.

Оценивая современное состояние рынка беспилотных аппаратов, можно заметить, что наиболее активно развиваются многороторные летающие платформы (три-, квадро-, гексакоптеры). Дело в том, что они имеют ряд преимуществ по сравнению с остальными беспилотными и пилотируемыми летательными аппаратами, в особенности это касается небольших объектов с высоким пространственным разрешением, предназначенных для съемки. При этом многороторные БПЛА, в отличие от вертолетов, более стабильны в воздухе, дешевле в обслуживании и легче в управлении.

Как и любая другая область технологического прогресса, процесс проектирования дронов постоянно усложняется. В частности, на данный момент разработчики стремятся добиться повышения автономности дистанционно пилотируемых беспилотников и перехода к полностью автономным устройствам, работающим на основе программы – полетного задания. Производится это в основном путем совершенствования электронных систем автопилота и стабилизации, а также алгоритмов автономного управления.

Гоночные квадрокоптеры ImmersionRC Vortex Pro и ImmersionRC vortex 285 в гараже.
Гоночные квадрокоптеры ImmersionRC Vortex Pro и ImmersionRC vortex 285 в гараже. Drone photography / shutterstock.com

Если со стабилизацией пространственного положения инженеры более или менее научились справляться с помощью инерциальных систем (например, гироскопы и акселерометры, перекочевавшие из автопилотов больших самолетов), то, по части улучшения передвижения в окружающей среде, есть еще пространство для существенных доработок. Неплохо было бы понимать, где в каждый конкретный момент времени сам аппарат находится, а также видеть препятствия, внезапная встреча с которыми не входит в планы полета. Сейчас на многих «бытовых» БПЛА используются ультразвуковые датчики, но они не всегда могут адекватно распознать детали окружающей обстановки и возможные препятствия.

Cовременным БПЛА нужен не пилот, а обеспечение должного уровня эффективного и безопасного управления.

Наверняка, вы замечали, что в рекламных роликах часто показывают мультикоптеры, самостоятельно летящие за владельцем (фактически, преследующие радиомаркер) и снимающие захватывающие видеоролики. Однако на деле оказывается, что в некоторых наиболее востребованных режимах полета без человека, управляющего такой “летающей видеокамерой”, все-таки не обойтись.

Основная проблема здесь состоит в том, что использование дешевой навигации с GPS ведет к возникновению координатной ошибки, и, соответственно, к спонтанному перемещению дрона вблизи точки равновесия. Таким образом беспилотник пытается компенсировать изменения координат, вызванные погрешностью. Величина погрешности может достигать десятков метров, что неприемлемо на сверхмалых высотах. По этой причине использование в системе стабилизации таких спутниковых навигационных систем (рис. 1) определяется рельефом и задачей, а значит – это возможно только для высот в несколько метров.

Технологии компьютерного зрения.
Технологии компьютерного зрения.

В наиболее продвинутых моделях мультикоптеров уже начинают использовать технологии на основе формирования 3D-карты окружающей обстановки с помощью системы видеокамер, направленных вперед и вниз. К слову, исследователи Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН) также занимаются вопросами автономного управления БПЛА на основе технологий компьютерного зрения (computer vision или CV).

Дело в том, что использование “картинки” с бортовых камер беспилотника позволяет более точно удерживать требуемое положение в пространстве, но эффективность применения таких систем уменьшается с увеличением высоты (рис. 2). Это связано с ограничениями разрешающей способности фоточувствительной матрицы видеокамеры и встроенной в ней оптики.

В качестве решения, сочетающего достоинства обеих систем и дающего возможность выполнять задачи зависания над заданной точкой, точного взлета и посадки, сегодня в СПИИРАН разрабатывается и проходит испытания система, которая объединяет достоинства компьютерного зрения и системы стабилизации на основе GPS (рис. 3). Ко всему прочему здесь стоит добавить, что использование CV часто оказывается предпочтительнее для предотвращения столкновений с препятствиями, чем использование только датчиков на основе ультразвука.

Значение развития более совершенных систем ориентации дронов в пространстве нельзя недооценивать. Особенно, если учитывать звучащие сегодня в прессе амбициозные планы по разработке беспилотных аэроавтомобилей и разнообразных летающих роботов. В этом смысле современным БПЛА нужен не пилот, а обеспечение должного уровня эффективного и безопасного управления.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Войти с помощью