Technologia dronów: dzisiejsze trendy i nadchodząca przyszłość

Łatwość obsługi, niewielka ilość części mechanicznych oraz powszechna akceptacja sprawiają, że ta platforma jest często używana. Niewielkie rozmiary najnowszych czterowirnikowców idą w parze z imponującymi pakietami czujników. Teraz każde stanowisko pracy w terenie może mieć w swojej skrzynce narzędziowej drona. Te same postępy, które sprawiają, że drony są bardziej kompaktowe, pozwalają większym wielowirnikowcom latać dłużej i przenosić więcej. Zbliżamy się do zademonstrowanego w terenie jednogodzinnego czasu lotu dla elektrycznych dronów wielowirnikowych z ładunkiem, a większe statki powietrzne regularnie osiągają 40–45 minut.

Jeśli priorytetem jest zasięg, najlepiej sprawdzają się skrzydła. Łącząc prostotę samolotu ze złożonością i użytecznością wielowirnikowca, otrzymamy platformy dronów pionowego startu i lądowania. Łączą one czas lotu samolotu ze stałymi skrzydłami z prostotą startu i lądowania jaką posiada wielowirnikowiec. Na przykład dron Quantum-Systems Vector jest dużym płatowcem o znacznej ładowności, który przekształca się w platformę pionowego startu i lądowania poprzez obracanie silników na skrzydłach w celu przejścia między lotem pionowym a lotem do przodu. Z kolei dron WingtraOne Gen II, który startuje i ląduje na ogonie, po osiągnięciu żądanej wysokości obraca się do poziomu. Niezależnie od konstrukcji drona pionowego startu i lądowania, użytkownicy cenią korzyści płynące z możliwości latania w miejscach niedostępnych dla tradycyjnych samolotów.

Standardowa wielkość obrazu wynosiła kiedyś 12 megapikseli; obecnie 20 megapikseli to absolutne minimum dla większości zastosowań. Większe platformy przenoszą 40-, 60-, a nawet 100-megapikselowe czujniki RGB. Pozwala to na bardziej efektywne trasy lotu, ponieważ dron nie musi znajdować się tak blisko obiektu, aby uzyskać identyczną rozdzielczość (tzw. terenowa odległość próbki). Oznacza to mniejszą ilość linii lotu, większą wysokość i mniejszą ilość przechwytywanych obrazów.

Podobnie jak ich odpowiedniki RGB, czujniki te stały się tańsze i lżejsze oraz mają większą rozdzielczość. Zaskakujące jest to, że ich wdrażanie odbywa się powoli. Istnieje kilka przyczyn takiego stanu rzeczy. W przeciwieństwie do aparatu RGB, dokładne wykorzystanie czujników wielospektralnych wymaga dodatkowego, ręcznego etapu kalibracji obrazów. Może to ograniczać rynek do sektora rolniczego, który jest bardziej zaznajomiony z tym procesem. Do tego jest bardzo mało pakietów multispektralnych typu plug-and-play dla bardziej popularnych platform powietrznych. Liczba pakietów na pewno się poprawia, ale wolniej niż oczekiwano.

Firmy pracują nad umieszczeniem lidarów w dronach od momentu ich pojawienia się. Dwa główne wyzwania to masa czujnika i dokładność inercyjnych jednostek pomiarowych. Ostatnio te dwa problemy zostały rozwiązane. Impulsy laserowe mogą przenikać przez roślinność, co pozwala na uzyskanie dokładniejszego cyfrowego modelu powierzchni. Prowadzi to do wyzwania, jakim jest zarządzanie wynikowymi danymi chmur punktów. Przyszłością jest tutaj zarządzanie w chmurze. Trend ten odzwierciedla sposób, w jaki tworzenie map lotniczych przy użyciu samolotów załogowych przeszło od obrazowania do lidaru, pokonując podobne wyzwania, ale w krótszym czasie.

W przeszłości każdy producent dronów miał swój własny zespół zajmujący się rozwojem nawigacji autopilota i sterowania dronem. Teraz producenci sprzętu do dronów polegają na firmach zajmujących się autopilotami, które zajmują się systemem sterowania. Auterion jest jednym z takich producentów, tworząc Skynode – autopilota typu wszystko w jednym, który zajmuje się autonomicznym aspektem lotu. Skynode ma również połączenie danych komórkowych, które zasadniczo zmienia każdego drona w zaawansowane urządzenie IoT.

W wyniku dramatycznego zamieszania Departament Obrony USA (DoD) zakazał używania swoich chińskich dronów DJI. W odpowiedzi wydział Defense Innovation Unit (DIU) departamentu rozpoczął ocenę sprzętu i oprogramowania dronów w celu zatwierdzenia do użytku. Na aktualnej liście DIU znajduje się sprzęt od Freefly, amerykańskiego producenta dronów, który od lat tworzy drony na potrzeby filmów i telewizji, przez co ma pozycję, aby stać się również niezawodną platformą do tworzenia map.

W miarę jak czujniki stają się coraz większe i zawierają więcej danych, cyfrowy rozmiar zestawów danych stale rośnie. Kiedyś przetwarzanie zestawów danych odbywało się wyłącznie na komputerach stacjonarnych. Obecnie następuje przejście na metodę przetwarzania w chmurze. Przetwarzanie offline zawsze będzie miało swoje miejsce – przede wszystkim podczas szybkiego przetwarzania danych w terenie w celu podejmowania natychmiastowych decyzji. Surowe dane trafiają następnie do chmury, gdzie mogą mieć wyższą rozdzielczość i obejmować większe zestawy danych do pozostałych zastosowań w instytucji. Chmura może automatycznie skalować przetwarzanie, aby dostosować je do potrzeb większych rozmiarów plików i dostarczyć wynik do procedury wykonywania zadań użytkownika w przedsiębiorstwie.

Przykładem może być sytuacja podczas katastrofy – drony są często pierwszymi statkami powietrznymi na miejscu zdarzenia, które zbierają dane. Jeśli połączenie z Internetem nie jest dostępne, lokalne szybkie przetwarzanie danych może dać służbom szybkiego reagowania informacje potrzebne do podjęcia decyzji. Później urządzenia łączą się z internetem, a surowe dane trafiają do chmury, gdzie są przetwarzane na większe zestawy danych. Zainteresowane strony mogą analizować te zestawy danych online bez konieczności przenoszenia ich między komputerami.

Przekształcanie surowych obrazów w zestawy danych 2D i 3D zawsze będzie wymagało czasu, ale to, co jest ekscytujące, to rozwój analizy danych w czasie rzeczywistym lub prawie rzeczywistym. FMV to technologia opracowana pierwotnie przez wojsko dla wzbogaconych o metadane filmów pochodzących ze specjalistycznych (i drogich) gimbali. Wraz ze spadkiem kosztów tych czujników, posiadanie danych FMV staje się łatwiejsze i tańsze.

Jeśli posiadasz pakiet czujników z obsługą danych FMV, taki jak Quantum-Systems Vector, możesz zlecić transmisję danych FMV na żywo do systemu informacji geograficznej (GIS), takiego jak aplikacja ArcGIS Pro. Lub, jeśli używasz taniego drona konsumenckiego obsługiwanego przez aplikację Site Scan Flight for ArcGIS firmy Esri, możesz pobrać pliki wideo prosto z drona i odtwarzać wzbogacone filmy poprzez ich przeciąganie i upuszczanie.

Wraz ze wzrostem ilości informacji pochodzących z kolekcji dronów, ważniejsze niż kiedykolwiek jest wykorzystanie uczenia maszynowego, w celu wspomagania identyfikacji zasobów i problemów. Warunkiem sukcesu są dane treningowe, informacje wejściowe o wysokiej rozdzielczości oraz moc obliczeniowa. Wszystkie te aspekty są ulepszane przez trendy sprzętowe i programowe, które obserwujemy. Sztuczna inteligencja może być szkolona na surowych obrazach i filmach z dronów, jak również na danych wynikowych 2D i 3D silnika przetwarzania.

W miarę jak drony stają się częścią standardowej procedury wykonywania zadań w przedsiębiorstwie, są zarządzane jak komputery lub urządzenia IoT, ale także jak pojazdy – z wymogami prawnymi, konserwacją i śledzeniem lotu. Istnieje wiele rozwiązań do śledzenia lotów dronów, ale wygrywające technologie będą przechwytywać te informacje automatycznie, pozwalając operatorom wykonywać swoją pracę bez przerwy. Na przykład w USA, aby latać w określonym promieniu od lotniska lub innej kontrolowanej przestrzeni powietrznej, należy poprosić o zezwolenie Federalną Administrację Lotnictwa (FAA). Airspace Link jest jedną z firm, która automatyzuje ten proces, wysyłając wnioski bezpośrednio do FAA jako autoryzowany dostawca usługi Low Altitude Authorization and Notification Capability (LAANC). W ramach aplikacji Site Scan Flight firmy Esri operatorzy mogą zalogować się do bezpłatnego konta Airspace Link i poprosić o taką autoryzację.