Описание
В выпускной квалификационной работе выполнено исследование на тему контроля дорожной ситуации с применением беспилотного летательного аппарата малого класса. В выпускной квалификационной работе предлагается применение беспилотного летательного аппарата для контроля дорожной ситуации. Применение беспилотника значительно расширяет возможности ГИБДД по таким направлениям, как:
1) Отслеживание скоростного режима,
2) Отслеживание аварий и ДТП,
3) Контроль соблюдения правил дорожного движения,
4) Наблюдение за дорогами с целью выявления заторов и пробок,
5) Поиск автомобилей в угоне и прочее.
Приведены исследования конструктивных решений квадрокоптеров. В работе рассмотрены особенности радиоуправления БПЛА: управляемые объекты, виды радиоуправления, общая характеристика систем радиоуправления БПЛА.
У базовой модели квадрокоптера есть серьезная проблема - полетное время равняется всего 11 минутам. Установка дополнительного аккумулятора позволит продлить это время до 36 минут. Применить дополнительный аккумулятор можно от модели квадрокоптера Parrot Bebop Drone 2 Battery Red PF070229AA. Это перезаряжаемая батарея повышенной емкости, которая обладает высокими свойствами совместимости с различными моделями дронов.
Для базовой модели коптера предложена установка дополнительного аккумулятора, который позволит продлить время полета до 36 минут. В качестве материала для крепежного кронштейна предлагается использовать карбон ГОСТ 826-2011, который отличается повышенной прочностью и легкостью.
Кронштейн из карбона не будет нарушать аэродинамические свойства квадрокоптера. Учитывая, что общая грузоподъемность коптера составляет 1200 грамм, то вес рамы 0,4 кг и дополнительный аккумулятор, вес которого составляет 0,56 кг, не будут неподъемными для летательного аппарата и, значит, имеют место на реализацию.
Квадрокоптер Parrot Bebop Drone. Тип квадрокоптера: RTF.
Она может записывать видео высокой четкости (Full HD) 1080p (30 кадров в секунду), в то время как камера Ar.Drone 2.0 могла записывать только в 720p. Видео записывается на встроенную карточку памяти размеров 8 гигабайт в формате MP4 (кодирование в H264). Фотографии можно сохранять в формате PEG или в исходном формате Adobe DNG в разрешении 4096х3072 пикселей.
8 гигабайт места — это для записи Full HD видео.
К плюсу можно отвести новую встроенную стабилизацию камеры квадрокоптера по трем углам — это обеспечивает более плавное видео на выходе и, в то же время, не делает дрон более тяжелым — он весит всего 410 грамм, при размерах 28x32x3,6 см. Дрон может летать в погодных условиях, когда скорость ветра достигает 50км/час, при этом сам квадрокоптер может развивать скорость до 75 км/час.
В квадрокоптер встроен чипсет GNSS, что оснащен системами GPS, Глонасс и Галилео. Кроме других преимуществ, это позволяет дрону возвращаться на исходную точку самостоятельно.
Управление квадрокоптером и камерой можно осуществлять с помощью приложения FreeFlight 3, что работает на iOS и Андроид-гаджетах. Просмотр видео и фото также осуществляется с помощью этого приложения, а благодаря уже упомянутому чипсету GNSS, перед полетом дрона можно расставлять точки на карте, создавая его маршрут полета, по которому он будет потом следовать.
В комплекте с Parrot Bebop Drone или отдельно можно приобрести пульт дистанционного управления Skycontroller (стоит около 400 долларов). Он оснащен двумя рычагами для управления квадрокоптером, дискретным управлением для камеры, кнопкой для взлета и приземления и одной кнопкой для аварийного выключения двигателя, индикаторами батареи дрона и пульта ДУ и кнопкой возвращения в исходную точку. Также к нему можно подсоединить смартфон или планшет, чтобы наслаждаться видом от первого лица.
Пульт ДУ работает на Андроиде, так что на него можно установить приложение FreeFlight 3. Кроме того у него есть HDMI-выход, что позволяет присоединить полноценный монитор и видеть то, что видит камера на большом мониторе. Также Skycontroller совместим с шлемом виртуальной реальности Oculus Rift, что также подключается через HDMI порт.
Сверху на Skycontroller расположены WiFi-приемник и 4 антенны, что расширяет дальность полета квадрокоптера до 2 километров.
У квадрокоптера есть серьезная проблема. Разработчики не смогли поместить большой аккумулятор в корпус дрона и пришлось довольствоваться литий-полимерным аккумулятором емкостью в 1200mAh. В результате этого, полетное время равняется всего 11 минутам.
Конечно, в комплекте идет дополнительный аккумулятор, но во время полета вы его никак не поменяете. С другой стороны, слишком слабый аккумулятор перечеркивает большой радиус действия пульта ДУ и его прочие преимущества.
В выпускной квалификационной работе выполнен раздел безопасности технического устройства, а также раздел охраны окружающей среды.
Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при эксплуатации БПЛА являются:
- полная автономность полета БПЛА от момента старта до посадки. Данное обстоятельство предопределяет невозможность какого-либо вмешательства в траекторное управление беспилотным летательным аппаратом в процессе полета, то есть невозможность коррекции введенной на земле в навигационно-пилотажный комплекс (НПК) БПЛА заданной программы полета;
- выполнение полетов на предельно малой возможной высоте;
- для определения возможных путей решения проблемы обеспечения безаварийного применения БПЛА необходимо проводить системный анализ факторов, влияющих на безопасность полета БПЛА, сформировать перечень аварийноопасных режимов полета БПЛА.
Предлагаемый к эксплуатации БПЛА квадрокоптер «Серафим» имеет возможность запланированной автоматической посадки за счет командной программы, заложенной в блоке управления:
1) по команде на точку старта;
2) при завершении полетного задания (на запрограммированную точку).
В аварийных случаях посадка совершается автоматически, благодаря запрограммированному блоку управления:
1) при обрыве связи (на точку старта);
2) при разряде батареи ниже критического уровня (на текущую точку).
После передислокации оператору и технику требуется отдых в течении не менее четырех часов в случае отсутствия водителя в расчете комплекса
При 8-часовой рабочей смене и работе на компьютере регламентированные перерывы следует устанавливать:
- через 2 часа от начала рабочей смены и через 2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый.
Преимущества использования БПЛА:
Наглядность: результатом работы являются высокоточные фотоснимки, позволяющие не только определять точное местонахождение по координатам интересующих объектов, но и точно рассчитывать площади и расстояния.
Экономичность: стоимость выгоднее, чем аналоги (спутник, пилотируемая авиация, инструментальные измерения).
Оперативность: возможность обследования больших территорий или протяженных линейных объектов в кратчайшие сроки. Облет до 30 км2 за час для площадной съемки и до 35 км в час - для линейных объектов.
Объективность: получаемые фотографии не оставляют места субъективному восприятию.
Эффективность: возможность съемки удаленных территорий, в любое время года (при температуре до -30), в том числе, в пасмурную и облачную погоду.
Экологическая экспертиза внедряемой разработки:
Для работы базовой модели БПЛА используются энергодвигатели, работа которых основана на использовании электрической энергии. Отработавшие свой срок энергоаккумуляторы следует утилизировать на спецпредприятиях.
Все связанные с утилизацией источников питания процессы очень опасны, поэтому максимально механизированы, а рабочие на заводах пользуются масками и защитной одеждой. Соли металлов, извлеченные из энергоаккумуляторов БПЛА, в итоге упаковываются и направляются на те предприятия, которые используют их в собственных производственных процессах. Подобных предприятий немного и их функционирование очень затратно, но переоценить их важность невозможно.
Процесс переработки отработавших свой срок эксплуатации энергоаккумуляторов происходит следующим образом: энергоаккумуляторы загружают в специальную ёмкость-«дробилку», где их измельчают на мелкие составляющие. Полученная масса сбрасывается на магнитную ленту, где из смеси выделяют металл. В результате остается цинково-марганцево-графитная масса с электролитом. Далее путем кислотной химической реакции выделяют графит, соли цинка и марганца. Все эти вещества очень востребованы на производстве.
Для оценки применения беспилотного летательного аппарата использовались данные службы ГИБДД Свердловской области, для которой в 2015 году была поставлена партия беспилотных летательных аппаратов, которые способны зафиксировать факт административного правонарушения, включая даже государственный регистрационный знак автомобиля и пересечение им разметки, за несколько километров. Эффективность применения БПЛА, как показала практика, Госавтоинспекции очень высока и составляет 90%.
Определены показатели экономической эффективности: затраты на изготовление конструкции – 1219,58 руб., годовой экономический эффект– 10949,22 руб., срок окупаемости составил 0,1 года или 1,2 месяца.
