• Yulia Mi

Дроны-разведчики для поиска и спасения

Поиски потерявшихся в лесу туристов – это долгий и трудный процесс, поскольку вертолеты и дроны не могут проглядывать сверху через широкую крону деревьев, а GPS сигнал в лесу среди деревьев может быть нестабилен или вообще отсутствовать. Исследователи из Массачусетского Института Технологий разработали автономную систему в виде группы дронов для совместных поисков среди густых крон деревьев. Дроны используют только встроенную систему расчетов и беспроводную связь – никаких GPS не требуется. Такие дроны легко маневрируют меж деревьев, и могут облегчить поиски заблудившихся людей.


Автор фото: Melanie Gonick

Каждый автономный квадрокоптер оборудован лазерными дальномерами для определения его позиции, местонахождения и планирования траектории. Дрон, летающий вокруг по спирали, создает индивидуальную 3D карту местности. Алгоритмы помогают распознавать необследованные или, наоборот, уже исследованные места, поэтому группа дронов знает, когда вся зона обследована. Внешняя станция, расположенная на земле, объединяет отдельные куски карты от различных дронов в глобальную 3D-карту, которая может отслеживаться людьми, контролирующими поиски.


В реальных условиях поиска потерявшегося человека, дроны также должны иметь информацию, которая позволит им идентифицировать человека. При его обнаружении дроны передадут сигнал о его положении для отображения его на глобальной карте. Поисковый отряд, воспользовавшись этой информацией, сможет организовать спасательную операцию.

Исследователи протестировали двух дронов-поисковиков в лесных условиях рядом с Исследовательским центром NASA в Лэнгли. В ходе эксперимента каждый дрон обследовал область примерно 20 м2 в течение 2-5 минут и передавал данные для генерации совместной карты в режиме реального времени. Такой поиск показал отличные результаты по нескольким параметрам, включая скорость поиска, время завершения миссии, определение особенностей леса и точное объединение карты.


Исследование и составление карты


Каджый дрон имеет встроенную систему LIDAR, которая позволяет проводить 2D сканирование окружающей обстановки на предмет помех, посылая лазерные лучи и получая отраженные сигналы. Такая система позволяет обнаруживать деревья, однако, для дронов отдельные деревья выглядят очень похоже. Поэтому исследователи запрограммировали свои дроны определять ориентацию деревьев, что куда более характерный признак. Когда система LIDAR получает обратный сигнал от нескольких деревьев, алгоритм вычисляет углы и расстояния между ними. Эта информация позволяет дронам определить, сканировали ли они уже эту область или нет.


Вид карты, сканируемой дроном. Авторы фото: Массачусетский институт технологий (MIT)

Станция, расположенная на земле, постоянно отслеживает сканы, получаемые дронами, каждый из которых сканирует область по замкнутому контуру. Когда два дрона облетают вокруг одного и того же скопления деревьев, станция объединяет карту, с учетом относительного расположения дронов, чтобы правильно совместить кусочки карты.

Роботизированное навигационное программное обеспечение, называемое SLAM, использует данные системы LIDAR для слияния фрагментов воедино, в результате чего формируется 3D карта местности. Деревья отображаются на ней, как блоки подкрашенных теней от голубого до зеленого в зависимости от высоты. Неисследованные области – черные, но становятся серыми, когда их обследуют дроны. Встроенное ПО сообщает дронам, какие области надо исследовать. Такой метод проще и быстрее, чем использование камеры, поскольку в случае применения видеокамеры, дроны должны постоянно передавать видеофайлы центральной станции , что требует широкую полосу пропускания канала, а это не всегда возможно в условиях леса.


Более эффективные поиски

Ключевой инновацией является стратегия, которая позволяет дронам более эффективно обследовать области. Обычно дроны ищут ближайшую возможную необследованную область, однако, таких областей может быть несколько по различным направлениям, поэтому дрон пролетает короткую дистанцию, а затем останавливается для выбора нового направления. Вместо этого, исследователи запрограммировали свои дроны так, чтобы они исследовали ближайшую возможную область, принимая во внимание их текущее положение. Такая стратегия позволяет поддерживать постоянную скорость и экономить время. Временной фактор является крайне важным в поисковых и спасательных операциях.


Разработанная учеными система имеет только одно ограничение – это необходимость сообщения с наземной станцией. Все дроны оснащены роутерами беспроводной связи со станцией. В будущем исследователи надеются спроектировать дроны таким образом, чтобы они контактировали друг с другом с помощью беспроводной связи только при приближении друг к другу и слиянии карт, а затем контакт должен прерываться. В этом случае наземная станция будет использоваться только для отслеживания обновлений глобальной карты.


#дроны-разведчики #поисковаяоперация #дроны

Подписаться на новости SCDAILY