Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 1437
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Проблема охраны территорий от малогабаритных БПЛА
Обзор известных методов решения проблемы
Постановка задачи проектирования системы управления охранного квадрокоптера
Характеристики центрального процессора (CPU)
Барометрический датчик давления
Электронный регулятор скорости (ESC)
Принцип работы датчика с оптическим потоком
Результат сборки квадрокоптера
Программная среда Robot Operating System
Алгоритм управления автономным полетом охранного квадрокоптера
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
Продолжительность этапов работ
Расчет сметы затрат на выполнение проекта
Расчет затрат на электроэнергию
Расчет затрат на социальный налог
Расчет прочих (накладных) расходов
Безопасность в чрезвычайных ситуациях
Особенности законодательного регулирования проектных решений
Список используемых источников
видеокамера, данные с которой немедленно поступают на пульт охраны. Таким образом сотрудники «Secom» могут быстро оценить обстановку на месте несанкционированного проникновения.
Рисунок 1.4 – Робот-дрон компании «Secom»
Программное обеспечение позволяет роботу выявить подозрительного субъекта и вести за ним пристальное наблюдение, попытавшись заснять на камеру его лицо. В случае обнаружения подозрительного автомобиля беспилотник предпримет попытку зафиксировать номер транспортного средства. [5]
Сторожевой дрон компании «Aptonomy», являющейся перспективным американским стартапом, может быть использован для охраны частной территории или производственных помещений от вторжения.
Сегодня охрана важных объектов, как правило, поручена охранникам, которые регулярно обходят вверенные территории, сторожевым собакам и специальным системам наблюдения. В «Aptonomy» посчитали, что
сторожевые дроны обеспечат более надежную охрану, затраты на которую окажутся существенно ниже.
Сторожевой дрон сделан по типу октокоптера, имеет проблесковые маячки синего и красного цветов (как спецсигналы полиции), два громкоговорителя и яркий светодиодный прожектор. Кроме того, на аппарат снабжен видеокамерой, камерой ночного видения и тепловизором. Диаметральный размер беспилотника составляет чуть больше метра. Сторожевой дрон «Aptonomy» показан на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Сторожевой дрон компании «Aptonomy»
Дрон оснащен автоматической системой подзарядки. Если во время патрулирования заряд его аккумулятора снизится до нескольких процентов, аппарат вернется на базу и самостоятельно подключится к зарядному устройству. С помощью специального пульта управления оператор может наметить план патрулирования территории и передать его сторожевым аппаратам. После этого они будут вести охрану в автономном режиме.
При обнаружении нарушителя дрон зависнет на некотором расстоянии от него и сначала предупредит вспышками проблесковых маячков. Одновременно аппарат включит видеозапись. Если нарушитель не отреагирует, дрон начнет проигрывать через громкоговорители заранее записанные предупреждающие фразы, включит прожектор и направит его луч на цель.
По оценке «Aptonomy», этих действий будет достаточно, чтобы прогнать большинство нарушителей. Тем не менее, для большей безопасности оператору поступит сигнал о проникновении на территорию. Кроме того, оператор сможет непосредственно связаться с нарушителем через громкоговоритель аппарата. [6]
Роботизированный охранник, получает информацию в режиме реального времени об оперативных действиях и получает обновления статуса физической инфраструктуры через обычные патрульные полеты.
Российская группа компаний ZALA AERO также занимается разработкой беспилотных летающих аппаратов, направленных на защиту и охрану объектов. Представителем продукции компании является ZALA 421-
22Ф, показан на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6 – Охранный дрон ZALA 421-22Ф
БЛА ZALA 421-22Ф – беспилотный вертолет средней дальности с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой (GPS/ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным трехосевым магнитометром, модулем удержания и активного сопровождения цели (Модуль AC), цифровым широкополосным видеопередатчиком C-OFDM-модуляции, радиомодемом с
приемником СНС (Диагональ «ВОЗДУХ»), системой самодиагностики и поисковым передатчиком.
Коптер охраняет людей и различные объекты на заданных участках местности радиусом не более 10 км. Благодаря возможности зависания и приближения к интересующему объекту на расстояние 10-15 метров коптер получает наиболее точные данные (например, определение лиц людей, ставших инициаторами потасовки во время проведения массового мероприятия). Усовершенствованные целевые нагрузки класса «16Е+» позволяют аппарату в любое время суток получать и передавать в режиме реального времени высококачественные изображения наземным службам безопасности. [7]
Для решения задачи защиты частных территорий от несанкционированных полетов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов с использованием БПЛА-перехватчиков, эти транспортные средства должны обладать интеллектом. Поэтому разработка алгоритма, который позволил бы роботизированному устройству действовать самостоятельно и внести необходимые изменения в его траекторию, стал бы крупным прорывом.
Область исследования магистерской диссертации является проект, направленный на разработку автономной системы защиты частных территорий от несанкционированных полетов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [1]. Данный проект предполагает создание аппаратно-программного комплекса, в составе которого имеется беспилотный летательный аппарат, выполняющий функцию дрона- перехватчика, а также вспомогательные аналитические и вычислительные системы совместно со специализированным программным обеспечением.
Аппаратная часть и система управления автономного охранного квадрокоптера является объектом исследования данной работы.
В результате проведенного исследования необходимо найти решения следующих задач:
Несмотря на высокие достижения в области разработки различных типов БПЛА, на сегодняшний день до сих пор не решена проблема достижения полной автономности работы БПЛА при выполнении тех или иных задач. В первую очередь это связано с ограничениями располагаемых на борту БПЛА вычислительных ресурсов.
Для обеспечения должной степенью автономности квадрокоптеру не хватит одного лишь полетного контроллера. Чтобы увеличить вычислительную мощность беспилотника требуется разработать многоуровневую аппаратную архитектуру и, соответственно, многоуровневую программную архитектуру.
В поисках решения разработки многоуровневой аппаратной архитектуры было принято использовать структуру, состоящую из трех уровней. В данной структуре на полевом уровне будут располагаться все исполнительные устройства, то есть двигатели, а также все датчики, которые непосредственно взаимодействуют с полетным контроллером.
В процессе разработки было принято решение не разрабатывать свой полетный контроллер, а использоваться готовый контроллер известной фирмы. Данное решение позволит пользоваться всеми преимуществами готового полетного контроллера, тем самым ускорит разработку всей системы, а также позволит создать гибкую систему, которую в дальнейшем можно расширить новыми возможностями. Полетный контроллер будет выполнять функции контроллера
Рисунок 1.4 – Робот-дрон компании «Secom»
Программное обеспечение позволяет роботу выявить подозрительного субъекта и вести за ним пристальное наблюдение, попытавшись заснять на камеру его лицо. В случае обнаружения подозрительного автомобиля беспилотник предпримет попытку зафиксировать номер транспортного средства. [5]
Сторожевой дрон компании «Aptonomy», являющейся перспективным американским стартапом, может быть использован для охраны частной территории или производственных помещений от вторжения.
Сегодня охрана важных объектов, как правило, поручена охранникам, которые регулярно обходят вверенные территории, сторожевым собакам и специальным системам наблюдения. В «Aptonomy» посчитали, что
сторожевые дроны обеспечат более надежную охрану, затраты на которую окажутся существенно ниже.
Сторожевой дрон сделан по типу октокоптера, имеет проблесковые маячки синего и красного цветов (как спецсигналы полиции), два громкоговорителя и яркий светодиодный прожектор. Кроме того, на аппарат снабжен видеокамерой, камерой ночного видения и тепловизором. Диаметральный размер беспилотника составляет чуть больше метра. Сторожевой дрон «Aptonomy» показан на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Сторожевой дрон компании «Aptonomy»
Дрон оснащен автоматической системой подзарядки. Если во время патрулирования заряд его аккумулятора снизится до нескольких процентов, аппарат вернется на базу и самостоятельно подключится к зарядному устройству. С помощью специального пульта управления оператор может наметить план патрулирования территории и передать его сторожевым аппаратам. После этого они будут вести охрану в автономном режиме.
При обнаружении нарушителя дрон зависнет на некотором расстоянии от него и сначала предупредит вспышками проблесковых маячков. Одновременно аппарат включит видеозапись. Если нарушитель не отреагирует, дрон начнет проигрывать через громкоговорители заранее записанные предупреждающие фразы, включит прожектор и направит его луч на цель.По оценке «Aptonomy», этих действий будет достаточно, чтобы прогнать большинство нарушителей. Тем не менее, для большей безопасности оператору поступит сигнал о проникновении на территорию. Кроме того, оператор сможет непосредственно связаться с нарушителем через громкоговоритель аппарата. [6]
Роботизированный охранник, получает информацию в режиме реального времени об оперативных действиях и получает обновления статуса физической инфраструктуры через обычные патрульные полеты.
Российская группа компаний ZALA AERO также занимается разработкой беспилотных летающих аппаратов, направленных на защиту и охрану объектов. Представителем продукции компании является ZALA 421-
22Ф, показан на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6 – Охранный дрон ZALA 421-22Ф
БЛА ZALA 421-22Ф – беспилотный вертолет средней дальности с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой (GPS/ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным трехосевым магнитометром, модулем удержания и активного сопровождения цели (Модуль AC), цифровым широкополосным видеопередатчиком C-OFDM-модуляции, радиомодемом с
приемником СНС (Диагональ «ВОЗДУХ»), системой самодиагностики и поисковым передатчиком.
Коптер охраняет людей и различные объекты на заданных участках местности радиусом не более 10 км. Благодаря возможности зависания и приближения к интересующему объекту на расстояние 10-15 метров коптер получает наиболее точные данные (например, определение лиц людей, ставших инициаторами потасовки во время проведения массового мероприятия). Усовершенствованные целевые нагрузки класса «16Е+» позволяют аппарату в любое время суток получать и передавать в режиме реального времени высококачественные изображения наземным службам безопасности. [7]
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 35
Постановка задачи проектирования системы управления охранного квадрокоптера
Для решения задачи защиты частных территорий от несанкционированных полетов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов с использованием БПЛА-перехватчиков, эти транспортные средства должны обладать интеллектом. Поэтому разработка алгоритма, который позволил бы роботизированному устройству действовать самостоятельно и внести необходимые изменения в его траекторию, стал бы крупным прорывом.
Область исследования магистерской диссертации является проект, направленный на разработку автономной системы защиты частных территорий от несанкционированных полетов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [1]. Данный проект предполагает создание аппаратно-программного комплекса, в составе которого имеется беспилотный летательный аппарат, выполняющий функцию дрона- перехватчика, а также вспомогательные аналитические и вычислительные системы совместно со специализированным программным обеспечением.
Аппаратная часть и система управления автономного охранного квадрокоптера является объектом исследования данной работы.
В результате проведенного исследования необходимо найти решения следующих задач:
-
Выбор оптимального набора компонентов и устройств для охранного квадрокоптера, обеспечивающий автономный контроль миссии. -
Выбор программного обеспечения, разработка архитектуры и алгоритма работы системы управления автономным охранным квадрокоптером.
Несмотря на высокие достижения в области разработки различных типов БПЛА, на сегодняшний день до сих пор не решена проблема достижения полной автономности работы БПЛА при выполнении тех или иных задач. В первую очередь это связано с ограничениями располагаемых на борту БПЛА вычислительных ресурсов.
-
Разработка аппаратной архитектуры автономного охранного квадрокоптера
Для обеспечения должной степенью автономности квадрокоптеру не хватит одного лишь полетного контроллера. Чтобы увеличить вычислительную мощность беспилотника требуется разработать многоуровневую аппаратную архитектуру и, соответственно, многоуровневую программную архитектуру.
В поисках решения разработки многоуровневой аппаратной архитектуры было принято использовать структуру, состоящую из трех уровней. В данной структуре на полевом уровне будут располагаться все исполнительные устройства, то есть двигатели, а также все датчики, которые непосредственно взаимодействуют с полетным контроллером.
В процессе разработки было принято решение не разрабатывать свой полетный контроллер, а использоваться готовый контроллер известной фирмы. Данное решение позволит пользоваться всеми преимуществами готового полетного контроллера, тем самым ускорит разработку всей системы, а также позволит создать гибкую систему, которую в дальнейшем можно расширить новыми возможностями. Полетный контроллер будет выполнять функции контроллера