Нейросети, компьютерное зрение и доставка грузов. Как компании могут использовать беспилотники​

В этом материале наш сооснователь и CTO Сергей Позитурин расскажет о том, как развивались беспилотные летательные аппараты, какая существует классификация и как их можно использовать в бизнесе.

Вернемся на сто с лишним лет назад. Толчком к появлению дистанционно управляемых аппаратов стало открытие электричества и изобретение радио. Первыми заинтересованность в БЛА выразили военные. Так, австрийская армия использовала первые беспилотные аэростаты с часовым механизмом для воздушной бомбардировки Венеции еще летом 1849 года. А уже в 20 веке, помимо гражданской и военной авиации, активно развивался любительский сегмент моделистов. С развитием технологий, топливных элементов, электрических и бензиновых двигателей отрасль становилась все более популярной.

В начале 2000-х элементы электроники стали намного компактнее, а их производство сильно удешевилось. Именно тогда появилась концепция современного беспилотника, которая используется и сейчас. В ней больше не нужно управлять БЛА вручную или прописывать заранее какой-то алгоритм для перемещения. С помощью компактных полетных контроллеров беспилотники умеют подниматься в воздух, летать и садиться полностью автономно. На таких аппаратах можно размещать полезную нагрузку: например, камеры или другие исследовательские приборы.

Сегодня беспилотникам можно делегировать широкий функционал. Они применяются в:

• Аэрофото- и видеосъемке.

• Геодезии и картографии.
• Исследовании местности.
  
• Для трекинга объектов.
  
• Безопасности.
  
• Дефектоскопии.
  
• Снятии метрик.
  
• Доставке грузов.

Росавиация делит все беспилотники на три основных типа: самолеты весом до 250 гр, самолеты весом от 250 гр. до 30 кг и коптеры.

Маленькие самолеты до 250 грамм из-за своего размера не могут летать долго и нести серьезную полезную нагрузку. Больше всего они подходят для развлекательных целей. Однако при желании их можно приспособить под инспекцию небольших территорий или использовать для обнаружения людей там, где трудно подобраться спасателям – например, в горах.

Большие самолеты весом в десятки килограммов могут перевозить тяжелое оборудование и покрывать территорию в сотни километров. Такие БЛА превосходно подходят, к примеру, для исследования рельефа местности в районе стройки протяженного шоссе. В зависимости от аэродинамической эффективности аппаратов, винтомоторной группы (силовой установки) и аккумуляторных батарей беспилотники могут пролететь без подзарядки несколько часов. Однако самолету обязательно нужно, чтобы его кто-то разгонял: подбрасывал в воздух, запускал с катапульты и т.д. Кроме того, каждому такому БЛА нужно как минимум 50 метров свободного пространства для посадки. Исключение – самолеты вертикального взлета и посадки (VTOL), которым нужно всего 5-7 квадратных метров для взлета и приземления.

В отличие от самолетов, коптер не отличается высокой аэродинамической эффективностью. Соответственно, время его полета с одной и той же батареей значительно меньше (на практике не больше часа), а эффективность ниже. Но у дрона есть ряд преимуществ в сравнению с самолетами. Так как коптер по принципу полета схож с вертолетом, ему не нужно много места для взлета и посадки. Он может с точностью до сантиметра приземлиться на любую точку, а также неподвижно зависать над объектами. Там, где пролетающий на скорости 60 км/ч самолет не сможет сделать хороший кадр, дрон получит четкое фото.

Именно поэтому коптеры востребованы в аэрофотосъемке. В любительском сегменте такие аппараты обычно стоят до 300 тысяч рублей, а в профессиональном – до нескольких миллионов рублей. Коптеры также активно начинают использовать в сегменте доставки. К примеру, беспилотники Amazon способны поднять груз весом 2,2 кг и перевезти его от склада до клиента за 30 минут на расстояние около 12 км. Отмечу, что посылки весом до 2,5 кг составляют порядка 80% от всех заказов Amazon.

С точки зрения перевозки различных грузов или оборудования самолеты и коптеры отличаются по эффективности.

Кроме того, отдельные функции доступны только самолетам или наоборот – только дронам. К примеру, коптер с точным позиционированием в состоянии провести инспекцию моста на различные повреждения, в то время как самолет с возможностью длительного полета успешно справится с подсчетом объектов на большой местности.

Не так давно индустрия БЛА сделала большой шаг вперед благодаря тому, что сверточным нейронным сетям (появившимся еще в 1988 году) наконец-то нашли практическое применение. С их помощью камеры научились распознавать объекты на изображении. Так у беспилотников появилась еще одна функция: сбор и передача сведений. Нововведением быстро заинтересовались не только военные: пользу увидели различные сегменты бизнеса и государство. К примеру, с помощью беспилотников можно распознавать нелегальные стройки. А геодезисты поняли, что строить трехмерные карты местности, используя коптеры, намного удобнее.

Стремительное развитие нейросетей, технологий машинного обучения и компьютерного зрения открывает новые возможности для использования беспилотников. При этом заказчики нередко фокусируются на применении прежде всего самих БЛА, однако не менее важную роль играет IT-платформа, на которой они работают. Ряд компаний сегодня предлагают системы, в рамках которых можно интегрировать в БЛА технологии компьютерного зрения с обучаемыми нейросетями и другие инновации. Например, в нашем проекте FLAILAB их также можно объединить с системами заказчика: сигнализацией, охранным видеоконтуром, связью и т.д.

С такими устройствами аппараты могут идентифицировать объекты и отправлять данные в реальном времени на пульт управления. Так, нейросеть на одном из наших БЛА самостоятельно обнаружила в тестовом полете пожар в поле. Также с их помощью удобно подсчитывать количество объектов и искать какие-то угрозы безопасности. Коптеры, к примеру, могут проводить инспекцию в труднодоступных для человека местах. Беспилотник летит вдоль линии трубопровода и самостоятельно фиксирует следы ржавчины и другие дефекты.

Аппараты могут как управляться с земли, так и действовать автономно – в этом случае они летят по подготовленному маршруту. При этом курс можно скорректировать прямо по ходу полета. Кроме того, беспилотник способен самостоятельно принять решение о следовании за каким-то объектом. Полиция, к примеру, с помощью такого дрона может идентифицировать машину по номеру и следовать за ней несколько десятков километров.

В целом спектр применения БЛА ограничивается только фантазией. Сейчас главным сдерживающим фактором в развитии отрасли выступают не технологии, а законодательство. Проблема в том, что перемещения в воздушном пространстве России довольно жестко регулируются. Чтобы запустить самолет или дрон в воздух, нужно согласовать полетный план за неделю вперед, наладить связь с диспетчерами, оформить и подать документацию. Это целая процедура, которой нужно заниматься за несколько недель до полета.

При этом на разработку и сборку БЛА никаких ограничений нет, чему мы очень рады. Мы надеемся, что с нашей помощью индустрия умных беспилотников постепенно станет важной частью бизнеса.