Зачем спасателям нужны дроны и что нужно учитывать разработчикам дронов
Рассказывает Евгений Гетц, генеральный директор Центра поисковых исследований ОАО “ИСС”.
В июле этого года стартовал всероссийский технологический конкурс «Одиссея» по разработке решений для поиска потерявшихся в лесу людей. За 3 месяца на конкурс подали заявки больше 40 команд, предлагающих совершенно разные подходы к поставленной задаче: алгоритмы распознавания образов, беспилотники и наземные роботы, радиомаяки, акустические и сейсмодатчики, рои поисковых дронов.
Причем предложение использовать рой дронов в представленных на конкурс заявках мы встречаем довольно часто. Решение хорошее, но оно должно соответствовать определенным требованиям. Я попробую подытожить в этой колонке, что хотят видеть в технологических решениях поисково-спасательные организации.
Надеюсь, нашу обратную связь можно «наложить» и на другие сферы деятельности, и тем самым помочь разработчикам и инженерам быстрее интегрировать свой продукт.
Что представляет из себя рой дронов и как им управлять
Рой дронов — сложная система, состоящая из множества элементов. В состав роя могут входить роботы, которые способны работать в разных средах: беспилотные воздушные суда, наземные роботы, подводные дроны. Например, если наземный робот с беспилотной авиационной системой на борту не может пройти из-за препятствия или ему необходимо оценить ситуацию сверху — увидеть картинку, чтобы построить свой маршрут — беспилотник снимет изображение с воздуха и передаст его на землю для обработки.
В подходе к созданию роя дронов есть ряд принципиальных моментов. Во-первых, очень важно правильно выстроить систему управления. Во-вторых, надо сделать так, чтобы роботы взаимно дополняли, а не перекрывали функционал друг друга (это всегда лишние затраченные ресурсы). И в-третьих, нужно стремиться к достижению синергетического эффекта — когда несколько объектов, не имея какого-то свойства поодиночке, объединяются вместе и это свойство приобретают. Простой пример — обычный лист бумаги и ручка. Только используя их вместе, мы получаем запись на бумаге, систему, которая способна хранить и передавать информацию.
Чтобы определить, как должна быть устроена система управления роем дронов, надо понимать, какую строить сеть.
Основа сети — это топология
Необходимо определиться, будут ли дроны взаимодействовать через общую шину или напрямую друг с другом. В зависимости от этого выстраивается архитектура системы, закладываются соответствующие протоколы.
Очевидно, что у каждого архитектурного решения сети есть ограничения. Полносвязная топология обладает большей автономностью, но при этом каждому звену, которое участвует в работе сети, надо нести на себе вычислительные ресурсы, так как нет сервера, к которому можно обратиться, и все вычисления выполняются на борту.
В случае использования звездообразной системы с единым координационным центром –информация наоборот загружается на сервер, откуда передается другим объектам в сети.
Но в этом случае возникает вопрос по автономности работы — чтобы обеспечивать устойчивую связь с сервером, нужны очень мощные передатчики.
Какие элементы выбрать для создания сети
Самый главный шаг — это выбор направления технических решений, то есть из каких элементов будет состоять сеть. Конечно, можно построить технологическое решение на каких-то дорогих устройствах, которые обладают выдающимися характеристиками, но надо понимать, что таким образом реальную проблему с поиском людей мы не решим.
Даже если у команды будет один беспилотник стоимостью в несколько миллионов рублей, его нельзя будет использовать повсеместно. Мы не можем сказать поисковикам: “Ребята, есть решение, купите беспилотник за 10 млн”.
Для многих команд использование стандартных элементов может быть удачным входом в конкурс, началом тестирования решения. Лучше начинать с недорогих доступных элементов — стандартных беспилотников, которые распространены на рынке и доступны для приобретения. Следует отметить, что у них тоже есть свои ограничения.
Например, дроны DJI Phantom, которые сегодня активно используются в поисково-спасательных операциях, имеют следующие ограничения:
Время работы. 20 минут автономной работы и дрон должен возвращаться на базу для замены аккумулятора
Погодные условия. Их нельзя использовать при сильных осадках, порывистом ветре и низких температурах
Радиус действия. В прямой видимости не больше километра-полутора, поэтому необходимо использовать дополнительные модули для увеличения уровня сигнала и за счет этого увеличивать радиус действия
В числе преимуществ - очень хорошее изображение и частично открытый программный код, а значит можно создавать своё программное обеспечение для работы с ним.
Важно понимать, что беспилотники — не панацея, а удобный инструмент получения информации о территории поиска в целом. Чтобы сделать снимки леса очень быстро, достаточно трех-четырех стандартных дронов.
Они разобьют участок на квадраты, облетят его роем, сфотографируют и принесут данные на сервер. А дальше с помощью нейросети и машинного обучения эти снимки можно обрабатывать для получения информации о местонахождении человека.
Наибольшего эффекта в поисковых работах можно добиться, если построить систему из дронов, работающих в разных средах. Например, три дрона с обычными камерами и один дрон с ИК-камерой. Это позволит заметно сэкономить ресурсы всей системы.
Может быть, для определения места нахождения пропавшего видеть самого человека даже не всегда обязательно. Можно подумать, как в этом направлении настроить искусственный интеллект — попробовать найти следы и по следу направить беспилотник. Сделать так, чтобы он не просто летал квадратами, а чтобы шел по следу по характерным признакам — такая “умная воздушная ищейка”.
Камеры с разрешением 4К, установленные на многих стандартных беспилотниках, позволяют получать очень качественные снимки. След в высокой траве точно будет видно сразу.