Искусственный интеллект, Технологии | Олег Брагинский
Не так давно БПЛА ассоциировались с игрушками, устройствами для съёмки или доставки посылок. Сегодня роевые технологии летунов открывают новые горизонты: дроны распознают цели, распределяют задачи, продолжают выполнять миссию при потере лидера.
Возможности и потенциал роевых технологий
Роевые системы БПЛА – программно-аппаратные комплексы, позволяющие группе дронов работать как единое целое. Один оператор может управлять сотнями беспилотников с автономным распределением задач, обменом данными и адаптацией к изменениям в реальном времени.
Ключевые функции роя:
- автономное следование и коммуникация: дроны движутся в заданной формации, обмениваются информацией, скрывают местоположение ведущего аппарата
- гибкость и приоритизация: при выходе из строя одного аппарата или изменении условий рой перестраивается, перераспределяет обязанности
- распознавание объектов: алгоритмы и нейросети идентифицируют предметы, людей, зоны постоянного внимания и внезапного интереса
- захват и удержание: при идентификации цели один или часть беспилотников могут остаться наблюдать, пока другие продолжают миссию.
Рой может одновременно проводить мониторинг территории, доставлять грузы, обеспечивать связь в труднодоступных районах.
Проблемы, которые решают роевые технологии:
- низкая эффективность одного дрона: программное обеспечение роя распределяет задачи внутри группы, повышая общую результативность
- сложность координации: один оператор управляет целой группой, что упрощает процесс и снижает затраты на персонал
- уязвимость к помехам: автономные системы позволяют БПЛА продолжать работу даже при сбоях связи.
Рой может ускорять поиск пропавших людей благодаря массовой координации дронов:
Техническая основа роя
Роевые технологии сочетают передовое оборудование и программное обеспечение.
Аппаратное обеспечение:
- датчики и камеры: различные регистраторы и сенсоры анализа окружающей среды
- радиомодули: помехозащищённые системы передачи данных с гибкой адаптацией
- мини-ПК: обеспечивают обработку данных и принятие решений на борту.
Программное обеспечение:
- протоколы связи: поддерживают взаимодействие внутри роя без постоянного контроля
- алгоритмы управления: направляют устройства к заданным точкам
- нейросети: анализируют объекты и прогнозируют сценарии.
Технологии автономного следования и коммуникации позволяют создать базовую функцию роя, необходимую для самоорганизующейся группы дронов.
Описание технологии
Базой сети для работы группировки беспилотных средств является протокол TCP/IP, канальный уровень по модели OSI построен на использовании канала с пропускной способностью 20 Мбит/с.
Полезная скорость передачи данных на объект составляет 4,8 кбит/с, скорость в эфире – 5 Мбит/с, разделение каналов временное по линии (TDM) или по частотному каналу (TDD). Синхронизация и данные для поддержания графа связности сети передаются в служебных посылках.
Программное обеспечение модуля предполагает симулятор роевого поведения с внесением различных погрешностей: помехи эфира, хаотичные скачки уровня мощности принятого сигнала (RSSI), ветровой снос, разница скоростей и мощностей ускорения разных аппаратов и «лидера».
Макет приёмопередатчика (слева) и 3D-модель приёмопередатчика (справа)
Роевые технологии универсальны и находят применение в различных областях:
- поисковые операции: дроны ускоряют обнаружение людей в лесах, горах или на воде
- мониторинг: состояние инфраструктуры, сельхозугодий или зон стихийных бедствий
- развлечения: световые шоу с участием сотен устройств становятся всё популярнее
- логистика: группы дронов доставляют грузы, координируя маршруты и нагрузку
- военное применение: разведка, ретрансляция, доставка.
Рой устройств может одновременно обследовать большую территорию после наводнения, доставлять медикаменты и передавать данные спасателям.
Исследование данных с магнитометра/тепловизора (слева)
Создание ортофотопланов и алгоритмов навигации по ним (справа)
Рынок и перспективы
Роевые технологии отвечают на запросы современности: необходимость снижения стоимости оборудования, потребность в массовых решениях и оптимизации ресурсов.
Мировой рынок: сектор гражданских БПЛА растёт ежегодно, и к 2030 году рынок роевых технологий, по прогнозам, достигнет миллиардов долларов. Основные направления в гражданском секторе – сельское хозяйство, энергетика, мониторинг и спасательные операции.
Российский рынок: потенциальная потребность в роевых модулях для гражданских задач может составлять миллионы единиц в год, особенно в логистике и мониторинге.
Вызовы и ограничения
Роевые системы, несмотря на перспективность, сталкиваются с трудностями:
- помехи связи: новые технологии могут нарушать работу роя без адаптации оборудования
- регулирование: использование в общественных пространствах требует регулирования
- сложность настройки: полная автоматизация требует тщательной интеграции систем.
Решение – адаптация инноваций под конкретные задачи и условия, универсальность подхода.
Вывод: роевые технологии БПЛА – шаг к будущему, где автономные системы упрощают жизнь и решают сложные задачи. Их развитие неизбежно и открывает возможности во многих сферах.
Как и в случае с другими инновациями, прогресс требует баланса между инновациями, безопасностью и регулированием. Сегодня рой – не просто дроны, а коллективный разум, способный работать там, где одиночные решения бессильны.