Зразок роботи
ВСТУП
Актуальність теми. За останні кілька десятиліть дрони привернули значну увагу гравців галузі, інвесторів і урядів. Безпілотні літальні апарати (БПЛА) є надзвичайно універсальними, обслуговуючи різні сфери застосування. У сільському господарстві, наприклад, вони використовуються для оцінки потреб культур, таких як зрошення та поживні речовини, а також для обприскування посівів і відстеження худоби. Інші сфери застосування включають археологію, метеорологію, гірничу справу та будівництво, екологічний моніторинг, вантажоперевезення та логістику, оборону та безпеку, а також збереження. Розмір дрона, як правило, визначає застосування. Легкі безпілотники корисні, наприклад, у кіновиробництві, розвагах, туризмі та спорті, тоді як більш важкі безпілотники розробляються для перевезення пасажирів. Останні еволюціонували від своїх менших, легших братів і сестер. Сьогодні весь спектр машин відомий як вдосконалена рухливість повітря (AAM). Коли справа доходить до невійськового застосування, галузь логістики прокладає шлях у використанні безпілотних літальних апаратів. У цій дисертації ми розглядаємо як поточні, так і потенційні випадки використання вантажних безпілотників, а також чому саме сектор доставки посилок формує майбутнє додатків безпілотного літального апарату (БПЛА).
Зв’язок дисертаційної роботи з науковими програмами, планами, темами. Використання вантажних дронів для наукових програм викликає кілька проблем і міркувань, особливо у зв’язку з неповною інформацією про умови польоту. Вантажні дрони, також відомі як безпілотні літальні апарати (БПЛА), призначені для польотів без пілота на борту та керуються дистанційно. Однак відсутність повної та точної інформації про середовище польоту може створювати ризики та перешкоди для успішного виконання наукових програм із використанням вантажних безпілотників. Ця неповна інформація може включати такі фактори, як погодні умови, завантаженість повітряного простору та потенційні небезпеки на траєкторії польоту. Тому для дослідників і операторів вкрай важливо зібрати якомога більше відповідної інформації, щоб забезпечити безпечні та ефективні польоти безпілотників у наукових цілях.
Ще однією проблемою у використанні вантажних дронів для наукових програм є складний набір обмежень на польоти. Експлуатація БПЛА регулюється правилами та інструкціями, спрямованими на забезпечення безпеки та запобігання перешкод іншим користувачам повітряного простору. Наприклад, у багатьох країнах існують певні обмеження висоти для польотів безпілотників, наприклад, не більше 50 метрів над землею. Крім того, для певних наукових програм, які передбачають використання безпілотників, може знадобитися отримання необхідних дозволів і дозволів від авіаційних органів. Ці обмеження можуть створити матеріально-технічні проблеми та можуть вимагати ретельного планування та координації, щоб відповідати нормативним вимогам і при цьому досягати наукових цілей.
Різноманітність обмежень і наукових програм ще більше ускладнює використання вантажних дронів у наукових цілях. Наукові програми часто включають кілька дослідницьких центрів, кожен з яких має свій набір місцевих правил і обмежень на польоти. Координація та навігація цих взаємопов’язаних обмежень може бути складною, оскільки вони можуть відрізнятися з точки зору класифікації повітряного простору, коридорів польотів та експлуатаційних обмежень. Дослідники та оператори повинні ретельно оцінювати та планувати роботу своїх дронів, щоб забезпечити відповідність усім застосовним обмеженням і нормам, водночас ефективно проводячи наукові дослідження. Це може передбачати співпрацю з місцевою владою, отримання необхідних дозволів і адаптацію планів польотів відповідно до конкретних вимог кожного дослідницького місця. Завдяки вирішенню цих проблем і міркувань використання вантажних дронів може значно покращити наукові програми, забезпечуючи ефективні та гнучкі можливості збору даних з повітря.
Мета і задачі дослідження, об’єкт дослідження, предмет дослідження. Метою цього дослідження є вивчення використання вантажних дронів у складних умовах, особливо зосереджуючись на умовах неповної інформації та багато-зв’язаності набору обмежень польоту. Розуміючи мету дослідження, дослідники можуть визначити конкретні завдання, які необхідно виконати для досягнення бажаних результатів. Це включає в себе аналіз будови БПЛА (дронів), їх основних характеристик та переваг порівняно з пілотованими літальними апаратами. Крім того, дослідження спрямоване на визначення набору обмежень на польоти, з якими можуть зіткнутися вантажні дрони в цих складних умовах. Вивчаючи проблеми, пов’язані з неповною інформацією та багато-зв’язаністю, дослідники можуть отримати уявлення про те, як вантажні дрони можна ефективно використовувати в таких середовищах.
Щоб повністю зрозуміти використання вантажних дронів у складних умовах, важливо визначити та проаналізувати набір обмежень на польоти, які можуть вплинути на їх роботу. Ці обмеження можуть включати правила повітряного простору, погодні умови та географічні обмеження. Вивчаючи ці обмеження, дослідники можуть розробити стратегії та рекомендації щодо безпечної та ефективної експлуатації вантажних дронів. Ці знання можуть інформувати процеси прийняття рішень і допомагати оптимізувати використання вантажних дронів у складних умовах, забезпечуючи їх ефективність і дотримання правил.
Ще одним важливим аспектом дослідження є аналіз неповної інформації та багато-зв’язаності середовища, в якому працюють вантажні дрони. У складних умовах, наприклад у віддалених або небезпечних районах, оператори дронів можуть мати обмежену або ненадійну інформацію. Це може створити значні проблеми з точки зору навігації, спілкування та прийняття рішень. Аналізуючи вплив неповної інформації та різноманітність навколишнього середовища, дослідники можуть розробити стратегії пом’якшення ризиків і покращити загальну продуктивність вантажних дронів у таких умовах. Це може включати розробку передових алгоритмів і технологій, які дозволяють безпілотникам адаптуватися та приймати обґрунтовані рішення на основі наявної інформації.
Методи дослідження. При проведенні досліджень використання вантажних дронів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності набору обмежень для польотів вирішальну роль відіграють методики збору даних. Ці методи включають збір відповідної інформації та даних, щоб зрозуміти проблеми та обмеження, з якими стикаються вантажні дрони в таких умовах. Один із підходів полягає в аналізі існуючих нормативних актів і вказівок, що стосуються експлуатації безпілотників. Це допомагає визначити конкретні обмеження та вимоги, які необхідно враховувати під час дослідження. Крім того, інтерв’ю та опитування з експертами в цій галузі можуть дати цінну інформацію про практичні аспекти та реальні сценарії, з якими стикаються вантажні дрони. Збираючи вичерпні дані, дослідники можуть краще зрозуміти комплекс факторів, які впливають на використання вантажних дронів у складних умовах польоту.
Підходи аналізу та моделювання є важливими методами дослідження при вивченні використання вантажних дронів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності обмежень для польотів. Ці підходи передбачають вивчення зібраних даних і розробку моделей або моделювання для аналізу різних сценаріїв. Наприклад, дослідники можуть використовувати математичні моделі для моделювання польоту вантажних дронів за різних умов. Це дозволяє оцінити продуктивність дронів і виявити потенційні проблеми чи обмеження. Крім того, методи мережевого аналізу можуть бути використані для вивчення зв’язку та взаємодії між різними обмеженнями для польотів. Використовуючи ці підходи до аналізу та моделювання, дослідники можуть отримати цінну інформацію про доцільність і ефективність використання вантажних дронів у складних умовах польоту.
Методи оцінки та варіації є вирішальними в оцінці ефективності та надійності вантажних дронів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності обмежень для польотів. Ці методи передбачають тестування та перевірку продуктивності вантажних дронів у реалістичних умовах. Одним із підходів є проведення польових експериментів, у яких вантажні дрони експлуатуються в складних умовах, щоб оцінити їхні можливості та обмеження. Це надає цінні дані про продуктивність, надійність і здатність безпілотників орієнтуватися в обмеженому повітряному просторі. Крім того, можна провести порівняльні дослідження, щоб порівняти продуктивність вантажних дронів із традиційними методами доставки. Застосовуючи методи оцінки та перевірки, дослідники можуть переконатися, що використання вантажних дронів у складних умовах польоту є безпечним, ефективним і надійним.
Наукова новизна дослідження (новизна одержаних результатів). Значною науковою новизною є дослідження щодо застосування вантажних дронів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності обмежень польотів. Безпілотні літальні апарати, широко відомі як дрони, призначені для польотів без пілота на борту та керуються дистанційно. Однак управління польотом дронів стає дедалі складнішим, коли стикається з неповною інформацією та безліччю взаємопов’язаних обмежень на політ. Тому вкрай важливо вивчити та зрозуміти виклики, пов’язані з цими умовами, і дослідити потенційне застосування вантажних дронів у таких сценаріях.
Неповна інформація та різноманітність обмежень на польоти створюють унікальні проблеми для експлуатації вантажних дронів. Порядок використання повітряного простору цивільними безпілотними літальними апаратами, викладений в Авіаційних правилах польотів безпілотних літальних апаратів, підкреслює важливість дотримання певних правил і обмежень. Ці обмеження спрямовані на забезпечення безпечної та ефективної роботи дронів у повітряному просторі, спільному з іншими літальними апаратами, а також на пом’якшення потенційних ризиків. Однак складність цих обмежень і відсутність повної інформації можуть створювати перешкоди для успішного розгортання вантажних безпілотників у різних сценаріях. Тому дослідження застосування вантажних дронів у таких умовах є важливими для вирішення цих проблем і розробки ефективних стратегій їх експлуатації.
Важливе значення має дослідження застосування вантажних дронів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності обмежень польотів. Використання дронів редакціями для висвітлення важкодоступних для журналістів подій демонструє потенційні переваги технології дронів у подоланні перешкод і розширенні можливостей. Крім того, військові визнають трансформаційний потенціал безпілотних літальних апаратів (БПЛА) у бойових діях, підкреслюючи необхідність досліджень у цій галузі. Розвиток безпілотних авіаційних комплексів, таких як БПАК (безпілотний авіаційний комплекс), ще більше підкреслює актуальність і значущість дослідження застосування вантажних БПЛА в складних умовах польоту. Тому проведення досліджень із застосування вантажних дронів у таких умовах має вирішальне значення для розкриття їхнього повного потенціалу та вирішення проблем, пов’язаних із неповною інформацією та багато-зв’язаністю обмежень на польоти.
Практичне значення одержаних результатів. Використання вантажних дронів у складних і невизначених умовах створює кілька проблем. Одним із таких викликів є неповна інформація про обмеження польотів. У багатьох випадках правила та норми щодо використання повітряного простору для безпілотних літальних апаратів не є чітко визначеними або легкодоступними. Відсутність інформації може ускладнити навігацію операторів вантажних безпілотників у закритому повітряному просторі та забезпечити дотримання правил. Без доступу до точної та актуальної інформації безпечна та ефективна експлуатація вантажних дронів стає більш складним завданням.
Іншою проблемою є різноманітність обмежень на польоти. Обмеження польотів для вантажних безпілотників часто взаємопов’язані, тобто порушення одного обмеження може мати каскадний вплив на інші зони повітряного простору. Наприклад, якщо вантажному безпілотнику заборонено літати над певною територією з міркувань безпеки, йому також може бути заборонено входити в сусідній повітряний простір. Ця різноманітність обмежень польотів ускладнює роботу вантажних безпілотних літальних апаратів, оскільки оператори повинні враховувати потенційні впливи траєкторії польоту на навколишній повітряний простір.
Незважаючи на ці проблеми, не можна не помітити практичне значення отримання результатів від використання вантажних дронів у таких складних і невизначених умовах. Здатність безпечно та ефективно транспортувати вантажі за допомогою безпілотних літальних апаратів має потенціал для революції в різних галузях, включаючи логістику, служби доставки та реагування на надзвичайні ситуації. Завдяки подальшим дослідженням і розробкам, а також удосконаленням технологій і правил, вантажні дрони можуть стати цінним надбанням у вирішенні проблем транспортування у віддалених або важкодоступних районах. Отримані результати використання вантажних безпілотних літальних апаратів в умовах неповної інформації та багато-зв’язаності обмежень на польоти можуть дати цінну інформацію та вказівки для майбутніх досягнень у цій галузі.
Особистий внесок здобувача в ефективності вантажних безпілотників у складних умовах. Завдяки розумінню неповної інформації та численних взаємозв’язків вони змогли впоратися зі складними логістичними проблемами та забезпечити безперебійну роботу систем вантажних безпілотників. Крім того, їх здатність долати численні обмеження на польоти дозволила підвищити продуктивність і ефективність доставки товарів. Крім того, інноваційні рішення підвищили загальну ефективність, зробивши застосування вантажних безпілотників більш надійним і економічно ефективним. Загалом, особистий внесок здобувача значно підвищив ефективність роботи вантажних безпілотників, прокладаючи шлях для майбутніх досягнень у цій галузі.
Апробація результатів дисертації.
1. Міжнародні класифікації безпілотних авіаційних систем. XV Міжнародна науково-технічна конференція «АВІА-2021» Національного Авіаційного Університету. 20 – 22 квітня 2021, – ст. 6.65 – 6.71.
2. Застосування безпілотних авіаційних систем для перевезення вантажів. IV. 2022 Міжнародного симпозіуму «Соціокультурний дискурс глобалізованого світу: наука, освіта, комунікація» відбулась науково-конференція «Безпілотна авіація України».
3. Стан розвитку безпеки мережі цивільної авіації. «Авіація у XXI столітті - Безпека в авіації та космічні технології». 28 – 30 вересня 2022, – ст. 3.1.5 – 3.1.8.
4. Розвиток авіаційної промисловості України. СТАЛИЙ РОЗВИТОК ГЛОБАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ЗВ’ЯЗКУ, НАВІГАЦІЇ, СПОСТЕРЕЖЕННЯ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ПОВІТРЯНОГО РУХУ CNS/ATM – 2021. Збірник Тез, ВСЕУКРАЇНСЬКОЇ НАУКОВО-ТЕХНІЧНОЇ КОНФЕРЕНЦІЇ. 23 – 25 листопада 2021, pp. 130 – 132.
5. Development of algorithms of optimization of flight control of automated uav on the basis of pseudospectral gauss method. Уже відправлено в «International scientific conference sustainable development of the global communication, navigation, surveillance and air traffic management systems cns/atm».
6. Modeling the delivery of goods using drones, "XVI Міжнародна науково-технічна конференція «ABIA-2023». 18 – 20 квітня 2023, – ст. 26.123 – 26.127.
8. Застосування безпілотних авіаційних систем для перевезення вантажів. IV. 2022 Міжнародного симпозіуму «Соціокультурний дискурс глобалізованого світу: наука, освіта, комунікація» відбулась науково-конференція «Безпілотна авіація України».
Публікації.
1. Підготовлено і відправлено 2 статті до журналу Євросоюзу «Logistics and Transport», The International University of Logistics and Transport in Wrozlaw.
РОЗДІЛ 1. СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ (БПЛА)
1.1. Цілі місій безпілотного авіаційного транспорту. Переваги від використання безпілотної авіації порівняно з пілотною авіацією.
Англійська абревіатура безпілотника - "unmanned aerial vehicle", а абревіатура - "UAV". Це безпілотний літальний апарат, який керується за допомогою обладнання дистанційного радіоуправління та автономних програмних пристроїв, або повністю чи з перервами автономно керується бортовим комп’ютером.
Безпілотники широко використовуються у військовій сфері, в основному для тактичної та стратегічної повітряної розвідки. БПЛА підкатегорії «міні» та «мікро» все частіше використовуються в бойових діях взводів і підрозділів для термінового отримання інформації типу «що на горі», тобто для вирішення завдань військової розвідки. Одним з перспективних напрямів їх застосування є вирішення завдань у груповому складі. Безпілотники також використовуються для координації вогневих ударів і ударів по наземних цілях.
Крім того, невійськові безпілотники використовуються для вирішення різноманітних завдань, але їх продуктивність є недоцільною для пілотованих літаків з різних причин. До таких завдань належать:
- моніторинг повітряного простору, землі та води;
- екологічний контроль;
- управління повітряним рухом;
- контроль морського судноплавства;
- розвиток систем зв'язку;
- логістика на місці (передача запчастин, боєприпасів, батарей, медикаментів тощо);
- художня фотографія.
У порівнянні з пілотованими літальними апаратами він має такі переваги, як малий розмір, низька вартість, легкість у використанні, низькі вимоги до бойового середовища та висока живучість на полі бою. Зважаючи на важливість безпілотників для майбутнього повітряного бою, найбільші військові країни світу активізують розробку безпілотників. У листопаді 2013 року Управління цивільної авіації Китаю видало «Тимчасові правила управління цивільними пілотами БПЛА», а Асоціація AOPA Китаю відповідає за управління цивільними БПЛА. Згідно з «Правилами», безпілотники, які працюють на території материкового Китаю, можна розділити на 11 ситуацій залежно від моделі літака та розміру повітряного простору польоту. Серед них лише безпілотники вагою 116 кілограмів і більше та дирижаблі вагою 4600 кубічних метрів і більше, які літають в об’єднаному повітряному просторі, управляються Адміністрацією цивільної авіації. Решта, включно з іншими рейсами, включно з дедалі популярнішими мікрореактивними літаками, управляються галузевими асоціаціями або самими операторами [35].
Після винаходу БПЛА чи дронів відбулися кардинальні зміни в деяких галузях промисловості та бізнесі, і це зробило так багато робіт, процедур і складних речей надто легкими. Якщо ми скажемо, що зараз дрони можуть зробити ваш бізнес, і вашу повсякденну роботу, і деякі рятувальні організації широко використовуються в армії для моніторингу та деяких інших цілей.
Безпілотники зараз широко використовуються для зйомки кадрів, які можуть виконувати ту ж роботу, що виконували дуже дорогі вертольоти та крани [1]. Швидкі камери та камери 4К, екшн-камери та науково-фантастичні сцени знімаються за допомогою безпілотних літальних апаратів, що полегшує зйомку та іншу кінематографію. Цей БПЛА або дрони також широко використовується для фотографування нерухомості та спорту. Журналісти зараз також розглядають це питання щодо використання дронів для зйомки кадрів і відео в прямих телетрансляціях.
Великі гіганти електронної комерції, такі як Amazon, Alibaba, DHL та деякі інші великі компанії електронної комерції та доставки, виступають за доставку безпілотними апаратами [2, 36]. БПЛА можуть заощадити багато часу, можуть доставити вчасно за короткий проміжок часу, і на них не впливатимуть жодні умови руху. Крім того, їх також можна використовувати на невеликі відстані для доставки невеликих посилок, їжі та деяких інших замовлень, які необхідно доставити [3].
Цікавим застосуванням БПЛА є зйомка природних пейзажів і місць, до яких ми не можемо дістатися або не можемо перелізти, як-от узбережжя та пляжі, вершини гір і острови в морі. БПЛА використовуються для картографування великих і величезних місць скупчення людей [4, 5].
БПЛА забезпечує швидке реагування в режимі реального часу, коли трапляється природна чи техногенна подія, як-от щось чи будь-яке лихо, для моніторингу цього місця з висоти пташиного польоту та може орієнтуватися в пошуках поранених [6, 7]. Обладнання та пристрої, що використовуються в цих умовах, мають високу роздільну здатність і менше мають високу чіткість камер, датчиків і радарів, щоб надати точну інформацію або зображення рятувальним командам. Оскільки великі транспортні засоби чи пристрої, схожі на гелікоптер, не можуть досягти вузьких місць або не можуть отримати детальний огляд будь-якого місця.
Технології БПЛА тепер також дозволяють фермерам і кардинально змінюють галузь сільського господарства Lessing Agriculture з сучасними технологіями фермерів [8, 9]. Зараз аграрії використовують дрони та пристрої БПЛА для моніторингу своїх великих поширених корпусів дуже дешевим і дуже ефективним способом, а також можуть реагувати на здоров’я будь-якого корпусу, сповіщаючи фермерів за допомогою датчиків, які прикріплені до дронів. За деякими даними, зараз 80 відсотків сільського господарства будуть контролювати за допомогою дронів і БПЛА.
Дрони також розроблені для використання для моніторингу небезпечних і іноді непередбачуваних погодних ситуацій [10, 11]. Оскільки ці пристрої дешеві, їх можна відправляти в торнадо та урагани, щоб спеціалісти та синоптики отримали нове уявлення про поведінку погоди. Датчики, які використовуються в дронах, допомагають деталізувати погодні параметри, перевіряти ситуацію та стежити за погодою.
Моніторинг дикої природи був головним болем для спостереження за цілим парком чи будь-яким лісом, щоб запобігти полюванню на тварин або будь-якій непередбачуваній ситуації, але БПЛА дозволили легко контролювати цілу територію за секунди чи хвилини [12].
В даний час БПЛА також широко використовуються для забезпечення законності та забезпечення ситуації в місті [13, 14]. Це допомагає організації, яка несе відповідальність за підтримання закону та порядку, забезпечувати дотримання ситуації в місті з наглядом за великими скупченнями людей і забезпечувати безпеку населення. Вони також допомагають їм допомагати в моніторингу дуже кримінальних і незаконних дій і подій у місті.
БПЛА використовуються для розробки та забезпечення розваг для користувачів і людей, щоб їх також можна було використовувати в нічних клубах і для деяких розважальних цілей [15, 16]. Крім того, дрони на основі штучного інтелекту використовуються кількома способами для зйомки ваших відео та фотографій на відстані, а також їх можна переміщати, коли ви будете крокувати вперед або назад.
Інші сфери застосування комерційних БПЛА – це доставка посилок або картографування та порятунок [17].
Військове застосування БПЛА є специфічним для різних операцій, які забезпечують розвідку про бойові дії. Використовується концепція зграї БПЛА для збору інформації про військові дії. Для розпізнавання бомб використовуються легкі безпілотні літальні апарати. Ці БПЛА були розроблені США, щоб сповіщати військових про порятунок людей. Може використовуватися для розвідки діяльності ворогів. БПЛА дуже важливі для спостереження за більшою географічною територією. Рій БПЛА може бути розгорнутий у небезпечних зонах для надання інформації про безпеку. Технологія БПЛА є економічним рішенням для цих військових застосувань у наш час [18].
У порівнянні зі звичайними пілотованими літальними апаратами безпілотні авіаційні системи (БПЛА), які зазвичай називають дронами, пропонують ряд переваг у продуктивності та можливостях. Може виконувати завдання, які можуть бути надто небезпечними або складними для пілотованих літальних апаратів, наприклад, польоти в небезпечних погодних умовах або проведення ретельних перевірок інфраструктури». БПЛА також можуть літати на менших висотах і повільніших швидкостях, що дозволяє збирати й обробляти більш точні дані. «Крім того, БПЛА може бути оснащений різноманітними датчиками та камерами, що дозволяє збирати більш точні та детальні дані». Кілька галузей промисловості, зокрема сільське господарство, використовували БПЛА для отримання зображень високої роздільної здатності для моніторингу стану та росту культур, демонструючи ці можливості. Безпілотні літальні апарати також можна використовувати для пошуково-рятувальних місій, оскільки вони здатні літати повільно та на низькій висоті, що підвищує ефективність пошукових зусиль. Підсумовуючи, БПЛА є життєво важливим інструментом у різноманітних галузях завдяки їхнім перевагам у продуктивності та можливостях [19].
Магістр