Мультикоптеры как способ решения проблем городской инфраструктуры

А.В. Самутина 
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
 

Городская транспортная инфраструктура всё хуже справляется с решением ежедневных проблем по доставке людей и грузов. Крупный город – это всегда пробки на дорогах. В данной статье исследуется проблема доставки важных грузов не наземным, а воздушным способом – с помощью дронов. Приведены примеры использования дронов для различных сфер городской жизни, выявлены существующие ограничения по использованию дронов. Также описаны популярные модели и проведен конкурентный анализ моделей и производителей на соответствие ожиданиям наиболее важных городских сфер.

Ключевые слова: мультикоптер, дрон, беспилотный летательный аппарат, городская среда, доставка товаров.
 

О транспортных проблемах больших городов жители знают не понаслышке. Они сталкиваются с транспортными пробками ежедневно. Каждый день огромное количество автомобилей движется по дорогам страны, чтобы маленькие и большие города продолжали функционировать в нормальном режиме: люди могли попасть на работу, учебу, в больницу и другие необходимые для них места, а грузы вовремя попадали в пункты назначения. По данным РИА «Новости», на 20.02.2016 «в Госавтоинспекции РФ зарегистрировано более 44,2 млн легковых автомобилей, более 6,2 млн грузовых, 890 тыс. автобусов, 2,2 млн единиц мототранспорта и более 3 млн прицепов и полуприцепов» [1].

И с каждым годом число транспортных средств на дорогах страны продолжает расти, что вызывает серьезные затруднения движения дорожного потока. В связи с этим актуальными становятся следующие вопросы: Как уменьшить количество пробок в крупных городах? Можно ли заменить автомобили в каких-либо сферах жизни человека? 

Особую привлекательность для решения этих вопросов представляет воздушное пространство, где достойной заменой автомобилю выступает мультикоптер – воздушный беспилотный летательный аппарат (БПЛА). Беспилотник способен осуществлять транспортировку грузов, мониторинг дорог и их окрестностей, совершать поиск людей в труднодоступных местах и решать множество других задач, которыми сейчас занимаются

люди при помощи наземных транспортных средств. Целью данной статьи является рассмотрение возможностей мультикоптеров для выявления путем разгрузки транспортной инфраструктуры города. Следовательно, основными задачами будут:

1) выявление сфер применения коптеров на примере разных стран;

2) определение ограничения по использованию БПЛА в городе;

3) оценка перспектив использования коптеров в городской инфраструктуре.

По данным Google Trends, начиная c 2010 года количество запросов по ключевым словам «мультикоптер», «квадрокоптер», «дрон» стабильно растет, что говорит о востребованности беспилотных летательных аппаратов большим количеством людей.

Рассмотрим более подробно основные сферы городской инфраструктуры, в которых можно применить беспилотники.

В данной статье речь пойдет только о профессиональных коптерах, которые способны выполнять функции, приносящие пользу обществу, и которые можно использовать в бизнесе.

Не будут рассматриваться потребительские дроны, целью использования которых является развлечение их владельцев. Существенной проблемой использования БПЛА в городском пространстве являются ограничения со стороны законодательства РФ и ряда других стран мира. Исходя из этого большинство примеров использования мультикоптеров, описанных в статье, представляют собой лишь опытные разработки, пока не перешедшие в массовое производство и не используемые широко. На данный момент применение беспилотников на территории России беспрепятственно возможно лишь в случаях, когда их использование санкционировано государственными службами, наиболее часто они применяются в МЧС.

Работа сотрудников МЧС связана с постоянными высокими рисками как для жизни самих сотрудников служб спасения, так и для лиц, пострадавших в результате чрезвычайных ситуаций, поэтому сокращение времени между принятием решения о спасательной операции и реализацией поставленных задач является одним из наиболее приоритетных направлений отрасли. Внедрение БПЛА в структуру МЧС позволит повысить мобильность сотрудников служб спасения, сократить финансовые затраты, а также повысить эффективность всех видов работ, проводимых спасателями. На данный момент коптеры чаще всего задействованы в поисково-спасательных операциях, мониторинге и оценке степени распространения лесных пожаров, а также при обнаружении и измерении опасных веществ и вредоносных излуче ний. В единичных случаях беспилотники уже начинают применяться в пожарах не на открытой местности, а в зданиях и сооружениях. Например, с февраля 2016 года московский отдел пожарной охраны приобрел два квадрокоптера, основной задачей которых является передача онлайн-трансляции происходящего пожара, чтобы сотрудники службы спасения могли при необходимости быстро корректировать свои действия согласно ситуации [2]. Таким образом, возможно повысить эффективность работы пожарных служб при тушении очень сложных пожаров и при ликвидации возгораний на больших площадях.

Согласно данным «Российской газеты» от 26 января 2016 года в распоряжении МЧС России по всей стране находится около 250 дронов, а к концу 2016 года Министерство чрезвычайных ситуации РФ планировало расширить свой авиапарк еще на 800 единиц беспилотных летательных аппаратов [3].

Возможности использования дронов службой спасения постоянно расширяются и БПЛА начинают осваивать новые направления по спасению жизней. Например, в начале октября 2016 года национальная ассоциация спасателей Германии протестировала беспилотный летательный аппарат, предназначенный для спасения людей на воде [4]. Существуют разные способы помочь человеку продержаться до прихода спасателей, например бросить спасательный круг или другое спасательное средство. Но когда человек тонет вдали от берега, ему на помощь приходят беспилотники. Разработанный компанией Microdrones квадрокоптер способен за считанные секунды доставить утопающему надувной плот, который поможет человеку продержаться на плаву до прибытия спасателей. На мой взгляд, эта инновационная разработка должна присутствовать на всех специально оборудованных пляжах и пассажирских кораблях, ведь бывают случаи (например, сильный шторм), когда спасая утопающего, спасатель рискует собственной жизнью, а специальный дрон способен работать при любых погодных условиях.

Обеспечение безопасности граждан в городской среде – одна из основных задач деятельности властей. Применение БПЛА дает возможность многим городским службам в режиме онлайн следить за ситуацией в городе, что позволяет в кратчайшие сроки решать появившиеся проблемы.

В сентябре 2016 года Ставропольский край стал первым регионом в России, который взял на вооружение квадрокоптеры в структуру ГИБДД [5]. Сразу после взлета ими были зафиксированы несколько нарушений правил дорожного движения. Сейчас мультикоптеры осуществляют несколько задач: проводят мониторинг состояния загруженности дорог, фиксируют факты нарушений ПДД и госномера автомобилей-нарушителей. Помимо этого, беспилотники можно использовать для видеосъемки ДТП с воздуха, чтобы точно анализировать произошедшее, что часто необходимо страховым компаниям и другим заинтересованным лицам. Судя по положительным отзывам сотрудников ГИБДД, высока вероятность, что в ближайшее время мультикоптеры появятся и в других регионах России.

В перспективе еще большее количество городских служб могут извлечь пользу из использования дронов. Например, положительный результат беспилотники могут принести службам, заведующим городским хозяйством: парками, скверами, аллеями, дорогами и т.д. Наличие дрона в этих структурах позволит поддерживать в актуальном состоянии информацию о подотчетных объектах муниципальной власти, при этом сокращая временные, трудовые и финансовые затраты. Дополнительную пользу БПЛА смогут оказать контролируя крупные городские мероприятия (День города, 9 Мая и т.д.).

Высока эффективность беспилотников для служб, ответственных за контроль технического состояния жилых и нежилых зданий и сооружений. Хотя здания и неподвижны, они испытывают на себе влияние множества факторов, ведущих к изменениям их первичного состояния. Своевременное обследование сооружений и принятие мер по устранению факторов, негативно влияющих на них, поможет избежать деформации несущей конструкции зданий или их оснований, отследить скорость и степень изменения технического состояния строения и, как следствие, принять экстренные меры по предотвращению его обрушения. Наблюдение за состоянием высотных объектов традиционными способами – очень трудоемкий и затратный процесс. Традиционно для полной оценки состояния здания необходимо задействовать либо краны с длинными выдвижными стрелами, либо альпинистское снаряжение. Если обследуемый объект находится близко от дороги, то использование крана создает проблемы для дорожного потока. В целом рядовое обследование получается довольно дорогостоящей процедурой, которая не всегда позволяет увидеть желаемое ввиду ограниченности возможностей. Для решения этой задачи очень хорошо подходит аэрофотосъемка с квадрокоптеров, поскольку она не требует использования кранов и альпинистского снаряжения, только так можно получить картинку всего объекта сразу на необходимом расстоянии. Квадрокоптер способен подлететь на расстояние вплоть до метра от объекта, а также набрать высоту до 500 м и даже выше, чтобы охватить весь объект одним кадром. Способ оценки состояния неподвижных сооружений с помощью квадрокоптеров уже применяется в мире. В Южной Корее специально для этих целей создается карабкающийся дрон, который будет уметь не только визуально, при помощи камеры и датчиков, обследовать техническое состояние строения, но и с помощью усиленной сенсорной технологии сможет более точно давать информацию об имеющихся трещинах, изгибах и других видах деформации исследуемого объекта [6].

Курьерская доставка – одно из самых значимых и потенциально емких направлений использования мультикоптеров в городе. Идеи доставки дронами еды, товаров, медикаментов и т.д., несмотря на запреты со стороны законодательства, постоянно развиваются во всем мире, предлагая множество преимуществ перед традиционными видами доставки. Мультикоптеры могут вылетать в любое время и приземляться где угодно, они не зависят от транспортной развязки и способны долететь до любых труднодоступных мест, кроме того, они не стоят в пробках и могут прокладывать путь по оптимальным маршрутам, в отличие от наземных транспортных средств, что экономит время клиентов, ожидающих груз.

Одними из первых в мире опробовали возможности беспилотника в качестве курьера разработчики этих летающих аппаратов из ЮАР. В период музыкального фестиваля OppiKoppi, состоявшегося в августе 2013 года, дроны развозили посетителям пиво, заказанное с помощью смартфона [7]. Этот опыт показался интересным многим компаниям, работающим в сфере производства и продажи продуктов питания, напитков. Например, американская пивоваренная компания, изготовляющая известное пиво Lakemaid Beer, воодушевившись примером ЮАР, сняла и разместила в Интернете проморолик, в котором компании рыбаков, заказавших пиво по телефону, заказ к месту назначения привозит дрон. Другим примером попытки использовать дрона-курьера для доставки еды стала российская компания «ДОДО Пицца», которая 21 июня 2014 года совместно с компанией «Коптер Экспресс» совершила доставку пиццы с помощью дрона в городе Сыктывкаре (Республика Коми) [8]. При участии квадрокоптера компания «ДОДО Пицца» доставила приготовленную пиццу в общественное место – прямо в парк. Прилетев на точку, управляемый удаленно дрон завис в воздухе и на тросе сбросил вниз коробку, на земле ее ждал агент компании, раздававший удивленным клиентам их заказы. Это был, наверное, первый и самый известный опыт курьерской доставки дрона в России. Однако эта история также не обошлась без проблем с законодательством. Мировые судьи сыктывкарского суда оштрафовали руководителя компании «Коптер Экспресс», организовавшего первую коммерческую доставку пиццы дронами для компании «ДОДО Пицца», он был привлечен к административной ответственности за незаконные грузоперевозки.

Еще одна сфера применения квадрокоптеров в городском пространстве – медицина. Машины скорой помощи не всегда вовремя успевают к месту назначения. Это связано с множеством причин: расстоянием, которое надо проехать до пациента; пробками по пути; плохой дорогой, не позволяющей двигаться быстрее, и т.д. Но все эти причины объединяет одно – время, которого не хватает больному. Создание медицинских квадрокоптеров отчасти позволяет решить эту проблему. Пролетая по воздуху, БПЛА в меньшей степени зависят от внешних обстоятельств (кроме погодных условий), а значит, значительно быстрее могут добраться до пациента и помочь оказать первую медицинскую помощь. Первые разработки в этом направлении уже сделаны. Одной из них является летающий дефибриллятор, созданный Алексом Момонтом – студентом Делфтского технического университета в Нидерландах [9]. Разработанный им дрондефибриллятор весит 4 кг и способен летать со скоростью до 100 км/ч, что позволяет ему прибыть на место происшествия раньше скорой. По задумке автора, человек, вызвавший медиков, сможет по радиосвязи получить инструкции по использованию дефибриллятора от работника экстренных служб и, возможно, спасти жизнь пострадавшего от сердечного приступа. Еще более удивительный концепт медицинского дрона разработала компания Argodesign. По задумке Марка Ролсона, основателя компании, гигантский квадрокоптер в скором времени может заменить машины скорой помощи. Основная его задача будет заключаться в том, чтобы как можно быстрее прибыть на место ЧС и вернуться в больницу [10]. Преимущество этого гигантского квадрокоптера перед другими средствами оказания медицинской помощи будет в том, что он из-за своих размеров, в сравнении с другими мультикоптерами, более устойчив к погодным условиям, способен поднять и перевезти больного из любого труднодоступного для автомобиля места, а также дешевле, мобильнее и легче в управлении, чем вертолет. Однако этот концепт пока не имеет даже опытного образца, но автор идеи очень надеется, что ему удастся найти финансирование и реализовать задуманное.

Ознакомимся с теми моделями уже существующих квадрокоптеров, которые занимают лидирующие позиции на рынке малобюджетных профессиональных беспилотных летательных аппаратов согласно интернет-источникам. По данным статистики поисковых запросов Google Trends, самыми популярными квадрокоптерами 2016 года становятся модели Phantom 4 и Inspire 1, представленные компанией DJI Innovations, Mi Drone компании Xiaomi, а также дрон Karma от GoPro. Все вышеперечисленные БПЛА набрали 100 баллов, что по меркам Trends означает наивысший рейтинг популярности в поисковой системе Google.

Согласно статистическим меркам запросов Yandex Wordstat лидером рейтинга становится модель квадрокоптера Phantom 3 Professional от DJI, набравшая 340 397 запросов в течение 2016 года. Вторым в рейтинге Wordstat стал коптер Karma GoPro, а третьим – Phantom 4 DJI, набравшие 264 298 и 171 426 запросов соответственно. Хотя результаты, полученные в поисковых системах, различаются, общим остается тот факт, что самыми популярными квадрокоптерами 2016 года становятся БПЛА, произведенные компанией DJI Innovations.

ТОП-7 лучших квадрокоптеров 2016 года представлены в таблице. При составлении рейтинга рассматривались лишь те модели, которые гипотетически можно использовать в городе для повышения качества городской среды.

Места в таблице распределялись по соотношению «цена – технические характеристики – результаты поисковых запросов». Лидером рейтинга стала компания DJI Innovations, производящая линейки дронов Phantom и Inspire, обладающие высоким рейтингом среди пользователей и достойными техническими характеристиками. На данный момент беспилотники компании DJI задействованы в МЧС РФ: «Они используются для детальной разведки района ЧС, объекта (группы объектов), оценки их состояния, осмотра отдельных элементов строений, сооружений,

ТОП-7 квадрокоптеров 2016 года

 
в том числе и внутри них, отдельных участков местности, дорог, мостов и др., проведения воздушной разведки, определения маршрутов ввода наземных аварийно-спасательных сил» [11]. Следом расположилась стремительно развивающаяся компания Xiaomi и набирающий популярность дрон Mi Drone, у которого демократичная цена и совсем немного отстающие от лидеров рейтинга характеристики. Отличительной особенностью этого летательного аппарата является его модульность. Складной и разбирающийся квадрокоптер может хорошо проявить себя в структуре ГИБДД, где важной характеристикой является портативность. Karma – квадрокоптер, созданный всемирно известной компанией GoPro, еще до момента официального старта продаж приобрел широкую популярность среди фанатов продукции этой фирмы. Как и Mi Drone, Karma можно сложить и разобрать. Преимуществом этого дрона будет входящий в комплект пульт управления с встроенным дисплеем, в отличие от других квадрокоптеров, которым кроме стандартной комплектации необходим еще смартфон или планшет для управления. Walkera Voyager 3 – самый крепкий коптер среди представленных моделей, он меньше всех восприимчив к ветру и температурам, отлично подойдет для использования рядом с водой и на открытой местности (рисунок). Solo Drone – малоизвестный беспилотник, но обладающий отличными показателями по соотношению цена – качество. Встроенный Wi-Fi и HDMI – одно из немаловажных преимуществ данного беспилотника.
 

а                                                                               б

Рис. Профессиональные квадрокоптеры:

а – DJI Phantom 3 Professional; б – Walkera Voyager 3
 

Высокая конкуренция среди производителей квадрокоптеров создает среду, в которой компаниям приходится постоянно модернизировать разработки под потребности потребителей, чтобы отстаивать свое место на рынке. Конкуренция способствует развитию, поэтому сегодня для каждого сегмента, в котором потенциально можно задействовать беспилотник, на рынке уже существует по несколько предложений дронов. Указанные в рейтинге квадрокоптеры можно применять в структурах МЧС, ГИБДД, а также в сферах контроля и мониторинга состояния городской собственности.

В заключение нужно отметить, что рынок мультикоптеров растет стремительными темпами, что создает огромный потенциал для использования беспилотников в мирных целях в городской среде. Почти все страны мира уже начали разрабатывать концепции применения квадрокоптеров для улучшения качества жизни людей. Наиболее выдающимися разработками можно считать медицинские квадрокоптеры, которые смогут не просто оптимизировать существующие процессы в этой сфере, но и спасти жизни в тех случаях, когда это уже казалось невозможным. Однако из-за барьеров со стороны законодательства изменения в структурах городского управления происходят медленнее, чем хотелось бы. Как только существующие барьеры будут сняты или упрощены для указанных в данной статье отраслей, рынок беспилотных летательных аппаратов в городской среде будет расширяться в геометрической прогрессии. 

Список литературы

1. РИА «Новости» [Электронный ресурс]. – URL: https:// ria.ru/society/20160220/1377940767.html

2. Кишьян Е. Беспилотники вступили в ряды пожарной службы [Электронный ресурс] // Новый взгляд. – 12.02.2016. – URL: http://newvz.ru/info/70697.html.

3. Борисов Т. Маленький и зоркий [Электронный ресурс] // Российская газета. – 26.01.2016. – URL: https://rg.ru/2016/01/26/dron-site.html.

4. В Германии испытывают дрон для спасения утопающих [Электронный ресурс] // Новостной портал Life. – URL: https://life.ru/t/%D0%B3%D0%B0%D0%B4%D0%B6%D0%B5%

D1%82%D1%8B/911400/v_ghiermanii_ispytyvaiut_dron_dlia_spasi eniia_utopaiushchikh.

5. Голанов Е. ГИБДД взяло на службу квадрокоптеры [Электронный ресурс]. – URL: http://www.b-port.com/news/item/189618.html.

6. Розенталь Р. В Южной Корее создается специальный «карабкающийся» дрон [Электронный ресурс]. – URL: http:// www.fainaidea.com/izobretenija/v-koree-sozdaetsya-spetsialnyjkarabk-99291.html.