Strona główna Transport i logistyka Drony w przestworzach

Drony w przestworzach

UDOSTĘPNIJ

Prasanth Aby Thomas
a&s International


Wraz z szybkim rozwojem i wprowadzaniem takich technologii, jak sztuczna inteligencja (artificial intelligence, AI) czy głębokie uczenie się (deep learning) bezzałogowe statki powietrzne zdobywają coraz większą popularność w branży zabezpieczeń.

Amerykańska Federalna Administracja Lotnictwa już zaproponowała rygorystyczny zakres dobrych praktyk dotyczący dronów stosowanych komercyjnie, chociaż wiele krajów musi dopiero zaakceptować szybki wzrost ich popularności. Nie powstrzymuje to jednak przemysłu dronowego przed rozwojem oraz nadążaniem za innowacjami. Firmy inwestują w ten sektor, eksperymentując ze sprzętem i oprogramowaniem, a także z ich możliwościami. Brak przepisów nie powstrzymuje również użytkowników przed szerszym wykorzystaniem tych latających maszyn. Drony są coraz chętniej stosowane przez różne branże – pozwalają rozwiązać niektóre problemy, dotychczas żmudne, kosztowne albo wręcz niemożliwe, począwszy od ochrony, skończywszy na rolnictwie, produkcji i sprzedaży. Według raportu firmy badawczej Markets and Markets wartość globalnego rynku dronów ma wzrosnąć do 21 mld dol. w roku 2022 – przy wskaźniku wzrostu CAGR ok. 16% w latach 2016–2022.

Klasyfikacja pracy dronów w bezpieczeństwie
Dążenie do najwyższej wydajności branża security zawsze opierała na technologii, zwłaszcza zaawansowanej elektronice, czujnikach oraz wideo. Kilka firm prezentowało w ostatnich latach innowacyjne podejście do bezpieczeństwa, jednak branża ta w dużej mierze wymaga bezpośredniego zaangażowania człowieka. Pojawienie się dronów ma to przynajmniej częściowo zmienić. Dzięki szybkości, zdolności manewrowania, rozmiarom i wbudowanym technologiom doskonale zastępują obsługę naziemną w monitorowaniu rozległych terenów. W krótkim czasie kontrolują duże obszary i docierają do miejsc trudno dostępnych dla ludzi. Nie potrzebują wieloosobowej obsługi, minimalizując konieczność angażowania znacznych sił do monitorowania obiektu.

Według raportu PwC wartość rynku zastosowań dronów w branży security sięga 10,5 mld dol. Co ciekawe, w tym raporcie podzielono drony dozorowe na dwa typy w zależności od tego, czy ich rejon monitoringu ma charakter liniowy, czy monitorują pewien obszar. W monitoringu liniowym – nadzorowaniu autostrad, wybrzeży lub obszarów nadgranicznych używa się stałopłatów. Mogą wypatrywać prób nielegalnego przekroczenia granicy, przemytu lub śledzić wędrówki dzikiej zwierzyny. Do monitorowania obszarowego częściej wykorzystuje się drony z wieloma śmigłami ze względu na lepsze możliwości manewrowania i zawisania w powietrzu, zauważają autorzy raportu. Bezzałogowe statki powietrzne przesyłają strumień danych w czasie rzeczywistym, podążając za obiektami lub intruzami w bezpiecznej odległości szybko kontrolują znaczny obszar, ale też robią zdjęcia, na których widać, czy np. wycięto las lub zabrano hałdę żużla, kontynuują autorzy. Dron ma tę przewagę nad konkurencyjnymi kamerami stacjonarnymi, że intruz nie może się przed nim ukryć, może też rejestrować obszary normalnie niewidoczne. Mogą też wykonywać zdalny zwiad miejsca wypadku, aby sprawdzić, czy teren jest bezpieczny dla zespołu interwencyjnego. To znacznie poprawia skuteczność grup reagowania.

Inne zastosowania dronów w kontekście security wykracza poza podstawowy monitoring. Mogą zapewniać bezpieczeństwo obiektom kluczowym, takim jak porty czy lotniska. Przykładowo w Abu Zabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich firma zarządzająca portami uzupełnia swój system ochrony dronami. Oprócz zastosowań z zakresu security bezzałogowe statki powietrzne są przydatne w weryfikacji jakości pracy załogi.

Praca autonomiczna
Godny uwagi rozwój branży doprowadził do opracowania dronów autonomicznych. W uproszczeniu są to samodzielnie latające drony, które przemieszczają się w ramach przypisanego im obszaru. To pierwszy krok w kierunku automatyzacji działań mających na celu poprawę bezpieczeństwa. Wiele firm opracowało autonomiczne drony przeznaczone dla sektora security. Jedną z nich jest Nightingale Security. Według Cary Savasa, wiceprezesa ds. marketingu firmy, ich produkt może wykonywać wiele zadań obsługiwanych przez ludzi, robiąc to i taniej, i szybciej.
Pracownicy ochrony mają ograniczone możliwości – dodaje C. Savas. – Na przykład jest im trudno szybko skontrolować duże obszary albo miejsca odległe. Szybkie reagowanie jest po prostu w większości rozległych obiektów niemożliwe. Są też inne czynniki zmniejszające efektywność, np. zwolnienia chorobowe, dni wolne od pracy, wakacje, kradzieże itd. Są to ludzkie sprawy, które wpływają na każdą branżę, jednak uznałem za stosowne zwrócić na nie uwagę przy porównywaniu ludzi i robotów. Roboty nie mają wakacji. Pomysł Nightingale Security obejmuje wyspecjalizowane drony z wbudowanymi funkcjami, które są kluczowe dla zadań ochrony.

Drony są wyposażane w jeden lub większą liczbą czujników, np. RGB, IR, termowizyjny, lidarowy i czujnik materiałów niebezpiecznych. Kolejne są opracowywane i intensywnie wdrażane. Rozwiązanie zawiera również stację bazową, która jest nie tylko lądowiskiem. Wewnątrz przemysłowej obudowy odpornej na warunki otoczenia znajdują się element ładujący oraz komputer sieciowy służący do zarządzania autonomiczną pracą drona.

Najważniejszym elementem autonomicznego robota wciąż pozostaje oprogramowanie. Dziś drony są produkowane przez wiele firm, ale wykorzystanie takiego rozwiązania na skalę komercyjną wymaga przede wszystkim oprogramowania opartego na sztucznej inteligencji, które umożliwi pracę flocie dronów i sieci stacji bazowych. Oprogramowanie to w rzeczywistości „mózg” całego rozwiązania. Nowinki sprzętowe zdecydowanie determinują sposób funkcjonowania branży zabezpieczeń, natomiast tak naprawdę innowacje w oprogramowaniu zdecydują o stopniu inteligencji tych maszyn.

Połączenie dronów i robotów dla poprawy bezpieczeństwa
Monitoring podniebny może okazać się niewystarczający. Podejmowane są próby połączenia możliwości dronów z autonomicznymi robotami-strażnikami. Działająca w Singapurze firma OTSAW Digital stworzyła O-R3 – autonomicznego robota do pracy w terenie z wbudowanym modułem sterującym dronem. O-R3 to pierwszy na świecie autonomiczny robot-strażnik, który łączy nadzór naziemny z powietrznym dzięki zintegrowanemu systemowi UGV-UAV – wyjaśnia Ling Ting Ming, prezes OTSAW Digital. – Stwarza to możliwości obserwacji w pełnym zakresie 360° bez martwych stref. Ponadto obecność O-R3 „robi wrażenie” i skutecznie zniechęca potencjalnych przestępców.
Dubaj już podjął decyzję o wykorzystaniu O-R3, przed końcem tego roku roboty powinny pojawić się na ulicach tego miasta. Nie zastąpią one pracowników ochrony, ale będą ich wspierać.

W kierunku bardziej inteligentnych dronów
Wraz z dalszym rozwojem technologii dronów branża zabezpieczeń z pewnością będzie jednym z sektorów odnoszących największe korzyści. Oprócz większej autonomii i proaktywnemu stawianiu czoła zagrożeniom, drony są na najlepszej drodze do objęcia kluczowej roli w przetwarzaniu danych. Widzenie maszynowe (machine vision) umożliwi im wykonywanie takich zadań, jak wykrywanie nieuprawnionych wejść na teren obiektu. Biometryczne systemy rozpoznawania twarzy pomogą nawet zidentyfikować intruza. Zdaniem Waltera Lee, ambasadora marki i dyrektora ds. relacji z rządem w globalnym dziale bezpieczeństwa w NEC, sztuczną inteligencję (AI) i drony łączą silne współzależności.
Są dwie główne płaszczyzny wykorzystania AI w dronach. Na poziomie lotu i na poziomie operacyjnym może być pomocna w kontrolowaniu wzorców poruszania się, koordynacji pracy roju dronów, widzeniu otoczenia, reagowaniu na warunki pogodowe itd. Na poziomie zabieranego na pokład osprzętu sztuczna inteligencja pomaga wprowadzać takie technologie, jak analityka obrazu czy różnorodne czujniki.

Drony potrafią widzieć i odczuwać otoczenie, co poprawia skuteczność ochrony i dozoru – wyjaśnia W. Lee. Specjalnością NEC jest sztuczna inteligencja i technologie biometryczne. To ważny segment zastosowań w przypadku dronów w aspekcie działań antyterrorystycznych. Wkrótce drony staną się nieodłącznym narzędziem sektora bezpieczeństwa. Przy obserwowanym tempie rozwoju technologii najbliższa przyszłość zapowiada się więc interesująco.

Rośnie znaczenie sztucznej inteligencji w dronach
Postęp w dziedzinie sztucznej inteligencji sprawia, że drony latają bezpieczniej i są wydajniejsze. Wraz z rozwojem technologii i postępującą redukcją kosztów autonomiczne drony stają się coraz bardziej popularne. Mogą wykonywać powierzone zadanie bez udziału nawigatora, są więc rozwiązaniem atrakcyjnym dla klientów oczekujących automatyzacji procesów oszczędzającej koszty pracy i inne koszty operacyjne.

Zwiększająca się liczba dronów wywołuje też obawy, czy podczas pracy nie będą się ze sobą zderzać. Obawy te były jednym z głównych czynników spowalniających rozwój i adaptację autonomicznych dronów.
Z problemem próbują zmierzyć się innowacyjne firmy, które oferują rozwiązania umożliwiające tym urządzeniom nawigowanie w przestworzach. Należy do nich firma Iris Automation z San Francisco. Firma wprowadziła rozwiązanie, które pozwala dronom widzieć otoczenie.

Skonstruowaliśmy system unikania kolizji „wyczuj i unikaj”, dzięki któremu drony przemysłowe widzą świat tak, jak pilot – mówi A. Harmsen. – Nasz system obejmuje odwzorowanie 3D i dynamiczne śledzenie ruchomych obiektów z dużych odległości, co zapewnia dronowi bezpieczny lot w krajowej przestrzeni powietrznej, potencjalnie poza polem widzenia.

Rozwiązanie oparto na widzeniu komputerowym. Wykorzystano w nim najnowsze przełomowe osiągnięcia wbudowanych systemów obliczeniowych i kamer. Firma opracowała autorskie algorytmy, które umożliwiają systemowi pracę na zewnętrz, w środowisku niezabudowanym. Algorytmy te pracują na pokładzie drona w czasie rzeczywistym. A. Harmsen twierdzi, że wbudowanie tej funkcjonalności w moduł o masie 300 g oraz sprzedaż w rozsądnej cenie zmienią funkcjonowanie w całej branży.
Rdzeniem rozwiązania Iris Automation jest oprogramowanie sterowane przez zintegrowany procesor graficzny (GPU).

Oprogramowanie potrafi rozpoznać, podzielić na segmenty i sklasyfikować obiekty w otoczeniu. Możliwe jest także całkowite i z zachowaniem pełnej geometrii odwzorowanie środowiska w postaci wewnętrznego modelu świata.
Zdolność projekcji w czasie pozwala systemowi na ocenę, czy możliwa jest kolizja z jakimkolwiek obiektem – dodaje A. Harmsen. – W efekcie system może podjąć działanie unikowe. Oczywiście, wiele z tego nie byłoby możliwe bez zastosowania deep learning i sztucznej inteligencji.

Sztuczna inteligencja w widoczny sposób zrewolucjonizowała branżę dronów. Wcześniej podążały one za znacznikami GPS lub wykonywały polecenia pilota, zdalnie manipulującego drążkiem sterowniczym. Oparte na sztucznej inteligencji rozwiązanie Iris Automation pozwala dronom widzieć świat w taki sposób, w jaki widzi go pilot, mogą więc podejmować decyzje w czasie rzeczywistym. Dzięki temu można uchronić maszynę przed ewentualną kolizją.

Autonomiczny dron dozorujący 
stosowany wewnątrz budynków
Większość dronów jest przeznaczona do ochrony na zewnątrz budynków. Coraz częściej odgrywają ważną rolę w branży zabezpieczeń. Mając unikatowe możliwości, takie jak docieranie do miejsc niedostępnych dla ludzi i kontrola dużych obszarów trudnych do monitorowania, stają się ulubionymi urządzeniami specjalistów ds. bezpieczeństwa. Trend ten wzmacniają postępy w produkcji dronów. Rozwój technologii – sztuczna inteligencja, deep learning i machine vision – sprawia, że są inteligentniejsze, sprawniejsze i, co ma największe znaczenie, bardziej autonomiczne. Kilka firm wprowadziło na rynek autonomiczne drony do celów dozorowych. W znacznej mierze są one przeznaczone do pracy na zewnątrz budynków. Pojawiła się jednak firma, która twierdzi, że jako jedyna może zaoferować autonomicznego drona dozorowego do pracy wewnątrz budynków – Arctic Robotics z Vantaa w Finlandii produkuje w pełni autonomiczną platformę dronów do pracy w budynkach służącą do ochrony i proaktywnego monitoringu, która pomaga zmniejszyć koszty i poprawić jakość systemów zabezpieczeń.
Niko Oksanen, prezes i współzałożyciel firmy, wyjaśnia, dlaczego to rozwiązanie jest unikatowe i może odmienić branżę zabezpieczeń. Jesteśmy jedyną firmą oferującą w pełni autonomiczne rozwiązanie pozwalające na lot wewnątrz budynków, w którym dron stanowi jedynie platformę. Wykorzystanie naszych usług w chmurze do kontroli maszyn i zarządzania flotą umożliwi przeglądanie nagrań na żywo lub zarejestrowanie z dowolnej przeglądarki internetowej, a całe rozwiązanie można łatwo zintegrować z istniejącym systemem pomieszczeń kontrolnych – podkreśla N. Oksanen.
Dron zdolny do poruszania się wewnątrz budynku wykorzystuje system nawigacyjny 2D oparty na lidarze1. Jest w pełni zautomatyzowany i przemieszcza się po wyznaczonych trasach. Pauli Isoaho, dyrektor techniczny i współzałożyciel Arctic Robotics, dodaje, że dron wykorzystuje obracający się lidar do pomiaru odległości od ścian, a także sonar do unikania przeszkód.
Stosujemy też sonary i lidary do mierzenia odległości od podłogi i sufitu – wyjaśnia P. Isoaho.
Nasz system zawiera automatyczną stację ładującą i usługę w chmurze. Nie budujemy ram drona sami, lecz tworzymy algorytmy nawigacji i jesteśmy właścicielem pełnego rozwiązania. Zatem nasza praca to w 80 proc. oprogramowanie, natomiast w 20 proc. sprzęt.

 

„Żywotność” baterii jest dużą przeszkodą
w rozwoju technologii dronów
Dostępne w sprzedaży drony zdobywają coraz większą popularność w kolejnych sektorach wertykalnych. Z pomocą kilku nowych start-upów i nowinek technologicznych użytkownicy poznali ich szczególne zalety i możliwości przydatne w konkretnych branżach. Stąd też można spotkać te urządzenia np. w zastosowaniach security do autonomicznego dozoru wybranych obszarów; w rolnictwie do przeglądu upraw, a nawet w pracach badawczych do zbierania informacji.
Jedną z poważniejszych przeszkód na drodze rozwoju tego sektora jest niski czas życia baterii zasilających drony. Lot dostępnych w handlu dronów trwa średnio 10–20 minut, co sprawia, że stają się mało przydatne podczas intensywnej pracy. Na przykład w zastosowaniach security nadzorowanie ogromnych obszarów nie jest możliwe bez baterii o odpowiedniej żywotności.Pojawiło się rozwiązanie. Elistair, francuska firma z Lyonu, projektuje i produkuje przewodowe stacje dla dronów, zapewniające większe bezpieczeństwo, nieograniczoną autonomię i szybki transfer danych niezbędnych do pracy dronów. Guilhem de Marliave, prezes i założyciel Elistair, wyjaśnia, że rozwiązanie zapewnia łatwy dostęp do nieograniczonej ilości danych wprost z dronów. Głównym rynkiem zbytu produktu są firmy zajmujące się stałym dozorem przestrzeni powietrznej, telekomunikacją pop-up oraz kontrolą przemysłową w trudnym środowisku.Flagowy produkt Elistair, SAFE-T, to inteligentna stacja przewodowa dla dronów cywilnych, dostarczająca operatorom i użytkownikom dronów większe możliwości – zapewnia G. de Marliave.
Mikroprzewód zapewnia stałe zasilanie i szybki transfer danych. W efekcie rozwiązanie umożliwia nieograniczony, bezpieczny, globalny dostęp do obrazów z powietrza w czasie rzeczywistym. SAFE-T stanowi doskonałe rozwiązanie dla licznych zastosowań w obszarze dozoru, kontroli, telekomunikacji i TV programowej. Urządzenie można łatwo transportować i używać w każdym terenie. Jest niewielkie i zdolne do pracy w kilka sekund.Nie ulega wątpliwości, że łączący przewód ogranicza wielkość obserwowanego obszaru. Jednak dzięki bezpośredniemu i nieprzerwanemu zasilaniu przez mikroprzewód dron zyskuje możliwość długotrwałej pracy.