Przemysłowe UAV, czyli drony, czyli bezzałogowe platformy powietrzne to pojazdy sterowane przez człowieka z ziemi i zdolne do rozmieszczania specjalnych ładunków w środowiskach przemysłowych do różnych zadań. Drony znajdują zastosowanie w energetyce, kartografii i geodezji, bezpieczeństwie, organach ścigania, Ministerstwie Sytuacji Nadzwyczajnych, rolnictwie i innych gałęziach przemysłu. Drony przemysłowe są produkowane według bardziej rygorystycznych specyfikacji niż modele konsumenckie, często oferując większy zasięg i czas lotu, zaawansowane systemy awioniki oraz możliwość rozbudowy platform o ładunki, w tym czujniki, sprzęt do obrazowania i niestandardowe ładunki do celów badawczych i geodezyjnych.
A jednak, czym są przemysłowe UAV, gdzie i jak są używane, jakie są ich główne cechy. O tym porozmawiamy w nowym materiale.
Ładunek i czujniki
Drony przemysłowe wyposażane są w czujniki lub ładunki dostosowane do konkretnych zadań. Ten specjalistyczny sprzęt ma szeroki zakres specyfikacji i zastosowań, co czyni go odpowiednią alternatywą dla inspekcji ręcznych w wielu gałęziach przemysłu. Przemysłowe UAV oferują bezpieczny, wydajny i dokładny sposób gromadzenia danych do szerokiego zakresu zastosowań.
Ładunek drona przemysłowego
Termin „ładunek użyteczny” w odniesieniu do bezzałogowych statków powietrznych, samolotów, helikopterów i statków kosmicznych w szerokim znaczeniu oznacza ilość, rodzaj i wagę sprzętu, dla którego urządzenie jest tworzone lub wystrzeliwane. W prostych słowach jest to sprzęt przenoszony przez drony w celu wykonania określonej misji lub zadania. W przypadku BSP najczęściej jest to sprzęt wizualizacyjny: kamery, kamery termowizyjne, dalmierze czy czujniki do inspekcji, oceny sytuacji, majątku, lokalizacji. Niektóre nowoczesne modele dronów umożliwiają jednoczesne przenoszenie do trzech ładunków. Najbardziej znanym ich modelem jest DJI Matrice 300 RTK , gdzie jednym z obciążeń jest stacja RTK umożliwiająca precyzyjne pozycjonowanie oraz możliwość zainstalowania do pięciu ładunków (trzy w formie fizycznej). W tym: Zenmuse H20, H20T – hybrydowe kamery termowizyjne, specjalistyczne kamery do precyzyjnych inspekcji XT S, XT2 i Z30. Ten ostatni oferuje 30-krotny zoom optyczny i 6-krotny zoom cyfrowy, co daje w sumie powiększenie 180x. Maksymalna całkowita masa ładunku M300 RTK nie powinna przekraczać 2,7 kg. Maksymalna masa startowa wynosi 9 kg. Ponadto producent uwzględnił życzenia użytkowników, zwracając uwagę na możliwość montażu na dronie obciążeń pochodzących od zewnętrznych producentów.
Ładunki UAV różnią się w zależności od branży. Oznacza to, że na przykład inspekcje wymagają sprzętu wykrywającego najdrobniejsze szczegóły, wymagane jest doskonałe powiększenie i wysoka rozdzielczość. Misje poszukiwawcze wymagają ładunków zapewniających niezawodną ochronę i wysoką jakość obrazu. Kamera termowizyjna ma szczególną wartość. Rolnictwo wymaga czujników, które będą skanować wizualnie i pod ziemią obszary upraw, identyfikując choroby lub brak wilgoci. Ponadto nowoczesne platformy oferują ładunek w postaci zbiorników do nawadniania, podlewania i upraw.
W przypadku produkcji filmowej ładunkiem są kamery i sprzęt obrazujący używany do filmowania z powietrza. Tego typu badania są znacznie bardziej ekonomiczne niż wykorzystanie helikopterów czy samolotów.
Ostatecznie im większa waga i rozmiar ładunku, tym solidniejsza musi być platforma UAV. Zwiększanie masy wymaga mocniejszych silników i większej liczby ostrzy, co może prowadzić do zwiększonego zużycia baterii i skrócenia czasu lotu. Nawiasem mówiąc, mówiąc o ostrzach. Przemysłowe UAV obejmują heksakoptery (6 śmigieł) i oktokoptery (8 śmigieł). Jednocześnie wśród producentów toczy się dziś walka o zmniejszenie masy urządzeń przy jednoczesnym zachowaniu lub zwiększeniu ich technicznych możliwości lotu i strzelania. Tym samym uderzającym przykładem jest zupełnie nowy DJI Matrice 30, jeden z dwóch dronów z serii: M30 i M30T. Już wcześniej przeprowadziliśmy szczegółową recenzję tego urządzenia . Innym popularnym dronem dla zespołów poszukiwawczo-ratowniczych jest dron DJI Mavic 2 Enterprise Advanced z dwiema kamerami na pokładzie: wizualną 48 MP i kamerą termowizyjną 640 × 512. Wizualizacja M2EA obsługuje 32-krotny zoom, aby uchwycić wszystkie szczegóły. Ponadto fotografowanie można prowadzić jednocześnie z dwóch kamer. Obraz na panelu sterowania dostępny jest dla użytkownika na podzielonym ekranie. Jest to również wygodne podczas przeprowadzania inspekcji linii energetycznych, ropy i rurociągów. Za dokładność pozycjonowania odpowiada moduł RTK. Ponadto użytkownik może utworzyć aż 240 punktów nawigacyjnych w celu konstruowania tras i w pełni autonomicznej obsługi drona wzdłuż tych tras.
Przemysłowe czujniki dronów
W rzeczywistości jest znacznie więcej czujników do pracy przemysłowej z UAV niż nawet konwencjonalne kamery, które różnią się rozdzielczością, „inteligentnymi możliwościami” fotografowania, trybami, zoomem i innymi. Zasięg czujników jest praktycznie nieograniczony.
Detekcja chemiczna
Takie czujniki są szczególnie poszukiwane w energetyce, a także w geodezji oraz do inspekcji pól gazowych, wież i przemysłowych platform wiertniczych. Drony przemysłowe mogą pokryć duże obszary szybciej i dokładniej niż inspekcje ręczne. Wykrywając na wczesnym etapie uszkodzenia rur gazowych i wycieki gazu, można zaoszczędzić znaczne kwoty pieniędzy, a także zmniejszyć wpływ na środowisko.
Czujniki lidarowe
Czujniki Lidar do komercyjnych UAV to czujniki zaprojektowane do wysyłania szybkich impulsów laserowych na ziemię w celu utworzenia mapy 3D i gromadzenia zaawansowanych danych map geoprzestrzennych i topograficznych. LiDAR jest używany w wielu gałęziach przemysłu, od map drogowych po rolnictwo, do szybkiego i dokładnego mapowania obszarów.
Czujniki podczerwieni i temperatury
Jeszcze szersze zastosowanie mają czujniki podczerwieni i temperatury do dronów przemysłowych. Czujniki termiczne mogą być stosowane do wykrywania wycieków ciepła lub wody w systemie rurociągów, do identyfikacji korozji, usterek, strat ciepła na budowach, do poszukiwania ludzi i ratowania zaginionych na terenach otwartych, do rozpoznania, identyfikacji źródeł pożaru, więcej. Termografia dla dronów przemysłowych najczęściej oznacza badanie obszarów w celu stworzenia reliefów i modeli 3D trudno dostępnych miejsc i terytoriów.
Czujniki magnetometryczne
Magnetometry specjalistyczne przeznaczone są przede wszystkim do celów bezpieczeństwa. Mówiąc najprościej, magnetometry to urządzenia służące do pomiaru natężenia jednego lub większej liczby składników pola magnetycznego. W zależności od modyfikacji tych urządzeń, wykorzystuje się je dziś w dziesiątkach dziedzin nauki i przemysłu: geologii, archeologii, nawigacji, sejsmologii, wywiadu wojskowego, geochronologii. W geologii magnetometr służy do lokalizacji minerałów bez konieczności wykonywania wierceń próbnych w celu pobrania próbek. Urządzenie pozwala na zarejestrowanie żyły zasobnej w minerały i podjęcie decyzji o celowości rozpoczęcia wydobycia na danym terenie. Za pomocą tego sprzętu można również określić, gdzie znajdują się podziemne źródła wody pitnej, w jaki sposób są one zlokalizowane i jaka jest ich objętość. Dzięki temu można określić, gdzie konieczne jest wiercenie studni lub budowa studni.
W archeologii magnetometry służą do identyfikacji głęboko podziemnych złóż metali żelaznych, zakopanych artefaktów archeologicznych, konstrukcji podziemnych oraz innych dużych i małych obiektów interesujących przemysł. Ważne jest, aby zrozumieć, że wszystkie obiekty mają namagnesowanie. To właśnie wykrywają czujniki.
W sejsmologii magnetometry reagują na pole magnetyczne Ziemi, umożliwiając przewidywanie trzęsień ziemi, gdy zmiany właściwości płyt tektonicznych zakłócają zwykłe parametry pola.
W rozpoznaniu wojskowym sprzęt ten umożliwia wyszukiwanie celów wojskowych ukrytych przed konwencjonalnymi radarami. I choć kamerę termowizyjną można wykorzystać także do identyfikacji obiektów wojskowych czy konwojów sprzętu, to kolejnym niezbędnym rozwiązaniem jest magnetometr w postaci ładunku.
Ponadto do celów wojskowych magnetometr może służyć do identyfikacji łodzi podwodnej leżącej na dnie morza lub oceanu, czego nie da się zrobić za pomocą sprzętu termowizyjnego.
Kamery UV
Kamera ultrafioletowa to urządzenie optyczno-elektroniczne przeznaczone do obserwacji obiektów emitujących lub odbijających promieniowanie w zakresie widma niewidocznego dla światła ultrafioletowego. Jest to przydatne w zastosowaniach przemysłowych, takich jak identyfikacja problemów z inspekcją linii energetycznych i słupów, gdzie izolacja może zostać uszkodzona, co może skutkować utratą energii i potencjalnym uszkodzeniem dotkniętego obszaru.
Czujniki wykrywania promieniowania
Przemysłowe UAV mogą przenosić czujniki wykrywające promieniowanie jako ładunek w obszary uważane za zbyt niebezpieczne, aby wysyłać tam grupy ludzi. Może to dotyczyć stref klęsk żywiołowych, obszarów, w których istnieje podejrzenie wzrostu promieniowania, lub monitorowania degradacji elementów elektrowni jądrowych.
Fotogrametria
Pomiary fotogrametryczne za pomocą dronów przemysłowych są powszechne w geodezji, kartografii i tworzeniu modeli 3D. Fotogrametria mierzy odległość między obiektami i na podstawie tych pomiarów tworzy dokładną mapę. Dane fotogrametryczne z UAV można wykorzystać do tworzenia map krajobrazu, projektów budowlanych, a nawet organów ścigania do badania i raportowania miejsc przestępstw i wypadków.
Możliwości autonomiczne lub półautonomiczne
Najważniejszą cechą wyróżniającą przemysłowe BSP jest ich wysoce elastyczne rozwiązanie, posiadające możliwości autonomiczne lub półautonomiczne. Działanie autonomiczne polega na obecności „inteligentnych” możliwości lotu na trasie i punktach, systemach powrotu na miejsce startu, wykrywaniu i omijaniu przeszkód, zatrzymaniu awaryjnym, lądowaniu, technologiach koordynacji w powietrzu z innymi uczestnikami ruchu lotniczego, zdalne sterowanie i obsługa niezależna od komputera pokładowego. W tym drugim przypadku mówimy o wykonywaniu zadań w warunkach silnych zakłóceń, gdy pilot UAV może wystrzelić drona w celu wykonania zadań, przelecieć lub dokonać inspekcji obiektu lub terytorium, zebrać dane, po powrocie na miejsce startu i przesłać dane automatycznie do panelu sterowania, a w przyszłości na nośniki wymienne. Niektóre modele oferują również „inteligentną” analizę, na przykład podczas budowania modeli terenu 3D. Latając po przestrzeni dron, pracując w parach i pod kontrolą oprogramowania, rysuje model, przekształcając go w postać cyfrową na komputerze.
Drony DJI są już wykorzystywane przez niektóre z największych firm na świecie, w tym w sektorze energetycznym do wykrywania i kontroli gazów, obrazowania termowizyjnego i teledetekcji. Drony znajdują najszersze zastosowanie w rolnictwie, geodezji i kartografii.