eng
Выпуск #4/2025
О. Черкасова
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ЧАСТЬ 1
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ЧАСТЬ 1
Просмотры: 1050
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.245.4.102.108
Анализируются инженерные решения, позволяющие увеличить время полета БПЛА, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
Анализируются инженерные решения, позволяющие увеличить время полета БПЛА, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
Теги: energy consumption flight time groundborne cable systems recharging technologies – charging stations solar panels uavs wireless charging беспроводная зарядка бпла время полета наземные кабельные системы солнечные панели технологии подзарядки – зарядные станции энергопотребление
Инновационные технологии подзарядки аккумуляторов беспилотных авиационных систем. Часть 1
О. Черкасова, к. физ.-мат. н.
Рост интереса к беспилотным авиационным системам ведет к их применению в сельском хозяйстве, транспорте, экологии и безопасности. Однако ограниченное время полета остается проблемой, требующей анализа решений для его увеличения и развития методов подзарядки. Подчеркивается необходимость внедрения инновационных решений
для увеличения времени работы и повышения надежности. Преодоление этих ограничений становится приоритетом для разработчиков, стремящихся вывести на рынок более прогрессивные, эффективные и практичные технологии. Главной целью данного исследования является анализ инженерных решений, позволяющих увеличить время полета дронов, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
В последние годы наблюдается неуклонный и яркий рост интереса к беспилотным авиационным системам (БАС), которые находят все более широкое применение в самых разнообразных отраслях [1–3]. Благодаря своей инновационной природе и многофункциональности, они стали краеугольным камнем современного авиационного производства.
К основным компонентам БАС относятся: воздушный аппарат – беспилотные летательные аппараты (БПЛА), наземная станция управления, системы навигации и связи, а также программное обеспечение для обработки и анализа данных. Каждый из этих элементов играет ключевую роль в обеспечении эффективной работы беспилотника. Воздушный аппарат является основным элементом системы и включает в себя различные типы дронов – от небольших квадрокоптеров до крупных БПЛА, используемых в военных и гражданских целях. Он оборудован датчиками, камерами и другими устройствами, которые позволяют собирать информацию и выполнять различные задачи. Наземная станция управления обеспечивает связь между оператором и беспилотным аппаратом. Она позволяет контролировать полет и получать данные с борта в реальном времени, а также предоставляет интерфейс для планирования маршрута и настройки параметров выполнения миссий. Системы навигации и связи, включая GPS и другие технологии, обеспечивают точность и надежность полетов. Программное обеспечение для обработки данных играет важную роль в интерпретации собранной информации, что позволяет принимать обоснованные решения и использовать результаты в различных отраслях, от сельского хозяйства до охраны окружающей среды.
С каждым новым достижением инженерной мысли БАС продолжают расширять свои функциональные границы, внедряясь в новые области исследования и применения
[4, 5]. Именно в этом динамичном контексте беспилотные технологии становятся не только прогрессивными инструментами, но и символами стремительного прогресса человечества, подчеркивая возможности, которые открываются перед нами в век технологий и инноваций. Эти технологии стремительно развиваются, открывая новые горизонты в таких сферах, как сельское хозяйство, транспорт, охрана окружающей среды и безопасность. БПЛА позволяют осуществлять мониторинг больших площадей, осуществлять фотосъемку и сбор данных с недоступных высот, что значительно повышает эффективность исследований и операций [6–10]. Их использование в сельском хозяйстве позволяет оптимизировать процессы мониторинга здоровья растений, проверки урожая и управления орошением [11–13].
Возможность использования их для анализа состояния посевов, определения уровня влажности и даже для распыления удобрений и пестицидов способствует более рациональному использованию ресурсов и к значительному повышению продуктивности. В транспортной сфере [14] БПЛА обеспечивают более эффективные логистические решения, включая доставку товаров и мониторинг состояния транспортных артерий, что может радикально изменить логистику.
Одна из ключевых областей применения БПЛА – охрана окружающей среды. С их помощью становятся возможными детальные исследования экосистем, мониторинг загрязнений и выявление нарушений в природоохранном законодательстве. Более того, технологии визуализации и анализа данных, интегрируемые в БПЛА, позволяют осуществлять высокоточные научные исследования. В экологии БАС играют ключевую роль в наблюдении за состоянием природных экосистем и при контроле за нарушениями.
В контексте безопасности БПЛА играют важную роль в осуществлении патрулирования, мониторинга и наблюдения, что значительно улучшает реагирование на чрезвычайные ситуации [15–20]. Их использование для оценки ущерба после стихийных бедствий, таких как землетрясения или наводнения, позволяет существенно ускорить процесс реагирования и восстановления.
С помощью дронов можно получить актуальные данные о состоянии инфраструктуры и обнаружить людей, которые могут нуждаться в помощи.
Совершенно очевидно, что использование БАС также открывает новые горизонты в научных исследованиях. Ученые теперь имеют возможность получать данные в труднодоступных местах, будь то леса, горные районы или даже морская поверхность. Это значительно расширяет возможности экологического мониторинга, позволяя проводить исследования изменения климата, миграции животных и оценки состояния биосферы. БАС становятся незаменимыми помощниками в проведении экологических и географических экспедиций [21, 22].
Таким образом, инновативные технологии на базе БАС продолжают менять наш взгляд на возможности современного мира. С каждым годом мы видим все больше примеров их успешного применения, что в свою очередь вдохновляет на дальнейшие исследования и разработки в этой области. Перспективы применения БПЛА кажутся безграничными, открывая новые возможности для улучшения жизни и решения актуальных задач общества.
Однако ограниченное время полета остается одной из основных проблем, с которой сталкиваются разработчики. Главной целью данного исследования является анализ инженерных решений, позволяющих увеличить время полета дронов, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
Обзор инженерных решений
Одним из перспективных направлений является разработка аэродинамически оптимизированных конструкций дронов, что позволит уменьшить сопротивление воздуха и, следовательно, снизить потребление энергии. Также рассматриваются инновационные системы рекуперации энергии, позволяющие дронам использовать восходящие потоки воздуха для подзарядки во время полета. Еще одним важным аспектом является внедрение беспроводных технологий подзарядки, таких как магнитная резонансная индукция, что позволит дронам заряжаться, находясь в движении, минимизируя время простоя. В итоге, создание более эффективных систем управления энергопотреблением и технологий подзарядки представляется ключевым шагом для достижения длинных и продуктивных полетов дронов, что открывает новые горизонты для их применения в различных сферах.
В современном мире технологии стремительно развиваются, однако они все еще подвержены ряду значительных ограничений. Самыми существенными факторами являются ограниченная продолжительность работы от аккумулятора, ограниченная мобильность, ограниченная автономность и ограниченное время полета. Эти аспекты напрямую влияют на эффективность и применимость устройств.
Ограниченная продолжительность работы от аккумулятора становится критической при использовании устройств в условиях, где доступ к электросети затруднен. Мобильность может быть скомпрометирована громоздкими конструкциями и неэргономичным дизайном, что делает производство многих БПЛА менее удобным. Ограниченная мобильность также создает барьеры, особенно в ситуациях, требующих быстрой реакции и маневренности. Автономность, в свою очередь, остается важным фактором в стабильности выполнения задач без вмешательства человека, особенно в ряде промышленных и исследовательских применений. Кроме того, автономность систем зачастую оказывается недостаточной для выполнения задач, требующих долгосрочного присутствия в заданной зоне. Это ведет к необходимости организовывать дополнительные ротации или подмены, что увеличивает затраты и сложностью логистики.
Наконец, ограниченное время полета беспилотных аппаратов подчеркивает необходимость внедрения инновационных решений для удлинения времени работы и повышения надежности. Таким образом, преодоление этих ограничений становится приоритетом для разработчиков, стремящихся вывести на рынок более прогрессивные, эффективные и практичные технологии.
Ограниченная продолжительность работы от аккумулятора диктует необходимость постоянной зарядки, что может стать серьезной проблемой в условиях, где доступ к источникам питания затруднен. Например, ограниченное время полета в случае авиационных или космических аппаратов влияет на планирование миссий, требуя от инженеров разработки новых решений и оптимизации текущих технологий. Все эти факторы в совокупности формируют современные вызовы, которые необходимо преодолевать для достижения высших уровней эффективности и надежности.
Современные БПЛА обычно используют литий-ионные или литий-полимерные батареи, которые обеспечивают высокую энергоемкость и длительный срок службы. На сегодняшний момент можно выделить несколько основных методов подзарядки аккумуляторов БПЛА в зависимости от назначения, условий эксплуатации и технологической базы [23].
Станции быстрой зарядки
Используются специализированные зарядные станции, которые могут обеспечивать быструю зарядку аккумуляторов. Такие станции часто располагаются на местах базирования БПЛА и позволяют быстро подзаряжать дрон между вылетами. Эти станции способны обслуживать различные модели БЛА, обеспечивая совместимость благодаря универсальным разъемам и адаптивным зарядным системам [24–28]. Инновационные технологии быстрых зарядов
позволяют пополнять запасы энергии за считанные минуты, что значительно увеличивает площадь охвата и производительность беспилотных аппаратов. Станции обеспечиваются системами мониторинга, которые позволяют в реальном времени отслеживать состояние аккумуляторов и оптимизировать процесс зарядки. Дополнительно, интеграция с системами управления воздушным движением гарантирует безопасность и бесперебойность операций.
Кроме того, такие станции могут стать основой для создания экосистемы, в которой беспилотные летательные аппараты будут взаимодействовать друг с другом и с наземной инфраструктурой. Использование обмена данными и искусственного интеллекта позволит оптимизировать маршруты, минимизировать время простоя и эффективнее управлять зарядкой. Например, станция может заранее предсказывать потребности в зарядке, что позволит заранее распределять ресурсы и снизить нагрузку на сеть. Однако из-за ограниченного количества зарядных станций дронам придется конкурировать за время зарядки с учетом ограничений, связанных с оптимизацией критичности и сроков выполнения задач.
В связи с чем возникает проблема использования всевозможных алгоритмов планирования [29–31].
Важно отметить, что имплементация таких зарядных станций будет способствовать развитию устойчивого подхода к использованию ресурсов. Использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветряные турбины, может значительно снизить экологический след БЛА и повысить их общую эффективность. Это также создаст возможности для финансирования и инвестирования со стороны экологически ориентированных компаний.
Солнечные панели
Установка солнечных панелей на БПЛА или на земле для подзарядки аккумуляторов во время работы дрона – это инновационное решение, которое может значительно увеличить эффективность и автономность беспилотников. Солнечные панели, интегрированные в конструкцию дронов, обеспечивают возможность непрерывной работы в условиях солнечной погоды, уменьшив зависимость от традиционных источников энергии [32–37]. Это особенно актуально для миссий, которые требуют длительного нахождения в воздухе, таких как мониторинг окружающей среды или поисково-спасательные операции.
На земле солнечные панели могут быть установлены на стационарных зарядных станциях, обеспечивая возможность быстрой подзарядки БПЛА между вылетами. Это решение также позволяет значительно сократить время на подготовку к следующему полету и расширяет горизонты использования дронов в удаленных или труднодоступных районах. Такие станции могут быть оборудованы системами автоматической подзарядки, что еще больше упростит процесс эксплуатации. Кроме того, применение солнечной энергии сводит к минимуму выбросы углерода, что делает использование дронов более экологичным. Однако при ряде положительных моментов такой способ не работает, если погодные условия ухудшаются.
Системы беспроводной зарядки
Находятся на стадии исследований, но перспективно для увеличения времени полета [38–40]. В конечном итоге, появление сети быстроразрядных станций для БЛА способствует как техническому прогрессу, так и социальной интеграции новых технологий в повседневную жизнь. Сохранение постоянной связи с пользователями и адаптация к их требованиям обеспечит дальнейшее развитие и популяризацию беспилотной авиации в различных отраслях.
Основным принципом работы таких систем является использование магнитной индукции или резонансного магнитного поля, что позволяет передавать энергию от источника к приемнику на небольшом расстоянии, избавляя от необходимости физического соединения. Одним из ключевых преимуществ беспроводной зарядки является возможность организации зарядных станций на местах, где традиционная инфраструктура может быть недоступна. Например, в удаленных или труднодоступных районах, где часто применяются БЛА для мониторинга или доставки грузов. Однако, несмотря на очевидные преимущества, технологии беспроводной зарядки сталкиваются с рядом вызовов. Среди них – необходимость в высоких коэффициентах полезного действия и обеспечение безопасности при зарядке. Поэтому разработка надежных и эффективных систем остается в центре внимания исследователей и инженеров в области аэрокосмических технологий.
Важным аспектом развития беспроводной зарядки БЛА является интеграция таких систем в существующие технологии управления полетом и навигации. Усовершенствование алгоритмов, отвечающих за функциональность дронов, позволит оптимизировать процесс зарядки. К примеру, системы могут автоматически определять местоположение зарядной станции и планировать маршрут для достижения максимальной эффективности, что особенно полезно в условиях ограниченного времени и ресурсов. Кроме того, важно, чтобы беспроводные зарядные станции могли адаптироваться к различным моделям БЛА, обладая универсальным дизайном и набором характеристик. Это позволит расширить рынок и повысить конкурентоспособность таких систем. Исследования в области повышения совместимости и стандартизации зарядных решений также играют ключевую роль в их широкомасштабном внедрении.
Необходимо учитывать и аспекты экологической безопасности. Разработка источников энергии с низким уровнем выбросов и использованием возобновляемых ресурсов способствует устойчивому развитию технологии беспроводной зарядки. Важно не только обеспечить эффективность процессов, но и минимизировать воздействие на окружающую среду.
Сменные аккумуляторы
Использование комплектов сменных аккумуляторов позволяет минимизировать время простоя. Одним из основных плюсов таких аккумуляторов является возможность быстрой замены, что позволяет проводить длительные операции без длительных перерывов на зарядку. Это особенно актуально в коммерческих и производственных сферах, где временные рамки зачастую критичны. Кроме того, наличие сменных аккумуляторов позволяет оптимизировать логистику и диагностику. Однако, несмотря на очевидные преимущества, существуют и определенные недостатки. Сменные аккумуляторы могут оказаться дорогостоящими в приобретении, а также требовать дополнительных усилий для их хранения и транспортировки. Необходимость наличия нескольких аккумуляторов для разных сценариев использования может усложнить операционные процессы. Кроме того, недостаточный уход и ненадлежащее использование аккумуляторов могут привести к их преждевременному выходу из строя, что снизит общую надежность БПЛА. В связи с этим, важным является взвешенное решение при выборе системы питания для беспилотников, которое бы удовлетворяло конкретным требованиям и условиям эксплуатации.
Воздушные зарядные станции
Концепция аэростатов или дронов-носителей, которые могут подзаряжать аккумуляторы других БПЛА в воздухе, за счет контактной или бесконтактной зарядки [41–44]. Эти станции способны выполнять функции не только зарядки, но и управления полетом, что существенно увеличивает время автономной работы БПЛА. Основными компонентами таких станций являются солнечные панели, системы беспроводной передачи энергии и современные навигационные устройства, что создает уникальную экосистему для ведения аэрофотосъемки, мониторинга и доставки грузов.
Инновационные решения, заложенные в конструкции воздушных зарядных станций, обеспечивают надежность и устойчивость к различным погодным условиям, что делает их незаменимыми в самых высоких и глубоких уголках планеты. Поскольку коммерческие и военные применения БПЛА продолжают расти, будущие разработки в области энергетической эффективности и автономности дронов могут быть направлены именно на интеграцию таких зарядных систем.
Кабельные системы
В некоторых случаях возможно использование наземных кабельных систем для зарядки БПЛА. Это может быть актуально для стационарных дронов, которые используют фиксированные маршруты или точки. Наземные кабельные устройства могут быть интегрированы в инфраструктуру, обеспечивая постоянный доступ к энергии в местах развертывания БПЛА, кроме того, их можно адаптировать для работы в различных климатических условиях, обеспечивая надежную зарядку вне зависимости от внешних факторов.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор конкретного способа подзарядки зависит от множества факторов, включая тип используемого дрона, продолжительность его работы и условия, в которых он эксплуатируется.
При выборе метода зарядки для БПЛА важно учитывать не только удобство и скорость, но и условия эксплуатации. Например, в городских или индустриальных зонах стандартная зарядка от сети остается наиболее практичным и универсальным вариантом. Однако в условиях полевых исследований или в сложных климатических условиях, где необходимо поддерживать длительные полеты, солнечные панели могут стать идеальным решением, позволяя значительно продлить время работы беспилотника без необходимости возвращаться на базу. Быстрая зарядка, хотя и эффективна, налагает определенные требования к оборудованию и может сокращать срок службы батарей при частом использовании. Тем не менее, для коммерческих миссий, где каждая минута на счету, такой подход оправдан и становится стандартом. Индуктивная зарядка, хоть и является относительно новой технологией, но с его помощью процесс зарядки значительно упрощается, а также уменьшает вероятность механических повреждений, что особенно важно для оборудования, подвергающегося частым воздействиям.
Таким образом, выбор оптимального способа зарядки БПЛА зависит от множества факторов, включая характер задач, доступные ресурсы и среду эксплуатации, что делает эту тему актуальной и многообразной. Кроме того, важным аспектом является интеграция зарядных станций в общую инфраструктуру.
Во второй части статьи будут рассмотрены развивающиеся системы управления и оптимизации энергопотребления.
ЛИТЕРАТУРА
Hanif M., Shimizu T., Zhiyuan Lu, Suenaga M., Hatanaka T. Efficient angle-aware coverage control for large-scale 3D map reconstruction using drone networks //SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration. 2024. V. 17. No. 1. PP. 144.
doi 0.48550/arXiv.2404.13915.
Wang F., Zou Y., Chen X., Zhang Ch., Hou L., del Rey Castillo E., Lim J.B.P. Rapid in-flight image quality check for UAV-enabled bridge inspection // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2024. V. 212. PP. 230–250. doi: 10.1016/j.isprsjprs.2024.05.008.
Li R., Wu M. Revealing Urban Color Patterns via Drone Aerial Photography – A Case Study in Urban Hangzhou, China // Buildings. 2024. V. 14. No. 2. PP. 546.
doi: 10.3390/buildings14020546.
Daftry S., Hoppe C., Bischof H. Building with drones: Accurate 3D facade reconstruction using MAVs // 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Seattle, WA, USA. 2015. PP. 3487–3494. doi: 10.1109/ICRA.2015.7139681.
Shakhatreh H. et al. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges //IEEE Access. 2019. V. 7. PP. 48572–48634.
doi: 10.1109/ACCESS.2019.2909530.
Salari A., Erricolo D. Unmanned Aerial Vehicles for High-Frequency Measurements: An accurate, fast, and cost-effective technology // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2022. V. 64. No. 1. PP. 39–49. doi: 10.1109/MAP.2021.3061026.
Li H., Yi P., Liu Y., Zahor A. Scalable MAV Indoor Reconstruction with Neural Implicit Surfaces // 2023 IEEE/CVF International Conference on Computer Vision Workshops (ICCVW). 2023. PP. 1536–1544.
Srinivasan Ramanagopal M., Nguyen A.P.-V., Le Ny J. A Motion Planning Strategy for the Active Vision-Based Mapping of Ground-Level Structures // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2018. V. 15. No. 1. PP. 356–368. doi: 10.1109/tase.2017.2762088.
Yamazaki F., Kubo K., Tanabe R., Liu W. Damage assessment and 3d modeling by UAV flights after the 2016 Kumamoto, Japan earthquake // 2017 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2017. PP. 3182–3185. doi: 10.1109/IGARSS.2017.8127673.
Filatov A., Zaslavskiy M., Krinkin K. Multi-Drone 3D Building Reconstruction Method // Mathematics. 2021. V. 9. No. 23. PP. 3033. doi: 9. 3033. 10.390/math9233033.
Zhang J., Okin G.S., Zhou Bo, Karl J.W. UAV-derived imagery for vegetation structure estimation in rangelands: validation and application // Ecosphere. 2021. V. 12. No. 11. PP. 2150–8925. doi: 10.1002/ecs2.3830.
Zhang J., Guo W., Zhou Bo, Okin G.S. Drone-Based Remote Sensing for Research on Wind Erosion in Drylands: Possible Applications // Remote Sensing. 2021. V. 13.
No. 2. PP. 283. doi: 10.3390/rs13020283.
Anderson Ch. Agricultural Drones // Technology Review Manchester Nh. 2014. V. 117. No. 3. PP. 58–60.
Iftikhar S., Asim M., Zhang Z., Muthanna A. et al. Target Detection and Recognition for Traffic Congestion in Smart Cities Using Deep Learning-Enabled UAVs: A Review and Analysis // Applied Sciences. 2023. V. 13. No. 6. PP. 3995. doi: 10.3390/app13063995.
Thiels C.A., Aho J.M., Zietlow S.P., Jenkins D.H. Use of unmanned aerial vehicles for medical product transport // Air Med. J. 2015. V. 34. No. 2. PP. 104–108.
doi: 10.1016/j.amj.2014.10.011.
Krishna J.P., R R.C., Kaliappan E. Design and Development of Search and Rescue Bot //
2024 Third International Conference on Intelligent Techniques in Control, Optimization and Signal Processing (INCOS). 2024. PP. 1–6. doi: 10.1109/INCOS59338.2024.10527532.
Khai Vu, Duy T., Van M. A Scheme of Autonomous Victim Search at Sea Based on Deep Learning Technique Using Cooperative Networked UAVs // 2023 12th International Conference on Control, Automation and Information Sciences (ICCAIS). PP. 206–211.
doi: 10.1109/ICCAIS59597.2023.10382366.
Писаренко Л. В., Гуменюк С. А., Потапов В. И. О возможностях и значении беспилотных летательных аппаратов на догоспитальном этапе оказания медицинской помощи // Российский журнал «Скорая медицинская помощь» имени Н. В. Склифосовского. 2024. Т. 13. № 3. С. 501.
Deivamani G., Govindhraj P., Jagadeesh S., Mohammed Asik A., Sudarsan T. Human Detection in Flood Using Drone // International Journal of Innovative Science and Research Technology (IJISRT). 2024. V. 9. Iss. 5. PP. 655–658. doi: 10.38124/ijisrt/IJISRT24MAY277.
Mohd Daud S.M.S., Mohd Yusof M.Y.P., Heo C.C., Khoo L.S., Chainchel Singh M.K., Mahmood M.S., Nawawi H. Applications of drone in disaster management: A scoping review // Sci Justice. 2022. V. 62. No. 1. PP. 30–42. doi: 10.1016/j.scijus.2021.11.002.
Tang L., Shao, G. Drone remote sensing for forestry research and practices // J. Forestry Res. 2015. V. 26. No. 4. PP. 791–797. doi: 10.1007/s11676-015-0088-y.
Shahbazi M. Professional drone mapping // Unmanned Aerial Systems. 2021. PP. 439. doi: 10.1016/B978-0-12-820276-0.00024-8.
Mohsan S.A.H., Othman N.Q.H., Khan M.A., Amjad H., Żywiołek J. A Comprehensive Review of Micro UAV Charging Techniques // Micromachines. 2022. V. 13. No. 6. PP. 977. doi: 10.3390/mi13060977.
Наземные станции подзарядки электрических беспилотных летательных аппаратов на основе открытых контактных площадок / В.С. Фетисов, Ш.Р. Ахмеров, Р.В. Сизоненко, Р.А. Красноперов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014.
Т. 10. № 2. С. 44–53.
Патент № 194136 U1 РФ, МПК B64C 39/02.
Станция для беспилотного летательного аппарата: № 2019126959: заявл. 27.08.2019: опубл. 28.11.2019 / Е.Е. Ильина, А.И. Мельникова; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Мкод».Патент № 2593207 C1 РФ, МПК H02J 7/00. Способ заряда аккумуляторных батарей беспилотных летательных аппаратов: № 2015124343/07: заявл. 23.06.2015: опубл. 10.08.2016 / Ю.П. Стоянов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "СТИЛСОФТ".
Ucgun H., Yuzgec U., Bayilmis C. A review on applications of rotary-wing unmanned aerial vehicle charging stations // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2021.
V. 18. No. 3. PP. 1–20. doi: 10.1177/17298814211015863.
Cheng Z., Lingfeng Li., Guowei C., Ruoyin L. Fixed-Point Landing Method for Unmanned Aerial Vehicles Using Multi-Sensor Pattern Detection // Unmanned Systems. 2023.
No. 3. PP. 1–10. doi: 10.1142/s2301385024500304.
Vikas H., Vikas S., Vinay Ch. Scheduling drone charging for multi-drone network based on consensus time-stamp and game theory // Computer Communications. 2020.
V. 149. PP. 51–61. doi: 10.1016/j.comcom.2019.09.021.
Xie R., Meng Z., Wang L., Li H., Wang K., Wu Z. Unmanned Aerial Vehicle Path Planning Algorithm Based on Deep Reinforcement Learning in Large-Scale and Dynamic Environments // IEEE Access. 2021. V. 9. PP. 24884–24900. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3057485.
Saeed R. A., Ali E. S., Abdelhaq M., Alsaqour R., Ahmed F. R. A., Saad A. M. E. Energy Efficient
Path Planning Scheme for Unmanned Aerial Vehicle Using Hybrid Generic Algorithm-Based Q-Learning Optimization // IEEE Access. 2024. V. 12.
PP. 13400–13417. doi: 10.1109/ACCESS.2023.3344455.
Dhaouadi R., Takrouri M., Shapsough S., Al Bashayreh Q. Modelling and Design of a Large Solar Quadcopter / in Proceedings of the Future Technologies Conference (FTC). 2021.
V. 1 FTC 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. Springer Cham. 2021. PP. 451–467.
doi: 10.1007/978-3-030-89906-6_30.
Whitehurst D., Friedman B., Kochersberger K., Sridhar V., Weeks J. Drone-Based Community Assessment, Planning, and Disaster Risk Management for Sustainable Development // Remote Sensing. 2021. V. 13. No. 9. PP. 1739. doi: 10.3390/rs13091739.
Zhao X., Zhou Z., Zhu X., Guo A. Design of a hand-launched solar-powered Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system for plateau // Appl. Sci. 2020. V. 10. No. 4.
PP. 1–26. doi: 10.3390/app10041300.
Hernandez-Toral J.L., González-Hernández I., Lozano R. Sun tracking technique applied to a solar unmanned aerial vehicle // Drones. 2019. V. 3. No. 51. PP. 1–24.
doi: 10.3390/drones3020051.
Goh C.S., Kuan J.R., Yeo J.H., Teo B.S., Danner A. A fully solar-powered quadcopter able to achieve controlled flight out of the ground effect // Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2019. V. 27. No. 10. PP. 1–10. doi: 10.1002/pip.3169.
Shaheed M.H., et al. Flying by the sun only: the solarcopter prototype // Aerospace Sci. Technol. 2015. V. 45. PP. 209–214. doi: 10.1016/j.ast.2015.05.016.
Aljasmi A., Yaghmour A., Almatrooshi O., Dhaouadi R., Mukhopadhyay S., Qaddoumi N. Autonomous landing of a quadrotor with wireless charging / In: Arai K., Kapoor S., Bhatia R. (eds.) FTC 2020. AISC. V. 2. Springer. Cham. 2020. PP. 830–846. doi: 10.1007/978-3-030-63089-8_54.
Dogga R., Mahdi M., Hakim R., Dhaouadi R., Mukhopadhyay S., Qaddoumi N. Wireless charging
of an autonomous drone // 6th International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems (EPECS’20), Istanbul, Turkey. 2020. PP. 7–12. doi: 10.1109/EPECS48981.2020.9304971.
Yan Y., Shi W., Zhang X. Design of UAV wireless power transmission system based on coupling coil structure optimization // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2020. V. 2020.
No. 67. doi: 10.1186/s13638-020-01679-4.
Raju A. A mother-child aerial dynamic charging station for survey drones // International Journal of Early Childhood Special Education (INT-JECSE). 2022. V. 14. Iss. 03.
PP. 2966–2973. doi: 10.9756/INT-JECSE/V14I3.363.
Патент № 2811167 C1 РФ, МПК B64U 50/35, B64U 10/10, H02J 7/00. Устройство для зарядки БПЛА от провода воздушной линии электропередачи : № 2023123267 : заявл. 07.09.2023 : опубл. 11.01.2024 / П. Е. Камнев, В. А. Кинер, А. В. Лемех [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория будущего».
Wang L., Li H., Liu Y., Ai J. Design and Realization of a Cable-Drogue Aerial Recharging Device for Small Electric Fixed-Wing UAVs // 2023 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Warsaw, Poland. 2023. PP. 926–932. doi: 10.1109/ICUAS57906.2023.10155939.
Ben-Moshe B. Power Line Charging Mechanism for Drones // Drones. 2021. V. 5. No. 4. PP. 108. doi: 10.3390/drones5040108.
Pan Sh., Zhang Zh. Fundamental theories and basic principles of triboelectric effect: A review // Friction. 2018. V. 7. No. 1. PP. 2–17. doi: 10.1007/s40544-018-0217-7.
О. Черкасова, к. физ.-мат. н.
Рост интереса к беспилотным авиационным системам ведет к их применению в сельском хозяйстве, транспорте, экологии и безопасности. Однако ограниченное время полета остается проблемой, требующей анализа решений для его увеличения и развития методов подзарядки. Подчеркивается необходимость внедрения инновационных решений
для увеличения времени работы и повышения надежности. Преодоление этих ограничений становится приоритетом для разработчиков, стремящихся вывести на рынок более прогрессивные, эффективные и практичные технологии. Главной целью данного исследования является анализ инженерных решений, позволяющих увеличить время полета дронов, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
В последние годы наблюдается неуклонный и яркий рост интереса к беспилотным авиационным системам (БАС), которые находят все более широкое применение в самых разнообразных отраслях [1–3]. Благодаря своей инновационной природе и многофункциональности, они стали краеугольным камнем современного авиационного производства.
К основным компонентам БАС относятся: воздушный аппарат – беспилотные летательные аппараты (БПЛА), наземная станция управления, системы навигации и связи, а также программное обеспечение для обработки и анализа данных. Каждый из этих элементов играет ключевую роль в обеспечении эффективной работы беспилотника. Воздушный аппарат является основным элементом системы и включает в себя различные типы дронов – от небольших квадрокоптеров до крупных БПЛА, используемых в военных и гражданских целях. Он оборудован датчиками, камерами и другими устройствами, которые позволяют собирать информацию и выполнять различные задачи. Наземная станция управления обеспечивает связь между оператором и беспилотным аппаратом. Она позволяет контролировать полет и получать данные с борта в реальном времени, а также предоставляет интерфейс для планирования маршрута и настройки параметров выполнения миссий. Системы навигации и связи, включая GPS и другие технологии, обеспечивают точность и надежность полетов. Программное обеспечение для обработки данных играет важную роль в интерпретации собранной информации, что позволяет принимать обоснованные решения и использовать результаты в различных отраслях, от сельского хозяйства до охраны окружающей среды.
С каждым новым достижением инженерной мысли БАС продолжают расширять свои функциональные границы, внедряясь в новые области исследования и применения
[4, 5]. Именно в этом динамичном контексте беспилотные технологии становятся не только прогрессивными инструментами, но и символами стремительного прогресса человечества, подчеркивая возможности, которые открываются перед нами в век технологий и инноваций. Эти технологии стремительно развиваются, открывая новые горизонты в таких сферах, как сельское хозяйство, транспорт, охрана окружающей среды и безопасность. БПЛА позволяют осуществлять мониторинг больших площадей, осуществлять фотосъемку и сбор данных с недоступных высот, что значительно повышает эффективность исследований и операций [6–10]. Их использование в сельском хозяйстве позволяет оптимизировать процессы мониторинга здоровья растений, проверки урожая и управления орошением [11–13].
Возможность использования их для анализа состояния посевов, определения уровня влажности и даже для распыления удобрений и пестицидов способствует более рациональному использованию ресурсов и к значительному повышению продуктивности. В транспортной сфере [14] БПЛА обеспечивают более эффективные логистические решения, включая доставку товаров и мониторинг состояния транспортных артерий, что может радикально изменить логистику.
Одна из ключевых областей применения БПЛА – охрана окружающей среды. С их помощью становятся возможными детальные исследования экосистем, мониторинг загрязнений и выявление нарушений в природоохранном законодательстве. Более того, технологии визуализации и анализа данных, интегрируемые в БПЛА, позволяют осуществлять высокоточные научные исследования. В экологии БАС играют ключевую роль в наблюдении за состоянием природных экосистем и при контроле за нарушениями.
В контексте безопасности БПЛА играют важную роль в осуществлении патрулирования, мониторинга и наблюдения, что значительно улучшает реагирование на чрезвычайные ситуации [15–20]. Их использование для оценки ущерба после стихийных бедствий, таких как землетрясения или наводнения, позволяет существенно ускорить процесс реагирования и восстановления.
С помощью дронов можно получить актуальные данные о состоянии инфраструктуры и обнаружить людей, которые могут нуждаться в помощи.
Совершенно очевидно, что использование БАС также открывает новые горизонты в научных исследованиях. Ученые теперь имеют возможность получать данные в труднодоступных местах, будь то леса, горные районы или даже морская поверхность. Это значительно расширяет возможности экологического мониторинга, позволяя проводить исследования изменения климата, миграции животных и оценки состояния биосферы. БАС становятся незаменимыми помощниками в проведении экологических и географических экспедиций [21, 22].
Таким образом, инновативные технологии на базе БАС продолжают менять наш взгляд на возможности современного мира. С каждым годом мы видим все больше примеров их успешного применения, что в свою очередь вдохновляет на дальнейшие исследования и разработки в этой области. Перспективы применения БПЛА кажутся безграничными, открывая новые возможности для улучшения жизни и решения актуальных задач общества.
Однако ограниченное время полета остается одной из основных проблем, с которой сталкиваются разработчики. Главной целью данного исследования является анализ инженерных решений, позволяющих увеличить время полета дронов, обеспечивая при этом эффективные и экономически целесообразные методы подзарядки.
Обзор инженерных решений
Одним из перспективных направлений является разработка аэродинамически оптимизированных конструкций дронов, что позволит уменьшить сопротивление воздуха и, следовательно, снизить потребление энергии. Также рассматриваются инновационные системы рекуперации энергии, позволяющие дронам использовать восходящие потоки воздуха для подзарядки во время полета. Еще одним важным аспектом является внедрение беспроводных технологий подзарядки, таких как магнитная резонансная индукция, что позволит дронам заряжаться, находясь в движении, минимизируя время простоя. В итоге, создание более эффективных систем управления энергопотреблением и технологий подзарядки представляется ключевым шагом для достижения длинных и продуктивных полетов дронов, что открывает новые горизонты для их применения в различных сферах.
В современном мире технологии стремительно развиваются, однако они все еще подвержены ряду значительных ограничений. Самыми существенными факторами являются ограниченная продолжительность работы от аккумулятора, ограниченная мобильность, ограниченная автономность и ограниченное время полета. Эти аспекты напрямую влияют на эффективность и применимость устройств.
Ограниченная продолжительность работы от аккумулятора становится критической при использовании устройств в условиях, где доступ к электросети затруднен. Мобильность может быть скомпрометирована громоздкими конструкциями и неэргономичным дизайном, что делает производство многих БПЛА менее удобным. Ограниченная мобильность также создает барьеры, особенно в ситуациях, требующих быстрой реакции и маневренности. Автономность, в свою очередь, остается важным фактором в стабильности выполнения задач без вмешательства человека, особенно в ряде промышленных и исследовательских применений. Кроме того, автономность систем зачастую оказывается недостаточной для выполнения задач, требующих долгосрочного присутствия в заданной зоне. Это ведет к необходимости организовывать дополнительные ротации или подмены, что увеличивает затраты и сложностью логистики.
Наконец, ограниченное время полета беспилотных аппаратов подчеркивает необходимость внедрения инновационных решений для удлинения времени работы и повышения надежности. Таким образом, преодоление этих ограничений становится приоритетом для разработчиков, стремящихся вывести на рынок более прогрессивные, эффективные и практичные технологии.
Ограниченная продолжительность работы от аккумулятора диктует необходимость постоянной зарядки, что может стать серьезной проблемой в условиях, где доступ к источникам питания затруднен. Например, ограниченное время полета в случае авиационных или космических аппаратов влияет на планирование миссий, требуя от инженеров разработки новых решений и оптимизации текущих технологий. Все эти факторы в совокупности формируют современные вызовы, которые необходимо преодолевать для достижения высших уровней эффективности и надежности.
Современные БПЛА обычно используют литий-ионные или литий-полимерные батареи, которые обеспечивают высокую энергоемкость и длительный срок службы. На сегодняшний момент можно выделить несколько основных методов подзарядки аккумуляторов БПЛА в зависимости от назначения, условий эксплуатации и технологической базы [23].
Станции быстрой зарядки
Используются специализированные зарядные станции, которые могут обеспечивать быструю зарядку аккумуляторов. Такие станции часто располагаются на местах базирования БПЛА и позволяют быстро подзаряжать дрон между вылетами. Эти станции способны обслуживать различные модели БЛА, обеспечивая совместимость благодаря универсальным разъемам и адаптивным зарядным системам [24–28]. Инновационные технологии быстрых зарядов
позволяют пополнять запасы энергии за считанные минуты, что значительно увеличивает площадь охвата и производительность беспилотных аппаратов. Станции обеспечиваются системами мониторинга, которые позволяют в реальном времени отслеживать состояние аккумуляторов и оптимизировать процесс зарядки. Дополнительно, интеграция с системами управления воздушным движением гарантирует безопасность и бесперебойность операций.
Кроме того, такие станции могут стать основой для создания экосистемы, в которой беспилотные летательные аппараты будут взаимодействовать друг с другом и с наземной инфраструктурой. Использование обмена данными и искусственного интеллекта позволит оптимизировать маршруты, минимизировать время простоя и эффективнее управлять зарядкой. Например, станция может заранее предсказывать потребности в зарядке, что позволит заранее распределять ресурсы и снизить нагрузку на сеть. Однако из-за ограниченного количества зарядных станций дронам придется конкурировать за время зарядки с учетом ограничений, связанных с оптимизацией критичности и сроков выполнения задач.
В связи с чем возникает проблема использования всевозможных алгоритмов планирования [29–31].
Важно отметить, что имплементация таких зарядных станций будет способствовать развитию устойчивого подхода к использованию ресурсов. Использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветряные турбины, может значительно снизить экологический след БЛА и повысить их общую эффективность. Это также создаст возможности для финансирования и инвестирования со стороны экологически ориентированных компаний.
Солнечные панели
Установка солнечных панелей на БПЛА или на земле для подзарядки аккумуляторов во время работы дрона – это инновационное решение, которое может значительно увеличить эффективность и автономность беспилотников. Солнечные панели, интегрированные в конструкцию дронов, обеспечивают возможность непрерывной работы в условиях солнечной погоды, уменьшив зависимость от традиционных источников энергии [32–37]. Это особенно актуально для миссий, которые требуют длительного нахождения в воздухе, таких как мониторинг окружающей среды или поисково-спасательные операции.
На земле солнечные панели могут быть установлены на стационарных зарядных станциях, обеспечивая возможность быстрой подзарядки БПЛА между вылетами. Это решение также позволяет значительно сократить время на подготовку к следующему полету и расширяет горизонты использования дронов в удаленных или труднодоступных районах. Такие станции могут быть оборудованы системами автоматической подзарядки, что еще больше упростит процесс эксплуатации. Кроме того, применение солнечной энергии сводит к минимуму выбросы углерода, что делает использование дронов более экологичным. Однако при ряде положительных моментов такой способ не работает, если погодные условия ухудшаются.
Системы беспроводной зарядки
Находятся на стадии исследований, но перспективно для увеличения времени полета [38–40]. В конечном итоге, появление сети быстроразрядных станций для БЛА способствует как техническому прогрессу, так и социальной интеграции новых технологий в повседневную жизнь. Сохранение постоянной связи с пользователями и адаптация к их требованиям обеспечит дальнейшее развитие и популяризацию беспилотной авиации в различных отраслях.
Основным принципом работы таких систем является использование магнитной индукции или резонансного магнитного поля, что позволяет передавать энергию от источника к приемнику на небольшом расстоянии, избавляя от необходимости физического соединения. Одним из ключевых преимуществ беспроводной зарядки является возможность организации зарядных станций на местах, где традиционная инфраструктура может быть недоступна. Например, в удаленных или труднодоступных районах, где часто применяются БЛА для мониторинга или доставки грузов. Однако, несмотря на очевидные преимущества, технологии беспроводной зарядки сталкиваются с рядом вызовов. Среди них – необходимость в высоких коэффициентах полезного действия и обеспечение безопасности при зарядке. Поэтому разработка надежных и эффективных систем остается в центре внимания исследователей и инженеров в области аэрокосмических технологий.
Важным аспектом развития беспроводной зарядки БЛА является интеграция таких систем в существующие технологии управления полетом и навигации. Усовершенствование алгоритмов, отвечающих за функциональность дронов, позволит оптимизировать процесс зарядки. К примеру, системы могут автоматически определять местоположение зарядной станции и планировать маршрут для достижения максимальной эффективности, что особенно полезно в условиях ограниченного времени и ресурсов. Кроме того, важно, чтобы беспроводные зарядные станции могли адаптироваться к различным моделям БЛА, обладая универсальным дизайном и набором характеристик. Это позволит расширить рынок и повысить конкурентоспособность таких систем. Исследования в области повышения совместимости и стандартизации зарядных решений также играют ключевую роль в их широкомасштабном внедрении.
Необходимо учитывать и аспекты экологической безопасности. Разработка источников энергии с низким уровнем выбросов и использованием возобновляемых ресурсов способствует устойчивому развитию технологии беспроводной зарядки. Важно не только обеспечить эффективность процессов, но и минимизировать воздействие на окружающую среду.
Сменные аккумуляторы
Использование комплектов сменных аккумуляторов позволяет минимизировать время простоя. Одним из основных плюсов таких аккумуляторов является возможность быстрой замены, что позволяет проводить длительные операции без длительных перерывов на зарядку. Это особенно актуально в коммерческих и производственных сферах, где временные рамки зачастую критичны. Кроме того, наличие сменных аккумуляторов позволяет оптимизировать логистику и диагностику. Однако, несмотря на очевидные преимущества, существуют и определенные недостатки. Сменные аккумуляторы могут оказаться дорогостоящими в приобретении, а также требовать дополнительных усилий для их хранения и транспортировки. Необходимость наличия нескольких аккумуляторов для разных сценариев использования может усложнить операционные процессы. Кроме того, недостаточный уход и ненадлежащее использование аккумуляторов могут привести к их преждевременному выходу из строя, что снизит общую надежность БПЛА. В связи с этим, важным является взвешенное решение при выборе системы питания для беспилотников, которое бы удовлетворяло конкретным требованиям и условиям эксплуатации.
Воздушные зарядные станции
Концепция аэростатов или дронов-носителей, которые могут подзаряжать аккумуляторы других БПЛА в воздухе, за счет контактной или бесконтактной зарядки [41–44]. Эти станции способны выполнять функции не только зарядки, но и управления полетом, что существенно увеличивает время автономной работы БПЛА. Основными компонентами таких станций являются солнечные панели, системы беспроводной передачи энергии и современные навигационные устройства, что создает уникальную экосистему для ведения аэрофотосъемки, мониторинга и доставки грузов.
Инновационные решения, заложенные в конструкции воздушных зарядных станций, обеспечивают надежность и устойчивость к различным погодным условиям, что делает их незаменимыми в самых высоких и глубоких уголках планеты. Поскольку коммерческие и военные применения БПЛА продолжают расти, будущие разработки в области энергетической эффективности и автономности дронов могут быть направлены именно на интеграцию таких зарядных систем.
Кабельные системы
В некоторых случаях возможно использование наземных кабельных систем для зарядки БПЛА. Это может быть актуально для стационарных дронов, которые используют фиксированные маршруты или точки. Наземные кабельные устройства могут быть интегрированы в инфраструктуру, обеспечивая постоянный доступ к энергии в местах развертывания БПЛА, кроме того, их можно адаптировать для работы в различных климатических условиях, обеспечивая надежную зарядку вне зависимости от внешних факторов.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор конкретного способа подзарядки зависит от множества факторов, включая тип используемого дрона, продолжительность его работы и условия, в которых он эксплуатируется.
При выборе метода зарядки для БПЛА важно учитывать не только удобство и скорость, но и условия эксплуатации. Например, в городских или индустриальных зонах стандартная зарядка от сети остается наиболее практичным и универсальным вариантом. Однако в условиях полевых исследований или в сложных климатических условиях, где необходимо поддерживать длительные полеты, солнечные панели могут стать идеальным решением, позволяя значительно продлить время работы беспилотника без необходимости возвращаться на базу. Быстрая зарядка, хотя и эффективна, налагает определенные требования к оборудованию и может сокращать срок службы батарей при частом использовании. Тем не менее, для коммерческих миссий, где каждая минута на счету, такой подход оправдан и становится стандартом. Индуктивная зарядка, хоть и является относительно новой технологией, но с его помощью процесс зарядки значительно упрощается, а также уменьшает вероятность механических повреждений, что особенно важно для оборудования, подвергающегося частым воздействиям.
Таким образом, выбор оптимального способа зарядки БПЛА зависит от множества факторов, включая характер задач, доступные ресурсы и среду эксплуатации, что делает эту тему актуальной и многообразной. Кроме того, важным аспектом является интеграция зарядных станций в общую инфраструктуру.
Во второй части статьи будут рассмотрены развивающиеся системы управления и оптимизации энергопотребления.
ЛИТЕРАТУРА
Hanif M., Shimizu T., Zhiyuan Lu, Suenaga M., Hatanaka T. Efficient angle-aware coverage control for large-scale 3D map reconstruction using drone networks //SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration. 2024. V. 17. No. 1. PP. 144.
doi 0.48550/arXiv.2404.13915.
Wang F., Zou Y., Chen X., Zhang Ch., Hou L., del Rey Castillo E., Lim J.B.P. Rapid in-flight image quality check for UAV-enabled bridge inspection // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2024. V. 212. PP. 230–250. doi: 10.1016/j.isprsjprs.2024.05.008.
Li R., Wu M. Revealing Urban Color Patterns via Drone Aerial Photography – A Case Study in Urban Hangzhou, China // Buildings. 2024. V. 14. No. 2. PP. 546.
doi: 10.3390/buildings14020546.
Daftry S., Hoppe C., Bischof H. Building with drones: Accurate 3D facade reconstruction using MAVs // 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Seattle, WA, USA. 2015. PP. 3487–3494. doi: 10.1109/ICRA.2015.7139681.
Shakhatreh H. et al. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges //IEEE Access. 2019. V. 7. PP. 48572–48634.
doi: 10.1109/ACCESS.2019.2909530.
Salari A., Erricolo D. Unmanned Aerial Vehicles for High-Frequency Measurements: An accurate, fast, and cost-effective technology // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2022. V. 64. No. 1. PP. 39–49. doi: 10.1109/MAP.2021.3061026.
Li H., Yi P., Liu Y., Zahor A. Scalable MAV Indoor Reconstruction with Neural Implicit Surfaces // 2023 IEEE/CVF International Conference on Computer Vision Workshops (ICCVW). 2023. PP. 1536–1544.
Srinivasan Ramanagopal M., Nguyen A.P.-V., Le Ny J. A Motion Planning Strategy for the Active Vision-Based Mapping of Ground-Level Structures // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2018. V. 15. No. 1. PP. 356–368. doi: 10.1109/tase.2017.2762088.
Yamazaki F., Kubo K., Tanabe R., Liu W. Damage assessment and 3d modeling by UAV flights after the 2016 Kumamoto, Japan earthquake // 2017 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2017. PP. 3182–3185. doi: 10.1109/IGARSS.2017.8127673.
Filatov A., Zaslavskiy M., Krinkin K. Multi-Drone 3D Building Reconstruction Method // Mathematics. 2021. V. 9. No. 23. PP. 3033. doi: 9. 3033. 10.390/math9233033.
Zhang J., Okin G.S., Zhou Bo, Karl J.W. UAV-derived imagery for vegetation structure estimation in rangelands: validation and application // Ecosphere. 2021. V. 12. No. 11. PP. 2150–8925. doi: 10.1002/ecs2.3830.
Zhang J., Guo W., Zhou Bo, Okin G.S. Drone-Based Remote Sensing for Research on Wind Erosion in Drylands: Possible Applications // Remote Sensing. 2021. V. 13.
No. 2. PP. 283. doi: 10.3390/rs13020283.
Anderson Ch. Agricultural Drones // Technology Review Manchester Nh. 2014. V. 117. No. 3. PP. 58–60.
Iftikhar S., Asim M., Zhang Z., Muthanna A. et al. Target Detection and Recognition for Traffic Congestion in Smart Cities Using Deep Learning-Enabled UAVs: A Review and Analysis // Applied Sciences. 2023. V. 13. No. 6. PP. 3995. doi: 10.3390/app13063995.
Thiels C.A., Aho J.M., Zietlow S.P., Jenkins D.H. Use of unmanned aerial vehicles for medical product transport // Air Med. J. 2015. V. 34. No. 2. PP. 104–108.
doi: 10.1016/j.amj.2014.10.011.
Krishna J.P., R R.C., Kaliappan E. Design and Development of Search and Rescue Bot //
2024 Third International Conference on Intelligent Techniques in Control, Optimization and Signal Processing (INCOS). 2024. PP. 1–6. doi: 10.1109/INCOS59338.2024.10527532.
Khai Vu, Duy T., Van M. A Scheme of Autonomous Victim Search at Sea Based on Deep Learning Technique Using Cooperative Networked UAVs // 2023 12th International Conference on Control, Automation and Information Sciences (ICCAIS). PP. 206–211.
doi: 10.1109/ICCAIS59597.2023.10382366.
Писаренко Л. В., Гуменюк С. А., Потапов В. И. О возможностях и значении беспилотных летательных аппаратов на догоспитальном этапе оказания медицинской помощи // Российский журнал «Скорая медицинская помощь» имени Н. В. Склифосовского. 2024. Т. 13. № 3. С. 501.
Deivamani G., Govindhraj P., Jagadeesh S., Mohammed Asik A., Sudarsan T. Human Detection in Flood Using Drone // International Journal of Innovative Science and Research Technology (IJISRT). 2024. V. 9. Iss. 5. PP. 655–658. doi: 10.38124/ijisrt/IJISRT24MAY277.
Mohd Daud S.M.S., Mohd Yusof M.Y.P., Heo C.C., Khoo L.S., Chainchel Singh M.K., Mahmood M.S., Nawawi H. Applications of drone in disaster management: A scoping review // Sci Justice. 2022. V. 62. No. 1. PP. 30–42. doi: 10.1016/j.scijus.2021.11.002.
Tang L., Shao, G. Drone remote sensing for forestry research and practices // J. Forestry Res. 2015. V. 26. No. 4. PP. 791–797. doi: 10.1007/s11676-015-0088-y.
Shahbazi M. Professional drone mapping // Unmanned Aerial Systems. 2021. PP. 439. doi: 10.1016/B978-0-12-820276-0.00024-8.
Mohsan S.A.H., Othman N.Q.H., Khan M.A., Amjad H., Żywiołek J. A Comprehensive Review of Micro UAV Charging Techniques // Micromachines. 2022. V. 13. No. 6. PP. 977. doi: 10.3390/mi13060977.
Наземные станции подзарядки электрических беспилотных летательных аппаратов на основе открытых контактных площадок / В.С. Фетисов, Ш.Р. Ахмеров, Р.В. Сизоненко, Р.А. Красноперов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014.
Т. 10. № 2. С. 44–53.
Патент № 194136 U1 РФ, МПК B64C 39/02.
Станция для беспилотного летательного аппарата: № 2019126959: заявл. 27.08.2019: опубл. 28.11.2019 / Е.Е. Ильина, А.И. Мельникова; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Мкод».Патент № 2593207 C1 РФ, МПК H02J 7/00. Способ заряда аккумуляторных батарей беспилотных летательных аппаратов: № 2015124343/07: заявл. 23.06.2015: опубл. 10.08.2016 / Ю.П. Стоянов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "СТИЛСОФТ".
Ucgun H., Yuzgec U., Bayilmis C. A review on applications of rotary-wing unmanned aerial vehicle charging stations // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2021.
V. 18. No. 3. PP. 1–20. doi: 10.1177/17298814211015863.
Cheng Z., Lingfeng Li., Guowei C., Ruoyin L. Fixed-Point Landing Method for Unmanned Aerial Vehicles Using Multi-Sensor Pattern Detection // Unmanned Systems. 2023.
No. 3. PP. 1–10. doi: 10.1142/s2301385024500304.
Vikas H., Vikas S., Vinay Ch. Scheduling drone charging for multi-drone network based on consensus time-stamp and game theory // Computer Communications. 2020.
V. 149. PP. 51–61. doi: 10.1016/j.comcom.2019.09.021.
Xie R., Meng Z., Wang L., Li H., Wang K., Wu Z. Unmanned Aerial Vehicle Path Planning Algorithm Based on Deep Reinforcement Learning in Large-Scale and Dynamic Environments // IEEE Access. 2021. V. 9. PP. 24884–24900. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3057485.
Saeed R. A., Ali E. S., Abdelhaq M., Alsaqour R., Ahmed F. R. A., Saad A. M. E. Energy Efficient
Path Planning Scheme for Unmanned Aerial Vehicle Using Hybrid Generic Algorithm-Based Q-Learning Optimization // IEEE Access. 2024. V. 12.
PP. 13400–13417. doi: 10.1109/ACCESS.2023.3344455.
Dhaouadi R., Takrouri M., Shapsough S., Al Bashayreh Q. Modelling and Design of a Large Solar Quadcopter / in Proceedings of the Future Technologies Conference (FTC). 2021.
V. 1 FTC 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. Springer Cham. 2021. PP. 451–467.
doi: 10.1007/978-3-030-89906-6_30.
Whitehurst D., Friedman B., Kochersberger K., Sridhar V., Weeks J. Drone-Based Community Assessment, Planning, and Disaster Risk Management for Sustainable Development // Remote Sensing. 2021. V. 13. No. 9. PP. 1739. doi: 10.3390/rs13091739.
Zhao X., Zhou Z., Zhu X., Guo A. Design of a hand-launched solar-powered Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system for plateau // Appl. Sci. 2020. V. 10. No. 4.
PP. 1–26. doi: 10.3390/app10041300.
Hernandez-Toral J.L., González-Hernández I., Lozano R. Sun tracking technique applied to a solar unmanned aerial vehicle // Drones. 2019. V. 3. No. 51. PP. 1–24.
doi: 10.3390/drones3020051.
Goh C.S., Kuan J.R., Yeo J.H., Teo B.S., Danner A. A fully solar-powered quadcopter able to achieve controlled flight out of the ground effect // Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2019. V. 27. No. 10. PP. 1–10. doi: 10.1002/pip.3169.
Shaheed M.H., et al. Flying by the sun only: the solarcopter prototype // Aerospace Sci. Technol. 2015. V. 45. PP. 209–214. doi: 10.1016/j.ast.2015.05.016.
Aljasmi A., Yaghmour A., Almatrooshi O., Dhaouadi R., Mukhopadhyay S., Qaddoumi N. Autonomous landing of a quadrotor with wireless charging / In: Arai K., Kapoor S., Bhatia R. (eds.) FTC 2020. AISC. V. 2. Springer. Cham. 2020. PP. 830–846. doi: 10.1007/978-3-030-63089-8_54.
Dogga R., Mahdi M., Hakim R., Dhaouadi R., Mukhopadhyay S., Qaddoumi N. Wireless charging
of an autonomous drone // 6th International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems (EPECS’20), Istanbul, Turkey. 2020. PP. 7–12. doi: 10.1109/EPECS48981.2020.9304971.
Yan Y., Shi W., Zhang X. Design of UAV wireless power transmission system based on coupling coil structure optimization // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2020. V. 2020.
No. 67. doi: 10.1186/s13638-020-01679-4.
Raju A. A mother-child aerial dynamic charging station for survey drones // International Journal of Early Childhood Special Education (INT-JECSE). 2022. V. 14. Iss. 03.
PP. 2966–2973. doi: 10.9756/INT-JECSE/V14I3.363.
Патент № 2811167 C1 РФ, МПК B64U 50/35, B64U 10/10, H02J 7/00. Устройство для зарядки БПЛА от провода воздушной линии электропередачи : № 2023123267 : заявл. 07.09.2023 : опубл. 11.01.2024 / П. Е. Камнев, В. А. Кинер, А. В. Лемех [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория будущего».
Wang L., Li H., Liu Y., Ai J. Design and Realization of a Cable-Drogue Aerial Recharging Device for Small Electric Fixed-Wing UAVs // 2023 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Warsaw, Poland. 2023. PP. 926–932. doi: 10.1109/ICUAS57906.2023.10155939.
Ben-Moshe B. Power Line Charging Mechanism for Drones // Drones. 2021. V. 5. No. 4. PP. 108. doi: 10.3390/drones5040108.
Pan Sh., Zhang Zh. Fundamental theories and basic principles of triboelectric effect: A review // Friction. 2018. V. 7. No. 1. PP. 2–17. doi: 10.1007/s40544-018-0217-7.
Отзывы читателей
