ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ТА ОПЕРАЦІЙНИЙ АНАЛІЗ СИСТЕМ БЕЗПЕРЕРВНОГО СПОСТЕРЕЖЕННЯ НА ОСНОВІ БАГАТОРОТОРНИХ БПЛА
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2024.03.06Ключові слова:
система безперервного спостереження, дрон, енергоспоживання, профіль польоту, зарядна станціяАнотація
Дрони застосовуються у багатьох сферах, зокрема для систем безперервного спостереження та моніторингу. Вони можуть бути використані у випадках, коли час розгортання такої системи спостереження має бути максимально швидким та зазвичай коли централізована електрична мережа недоступна: гасіння пожеж та ліквідація надзвичайних ситуацій, цілодобове спостереження за прикордонною зоною, моніторинг заходів під відкритим небом. Вони також можуть бути використані як стаціонарні відеокамери, носій засобів радіоелектронної розвідки, розвідки погодних умов у районах аеропортів, моніторингу посівів, тощо. Оптимальне рішення для спостереження за великими територіями, такими як об’єкти критичної інфраструктури (АЕС, греблі), так і військових об’єктів (польові бази, склади боєприпасів), є застосування груп дронів, коли один дрон буде спостерігати за своїм сектором. Розробка таких систем та аналіз умов безперервного спостереження з урахуванням обмежень батарей дронів потребує глибоких досліджень енергоспоживання дронів у різних режимах роботи. У статті запропоновано комплексне дослідження режимів роботи системи безперервного спостереження на основі дронів з електроприводом та оптимізація її параметрів. У ході дослідження було проведено комплексний аналіз енергетичних потреб дронів і знайдено умови для постійного спостереження. На основі параметрів дрона DJI Mavic 2 Enterprise та з використанням регресійного аналізу введено оптимальний профіль польоту, для якого розраховано максимально досяжну відстань до точки спостереження для «ідеального» випадку. Було досліджено випадок збільшення кількості дронів для збільшення досяжної відстані до точки спостереження та знайдено оптимальну кількість дронів для кожної відстані. Було проведено серію експериментів з польотами дронів, щоб оновити та покращити прогноз споживання енергії дроном під час польоту. Нарешті було зроблено висновок, що зовнішні параметри, такі як швидкість і напрямок вітру, можуть значно зменшити досяжну відстань до точки спостереження
Посилання
Custers B. Future of Drone use. The Hague: TMC Asser Press, 2016, pp. 3–20.
Oboyanskyi B., Dagil V. The use of artificial intelligence as software for drones in the State Emergency Service of Ukraine. Theory and practice of fire extinguishing and liquidation of emergency situations, 2023, p. 106-107.
Ahmadian N. et al. Smart border patrol using drones and wireless charging system under budget limitation, Computers & Industrial Engineering, 2022, Iss. 164, p. 107891.
Royo P., Asenjo A., Trujillo J., Çetin E., Barrado C. Enhancing drones for law enforcement and capacity monitoring at open large events. Drones, 2022, Vol. 6, р. 359, doi: 10.3390/drones6110359
Kesavan A., Mohanram N.J., Joshi S., Sankar U. Deep reinforcement learning based computing offloading in unmanned aerial vehicles for disaster management, Journal of Electrical Engineering, 2024., Vol. 75, Iss. 2, doi: 10.2478/jee-2024-0013
Schneiderman R. Unmanned drones are flying high in the military/aerospace sector. IEEE Signal Processing Magazine, 2011, Vol. 29, Iss. 1, pp. 8–11.
Sziroczak D., Rohacs D., Rohacs J. Review of using small UAV based meteorological measurements for road weather management. Progress in Aerospace Sciences, 2022, Vol. 134, p. 100859.
Veroustraete F. The rise of the drones in agriculture, EC agriculture, 2015, Vol. 2, Iss. 2, pp. 325–327.
Kliushnikov L. M., Fesenko H. V., Kharchenko V. S. Scheduling UAV fleets for the persistent operation of UAV-enabled wireless networks during NPP monitoring. Radioelectronics and computer systems, 2020, Iss. 1, pp. 29–36.
Lu M., Bagheri M., James A. P., Phung T. Wireless Charging Techniques for UAVs: A Review, Reconceptualization, and Extension. IEEE Access, 2018, Vol. 6, pp. 29865–29884, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2841376.
Ahmadian N., Lim G. J., Torabbeigi M., Kim S.J. Smart border patrol using drones and wireless charging system under budget limitation. Computers & Industrial Engineering, 2022., Vol. 164, p. 107891, doi: 10.1016/j.cie.2021.107891
Kim J., Song B. D., Morrison J. R. On the Scheduling of Systems of UAVs and Fuel Service Stations for Long-Term Mission Fulfillment. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2012, Vol. 70 (1-4), pp. 347–359. doi:10.1007/s10846-012-9727-0.
Kim S. J., Ahmadian N., Lim G. J., Torabbeigi M. A Rescheduling Method of Drone Flights under Insufficient Remaining Battery Duration. 2018 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2018, doi:10.1109/icuas.2018.8453379.
Rohan A. et al. Advanced drone battery charging system. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2019, Vol. 14, pp. 1395–1405.
Michini B. et al. Automated battery swap and recharge to enable persistent UAV missions. Proc. Infotech@Aerospace, 2011, pp. 1–10.
Fujii K., Higuchi K., Rekimoto, J. Endless Flyer: A Continuous Flying Drone with Automatic Battery Replacement. 2013 IEEE 10th International Conference on Ubiquitous Intelligence and Computing and 2013 IEEE 10th International Conference on Autonomic and Trusted Computing, doi:10.1109/uic-atc.2013.103.
Essam A., Mohamed F., Abdelfatah M. Design and task management of a mobile solar station for charging flying drones. E3S Web of Conferences, 2020, Vol. 167, doi: 10.1051/e3sconf/202016705004.
Velihorskyi O., Los A., Chakirov R. Persistent Continuous Surveillance of Remote Local Objects by Multirotor UAVs. 2023 IEEE International conference on compatibility, power electronics and power engineering CPE-POWERENG, 2023, 6 p., doi: 10.1109/CPE-POWERENG58103.2023.10227404
Linear Regression-MATLAB & Simulink. MathWorks - Makers of MATLAB and Simulink - MATLAB & Simulink. url: https://www.mathworks.com/help/matlab/data_analysis/linear-regression.html (accessed 24.04.2024).
Los A. Flightdata.xlsx, GitHub, https://github.com/AndriiLosR/flightdata/blob/main/Flightdata.xlsx, 2023. (accessed 25.04.2024).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
