Drony pro dálkový průzkum Země: „Elf“ má velké využití
V posledních letech hrají platformy bezpilotních letounů (UAV) vybavené užitečným zatížením, jako jsou kamerové zařízení, ovládané piloty nebo autonomně ovládané systémy řízení letu, stále důležitější roli v aplikacích dálkového průzkumu Země, jako je geodetické a mapovací práce, snižování katastrof a reakce na mimořádné události, a stávají se novým členem rodiny dálkového průzkumu Země. UAV je známý jako „elf“ rodiny dálkového průzkumu Země kvůli své malé mobilitě, letu v nízké výšce, vysokému prostorovému a časovému rozlišení, rozmanité a flexibilní konfiguraci zatížení a dalším vlastnostem. Tento „elf“ má však široké využití! Bezpilotní letoun (UAV) se běžně označuje jako bezpilotní letoun (UAV). Obecně se jedná o vzdušné zařízení poháněné motorem, které nenese obsluhu, které využívá aerodynamickou sílu k zajištění požadovaného vztlaku pro letadlo, může létat autonomně nebo na dálku, může být použito jednou a lze jej recyklovat a může nést smrtící nebo nesmrtící užitečné zatížení, jako je fotografování, vysílání drog, přehrávání zvuku atd.
Drony nejsou žádnou novinkou, vyvíjejí se již po staletí. V roce 1917 Královský letecký institut Spojeného království zpočátku kombinoval aerodynamiku, lehké motory a rádio, aby vyvinul první bezpilotní letadlo na světě. V prosinci téhož roku americký vynálezce Elmer Spee dokončil první let „letacího torpéda“ pomocí gyroskopu, který vynalezl, a systému rádiového řízení vyvinutého společností Western Electric Company ve Spojených státech. Zpočátku se drony používaly hlavně ve vojenské oblasti. Po vstupu do 21. století, s rychlým rozvojem moderní elektroniky, přesných strojů, navigace a určování polohy a dálkového průzkumu Země a dalších souvisejících technologií, je aplikace bezpilotních letadel v civilní oblasti stále rozsáhlejší a vzniká průmyslové odvětví.
Bezpilotní letouny (UAV) lze klasifikovat podle účelu použití, aerodynamického uspořádání, typu pohonu, velikosti a hmotnosti, rychlosti letu, akčného rádiusu, výšky letu a dalších metod. Podle účelu použití lze drony rozdělit na vojenské drony, civilní drony a spotřebitelské drony. Vojenské UAV lze rozdělit na průzkumné UAV, UAV pro elektronická protiopatření, UAV pro komunikační relé, útočné UAV a bezpilotní UAV pro cíle. Civilní UAV lze rozdělit na UAV pro různé účely, jako jsou inspekční, sledovací, mapovací a detekční UAV a zemědělské UAV. Spotřebitelské drony se používají hlavně pro volnočasové účely, jako je osobní letecké fotografování a hraní her.
Podle aerodynamického uspořádání lze bezpilotní letouny (UAV) rozdělit na UAV s pevnými křídly, UAV s rotačními křídly, UAV s máváním křídly a složené uspořádání. Bezpilotní letouny s pevnými křídly se při letu spoléhají na pohonné zařízení pro generování dopředného tahu nebo zátahu a hlavní profil křídla pro generování vztlaku je pevný a nezměněný vzhledem k trupu, zejména ve formě konvenčního uspořádání, uspořádání kachna, bezocasého nebo létajícího křídla, uspořádání se třemi profily křídel atd. Listy vztlakového rotoru rotorových letadel se během letu otáčejí vzhledem k trupu a lze je rozdělit na bezpilotní vrtulníky, vícerotorové drony a bezpilotní rotorová letadla. První dvě formy rotorových letadel UAV jsou přímo poháněny pohonným zařízením a mohou vzlétat a přistávat vertikálně a vznášet se, zatímco rotorové letadlo bezpilotních rotorových letadel je bezmotorové. Bezpilotní letadla typu Ornithopterus se spoléhají na křídla, která se třepotají nahoru a dolů podobně jako křídla ptáků pro dosažení vztlaku a výkonu, což je vhodné pro malé a miniaturní bezpilotní letadla; Kompozitní uspořádání bezpilotních letounů (UAV) se skládá z kombinace základních typů, včetně zejména bezpilotních letounů s naklápěcím rotorem a bezpilotních letounů s rotačními/pevnými křídly.
Podle typu pohonu se bezpilotní letouny (UAV) dělí hlavně na dva typy: bezpilotní letouny poháněné naftou a bezpilotní letouny poháněné elektřinou. V posledních letech se neustále vyvíjejí bezpilotní letouny se solární energií a vodíkovými palivovými články jako hlavním zdrojem energie.
Podle velikosti a hmotnosti lze drony rozdělit na mikrodrony, lehké malé drony, malé drony, střední drony a velké drony. Mikrodrony obvykle váží méně než 1 kilogram a jejich velikost je menší než 15 centimetrů. Hmotnost lehkých a malých dronů se obvykle pohybuje mezi 1 a 7 kg, hmotnost malých dronů se obvykle pohybuje mezi 1 a 200 kg a hmotnost středně velkých dronů se obvykle pohybuje mezi 200 a 500 kg.
Drony se nyní staly velkými přáteli mnoha dětí, „novými oblíbenými hračkami“ – spotřebitelské drony obvykle používají levné vícerotorové platformy, zejména pro letecké fotografování, hry a další volnočasové účely. Domácí spotřebitelský trh s drony explodoval kolem roku 2012. Předtím se drony používaly hlavně v průmyslové oblasti a spotřebitelský trh tvořili převážně někteří nadšenci a nadšenci modelářských letadel. V současné době vykazuje rozvoj čínského průmyslu bezpilotních letadel trend „nárůstu“, kromě letectví, vědeckovýzkumných institucí a univerzit souvisejících s letectvím se do řad výzkumu a vývoje zapojilo mnoho soukromých podniků, výzkum a vývoj a aplikace civilních bezpilotních letadel lze popsat jako v plném proudu, čínské aplikace bezpilotních letadel v oblasti spotřebitelské zábavy a dalších oblastí je v popředí světového trhu.
Rychle se rozvíjející bezpilotní letouny (UAV) se staly nově vznikající platformou pro dálkový průzkum Země, která je po vybavení různými zařízeními pro dálkový průzkum Země široce používána v oblastech leteckého průzkumu země, zemědělství, lesnictví a ochrany rostlin, detekce atmosféry, pomoci při katastrofách, národní obrany a bezpečnosti.
Dálkový průzkum Země pomocí bezpilotních dronu (UAV) má ultravysoké rozlišení a vysokofrekvenční snímací schopnosti, které mohou doplňovat možnosti dálkového průzkumu Země pomocí satelitů. Ve srovnání s dálkovým průzkumem Země člověk-stroj má vyšší náklady, výkon a manévrovatelnost. Schopnost dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních dronu v reálném čase je na současné platformě pro satelitní pozorování obtížně dosažitelná. Satelitní dálkový průzkum Země může poskytovat snímky na úrovni pod metr, ale čím vyšší je rozlišení, tím delší je doba opětovného sledování satelitu. Snímky z bezpilotních dronu mohou snadno poskytovat pozemní informace s rozlišením centimetrů nebo i vyšším a neexistuje žádný rozpor mezi vysokým prostorovým rozlišením a časovým rozlišením a dialektická jednota prostoru a času je realizována na základě nízkých nákladů. Dá se říci, že vznik a rychlý rozvoj dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních dronu učinil z vědeckého výzkumu dálkového průzkumu Země velký krok vpřed od makro k mikro. Ve srovnání s vysokými náklady a centralizovanou správou satelitních platforem umožňuje platforma UAV vstup do éry popularizace získávání dat dálkového průzkumu Země a skutečně realizuje využití dálkového průzkumu Země pro uživatele.
Díky jedinečným výhodám dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních dronů (UAV) lze mnoho oblastí, kde aplikační efekt satelitních dat nebyl dobrý nebo jej v minulosti nebylo možné realizovat, dobře využít pomocí dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních dronů. Například použití hyperspektrálního dálkového průzkumu Země pomocí bezpilotních dronů umožňuje klasifikovat a identifikovat povrchové druhy, objevovat a identifikovat invazi nepůvodních druhů prostřednictvím hyperspektrálních dat z bezpilotních dronů a poskytovat datovou podporu pro ekologickou ochranu životního prostředí. Dalším příkladem je, že dálkový průzkum Země pomocí bezpilotních dronů poskytl vhodné podmínky pro extrémní vzorkování prostředí a získávání dat, poskytl data z první ruky pro mnoho studií a přispěl k řadě nových vědeckých objevů. Od roku 2010 NASA pomáhá budovat systém jemné struktury tajfunů poté, co úspěšně monitorovala dráhy pěti atlantických hurikánů pomocí vysokohorského bezpilotního letounu GlobalHawk s dlouhou výdrží. V roce 2017 mezinárodní tým výzkumníků použil drony vybavené kamerami a dalšími senzory k natáčení erupce sopky v Tierra del Fuego v Guatemale, aby změřil data a modeloval dynamický proces.
Za zmínku stojí zejména to, že dálkový průzkum Země pomocí bezpilotních letounů (UAV) hraje klíčovou roli v monitorování katastrof při dálkovém průzkumu Země. V posledních letech lze drony spatřit při velkých mimořádných událostech spojených s přírodními katastrofami: v roce 2008 byla při záchraně po zemětřesení ve Wen-čchuanu zavedena technologie dálkového průzkumu Země pomocí dronů; později hrají drony důležitou roli při velkých přírodních katastrofách, jako je sesuv půdy v S'-čchuanu, incident s únikem ropy v Dalianu, havárie s velkým výbuchem nebezpečné chemikálie v přístavu Tchien-ťin a dalších mimořádných událostech.
V oblasti průmyslových aplikací se normalizovala inspekce ropy a zemního plynu, přenosu energie a fotovoltaických elektráren pomocí dronů. V některých vládních resortech se drony postupně začleňují do obchodního systému, například v resortech ochrany životního prostředí, které je používají k provádění inspekcí a sanací vypouštění odpadních vod z řek. Vysokofrekvenční, responzivní platforma dronů a snímky z dronů s centimetrovou přesností silně podporují každodenní provoz rutinních operací obchodních jednotek souvisejících s ochranou životního prostředí.
Díky pohodlí a flexibilitě a vysoké účasti veřejnosti jsou inovace v oblasti dronů také velmi aktivní a rychle se rozvíjejí. Hluboká kombinace dálkového průzkumu Země pomocí UAV a dalších souvisejících technických oblastí ukázala velké množství rozsáhlých aplikací, které se nazývají aplikace UAV „dálkový průzkum Země +“. Například při přenosu dat „dálkový průzkum Země + data v reálném čase“ je dálkový průzkum Země pomocí UAV velmi důležitý pro armádu, zmírňování následků katastrof a záchranu. Mnoho operací v oblasti monitorování vnitřní bezpečnosti a odstraňování následků katastrof se spoléhá na dálkový průzkum Země pomocí UAV a přenos v reálném čase, aby poskytovaly včasné informace pro rozhodování.
Pokud jde o „technologii dálkového průzkumu Země + určování polohy v reálném čase a vytváření map (SLAM)“, kombinace UAV a SLAM zlepšuje navigaci a vyhýbání se překážkám UAV a má důležité aplikační vyhlídky v inteligentním sběru dat a autonomním letu UAV.
Pokud jde o „technologii dálkového průzkumu Země + rozhodování a provádění“, bylo dosaženo integrace „dálkového průzkumu Země pomocí UAV + identifikace + plánování úkolů + provádění úkolů“. Například dálkový průzkum Země pomocí dronu umožňuje dálkové monitorování zemědělských podmínek na polích, vytváření mapy chorob a škůdců, plánování rozumných tras, provádění přesného postřiku pesticidy a integraci statického dálkového pozorování s rozhodováním a implementací v reálném čase.
Pokud jde o „dálkový průzkum Země + plánování tras v nízkých nadmořských výškách“, současné diverzifikované potřeby aplikací bezpilotních letadel (UAV) se týkají především nízkých nadmořských výšek. Většina „nízkých, pomalých a malých“ bezpilotních letadel (UAV) je soustředěna v pozemním vzdušném prostoru pod 500 metry a změny povrchu tohoto vzdušného prostoru jsou rozmanité, situace je složitá a problémy s bezpečností a efektivitou letu jsou výrazné. Proto jsou nízkonákladové letecké trasy, zejména nízkonákladové veřejné letecké trasy bezpilotních letadel v urbanizovaných oblastech, důležitější. Je vyžadováno pečlivé plánování. Efektivita sběru dat prostřednictvím tradičních statistických kanálů je nízká a využití dat dálkového průzkumu Země s vysokým rozlišením a dynamických dat z bezpilotních letadel v městských oblastech pro konstrukci plánování tras v nízkých nadmořských výškách se stalo výzkumnou oblastí a Čína se v tomto ohledu aktivně ujala vedení.
Pokud jde o „dálkový průzkum Země + regionální sítě“, ačkoliv je schopnost dálkového průzkumu Země bezpilotními letouny (UAV) velmi silná a prostorové rozlišení vysoké, oblast pokrytí je malá a je obtížné uspokojit poptávku po dálkovém průzkumu Země s využitím UAV ve velkých regionálních aplikacích. Například prostřednictvím určitého organizačního modelu a technického systému jsou plánovány a nasazeny národní distribuované zdroje dálkového průzkumu Země s cílem vybudovat rozsáhlý, vysokofrekvenční, rychlý centimetrový systém dálkového průzkumu Země s rozlišením a rozlišením, aby bylo možné dokončit úkol měření na velké ploše. Obecně platí, že aplikace a vývoj UAV vytvořily trend aplikací v celé oblasti a s ohledem na silnou poptávku po aplikacích a silnou podporu vývoje nových technologií se očekává rozvoj UAV v budoucnu.