Kaukokartoitusdroonit: "Elf" on suuri käyttökohde

Viime vuosina miehittämättömillä ilma-aluksilla (UAV), jotka on varustettu tehtävien hyötykuormilla, kuten kameroilla, lentäjien ohjaamilla tai lennonohjausjärjestelmien itsenäisesti ohjaamilla laitteilla, on ollut yhä tärkeämpi rooli kaukokartoitussovelluksissa, kuten maanmittauksessa ja kartoituksessa, katastrofien vähentämisessä ja hätätilanteiden reagoinnissa, ja niistä on tullut uusi jäsen kaukokartoitusperheessä. UAV tunnetaan kaukokartoitusperheen "haltiana" pienen liikkuvuutensa, matalan lentokorkeutensa, korkean spatiaalisen ja ajallisen resoluutionsa, monipuolisen ja joustavan kuormakonfiguraation ja muiden ominaisuuksiensa vuoksi. Tällä "haltialla" on kuitenkin paljon käyttöä! Miehittämättömällä ilma-aluksella (UAV) tarkoitetaan yleisesti miehittämätöntä ilma-alusta (UAV). Yleensä se viittaa voimanlähteellä liikkuvaan ilma-alukseen, jossa ei ole käyttäjää, joka käyttää aerodynaamista voimaa ilma-aluksen tarvittavan nostovoiman aikaansaamiseksi, voi lentää autonomisesti tai etänä, sitä voidaan käyttää kerran ja se voidaan kierrättää, ja se voi kuljettaa tappavia tai ei-tappavia tehtävien hyötykuormia, kuten valokuvien ottamista, huumeiden lähettämistä, äänen soittamista jne.

Droonit eivät ole uusi keksintö, niitä on kehitetty vuosisatojen ajan. Vuonna 1917 Yhdistyneen kuningaskunnan kuninkaallinen ilmailuinstituutti yhdisti alun perin aerodynamiikan, kevyet moottorit ja radion kehittääkseen maailman ensimmäisen miehittämättömän ilma-aluksen. Saman vuoden joulukuussa amerikkalainen keksijä Elmer Spee suoritti ensimmäisen lennon "ilmatorpedolla" keksimänsä gyroskoopin ja yhdysvaltalaisen Western Electric Companyn kehittämän radio-ohjausjärjestelmän avulla. Aluksi drooneja käytettiin pääasiassa sotilasalalla. 2000-luvulle tultuamme modernin elektroniikan, tarkkuuskoneiden, navigoinnin ja paikannuksen sekä kaukokartoituksen ja muiden niihin liittyvien teknologioiden nopean kehityksen myötä miehittämättömien ilma-alusten käyttö siviilialalla on yhä laajempaa ja teollisuudenala on muodostumassa.

Miehittämättömät ilma-alukset (UAV) voidaan luokitella käyttötarkoituksen, aerodynaamisen rakenteen, tehotyypin, koon ja painon, lentonopeuden, toimintasäteen, lentokorkeuden ja muiden tekijöiden mukaan. Käyttötarkoituksen mukaan droonit voidaan jakaa sotilasdrooneihin, siviilidrooneihin ja kuluttajadrooneihin. Sotilaskäyttöön tarkoitetut miehittämättömät ilma-alukset voidaan jakaa tiedustelu-miehittämättömiin ilma-aluksiin, elektronisiin vastatoimiin tarkoitettuihin miehittämättömiin ilma-aluksiin, viestinnän välitysmiehittämättömiin ilma-aluksiin, hyökkäysmiehittämättömiin ilma-aluksiin ja miehittämättömiin maali-miehittämättömiin ilma-aluksiin. Siviilikäyttöön tarkoitetut miehittämättömät ilma-alukset voidaan jakaa erilaisiin käyttötarkoituksiin, kuten tarkastus-, valvonta-, kartoitus- ja havaitsemismiehittämättömiin ilma-aluksiin sekä maatalouskäyttöön tarkoitettuihin miehittämättömiin ilma-aluksiin. Kuluttajakäyttöön tarkoitettuja drooneja käytetään pääasiassa vapaa-ajan tarkoituksiin, kuten henkilökohtaiseen ilmakuvaukseen ja pelaamiseen.

Aerodynaamisen asettelun mukaan miehittämättömät ilma-alukset voidaan jakaa kiinteäsiipisiin, pyöriväsiipisiin, läpällisisiin ja moniosaisiin miehittämättömiin ilma-aluksiin. Kiinteäsiipiset miehittämättömät ilma-alukset käyttävät voimalaitetta tuottaakseen eteenpäin suuntautuvaa työntövoimaa tai vetovoimaa lennon aikana, ja nostovoiman tuottava pääkantopinta on kiinteä ja muuttumaton runkoon nähden. Ne ovat pääasiassa tavanomaisia, ankkamallisia, hännättömiä tai lentäviä siipiä käyttäviä, kolmen kantopinnan muotoisia jne. Roottorialuksen nostovoimaroottorin lavat pyörivät runkoon nähden lennon aikana, ja ne voidaan jakaa miehittämättömiin helikoptereihin, moniroottorisiin droneihin ja miehittämättömiin roottorialuksiin. Kaksi ensimmäistä miehittämättömien roottorialusten tyyppiä saavat suoraa voimalaitetta ja voivat nousta ja laskeutua pystysuunnassa sekä leijua, kun taas miehittämättömien roottorialusten roottorialukset ovat moottorittomia. Ornithopterus-miehittämättömät ilma-alukset käyttävät siipiään lepattaakseen ylös ja alas lintujen siipien tavoin saadakseen nostovoimaa ja tehoa, mikä sopii pienille ja miniatyyrimaisille miehittämättömille ilma-aluksille. Yhdistelmärakenteiset miehittämättömät ilma-alukset koostuvat useista perustyypeistä, joihin kuuluvat pääasiassa kallistusroottoriset miehittämättömät ilma-alukset ja pyörivä-/kiinteäsiipiset miehittämättömät ilma-alukset.

Voimanlähteen mukaan miehittämättömät ilma-alukset (UAV) jaetaan pääasiassa kahteen tyyppiin: öljykäyttöisiin ja sähkökäyttöisiin miehittämättömiin ilma-aluksiin, ja viime vuosina on jatkuvasti kehitetty aurinkoenergialla ja vetypolttokennoissa toimivia miehittämättömiä ilma-aluksia.

Koon ja painon mukaan droonit voidaan jakaa mikrodrooneihin, kevyisiin piendrooneihin, pieniin droneihin, keskikokoisiin droneihin ja suuriin droneihin. Mikrodroonit painavat yleensä alle 1 kilogramman ja ovat kooltaan alle 15 senttimetriä. Kevyiden ja pienten droneiden paino on yleensä 1–7 kg, pienten droneiden paino on yleensä 1–200 kg ja keskikokoisten droneiden paino on yleensä 200–500 kg.

Nykyään droneista on tullut paljon lasten suuria ystäviä, lelujen "uusia suosikkeja" – kuluttajadroonit käyttävät yleensä edullista moniroottorista alustaa, pääasiassa ilmakuvaukseen, peleihin ja muihin vapaa-ajan tarkoituksiin. Kotimaisten kuluttajien droonien markkinat puhkesivat noin vuonna 2012. Ennen tätä droneja käytettiin pääasiassa teollisuudessa, ja kuluttajamarkkinat koostuivat pääasiassa pienoismallien harrastajista ja harrastajista. Tällä hetkellä Kiinan UAV-teollisuuden kehitys osoittaa "räjähdysmäistä" trendiä, ilmailun, avaruustekniikan tieteellisten tutkimuslaitosten ja yliopistojen lisäksi monet yksityiset yritykset ovat liittyneet tutkimus- ja kehitystyöhön. Siviili-UAV-tutkimusta ja -kehitystä sekä sovelluksia voidaan kuvailla täydessä vauhdissa, ja Kiinan UAV-sovellukset kuluttajaviihteessä ja muilla aloilla ovat olleet maailman eturintamassa.

Nopeasti kehittyvästä miehittämättömästä ilma-aluksesta on tullut nouseva kaukokartoitusalusta, jota käytetään laajalti maa-ilmakartoituksen, maatalouden, metsätalouden ja kasvinsuojelun, ilmakehän havaitsemisen, katastrofiavun, maanpuolustuksen ja turvallisuuden aloilla sen jälkeen, kun se on varustettu erilaisilla kaukokartoituslaitteilla.

Miehittämättömien laitteiden kaukokartoituksella on erittäin korkea resoluutio ja korkeataajuinen tiedonkeruukyky, joka täydentää satelliittien kaukokartoitusominaisuuksia. Verrattuna ihmisen ja koneen kaukokartoitukseen sillä on korkeammat kustannukset, suorituskyky ja ohjattavuus. Miehittämättömien laitteiden kaukokartoituksen reaaliaikaista havainnointikykyä on vaikea saavuttaa nykyisellä satelliittien kaukokartoitusalustalla. Satelliittikaukokartoitus voi tarjota alle metrin tason kuvia, mutta mitä korkeampi resoluutio, sitä pidempi satelliitin uudelleenkäyntiaika. Miehittämättömien laitteiden kuvat voivat helposti tarjota maatietoja senttimetrien tai jopa korkeammalla resoluutiolla, eikä korkean spatiaalisen resoluution ja aikaresoluution välillä ole ristiriitaa, ja tilan ja ajan dialektinen yhtenäisyys toteutuu alhaisten kustannusten perusteella. Voidaan sanoa, että miehittämättömien laitteiden kaukokartoituksen syntyminen ja nopea kehitys ovat tehneet kaukokartoitustieteen tutkimuksesta suuren askeleen eteenpäin makrotasolta mikrotasolle. Verrattuna satelliittialustojen korkeisiin kustannuksiin ja keskitettyyn hallintaan, miehittämättömien laitteiden alusta mahdollistaa kaukokartoitustietojen hankinnan siirtymisen popularisoinnin aikakauteen ja todella toteuttaa kaukokartoituksen sovelluksen C:lle (käyttäjä).

Miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksen ainutlaatuisten etujen ansiosta monet alueet, joilla satelliittidatan sovellusvaikutus ei ole ollut hyvä tai sitä ei ole aiemmin voitu toteuttaa, voidaan toteuttaa hyvin miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksen avulla. Esimerkiksi miehittämättömien ilma-alusten hyperspektraalisen kaukokartoituksen avulla voidaan luokitella ja tunnistaa pintalajeja, löytää ja tunnistaa vieraslajien invaasiot miehittämättömien ilma-alusten hyperspektraalisen datan avulla ja tarjota datatukea ekologiselle ympäristönsuojelulle. Toinen esimerkki on miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoitus, joka on tarjonnut kätevät olosuhteet äärimmäisten ympäristöjen näytteenottoon ja tiedonhankintaan, tarjoten ensi käden tietoa monille tutkimuksille ja edistäen useita uusia tieteellisiä löytöjä. Vuodesta 2010 lähtien NASA on auttanut rakentamaan taifuunien hienorakennejärjestelmää seurattuaan onnistuneesti viiden Atlantin hurrikaanin reittejä korkealla lentävällä, pitkäkestoisella miehittämättömällä GlobalHawk-ilma-aluksella. Vuonna 2017 monikansallinen tutkijaryhmä käytti kameroilla ja muilla sensoreilla varustettuja droneja kuvaamaan tulivuorenpurkausta Tierra del Fuegossa, Guatemalassa, datan mittaamiseksi ja dynaamisen prosessin mallintamiseksi.

On erityisen syytä mainita, että miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksella on ollut keskeinen rooli katastrofien kaukokartoituksen seurannassa. Viime vuosina droneja on nähty suurissa luonnonkatastrofeissa: vuonna 2008 Wenchuanin maanjäristyspelastuksessa otettiin käyttöön drone-kaukokartoitustekniikka. Myöhemmin suurissa luonnonkatastrofeissa, kuten Sichuanin Maoxianin maanvyörymässä, Dalianin öljyvuoto-onnettomuudessa, Tianjinin sataman vakavassa kemikaaliräjähdyksessä ja muissa hätäaputapahtumissa, droneilla on ollut tärkeä rooli.

Teollisuussovelluksissa öljy- ja kaasuteollisuuden, sähkönsiirron ja aurinkosähkövoimalaitosten infrastruktuurin drone-tarkastukset on normalisoitu. Joissakin valtionhallinnon yksiköissä droneja otetaan vähitellen käyttöön liiketoimintajärjestelmissä, kuten ympäristönsuojeluosastoilla, jotka käyttävät droneja jokien jätevesipäästöjen tarkastuksiin ja korjauksiin. Korkeataajuinen, reagoiva drone-alusta ja senttimetritason drone-kuvat tukevat vahvasti ympäristönsuojeluun liittyvien liiketoimintayksiköiden päivittäistä toimintaa.

Kätevyyden ja joustavuuden sekä suuren yleisön osallistumisen ansiosta drone-innovaatiot ovat erittäin aktiivisia ja kehittyvät nopeasti. Miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksen ja muiden vastaavien teknisten alojen syvällinen yhdistelmä on osoittanut suuren määrän laajoja sovelluksia, joita kutsutaan miehittämättömien ilma-alusten "kaukokartoitus +" -sovellukseksi. Esimerkiksi reaaliaikaisessa "kaukokartoitus + datan" siirrossa miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoitus on erittäin tärkeää sotilas-, hätätilanteiden katastrofien vähentämis- ja pelastustoimissa, ja monet kotimaan turvallisuuden valvonta- ja katastrofiapuoperaatiot luottavat miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoitukseen ja reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon tarjotakseen oikea-aikaista tietoa päätöksentekoa varten.

"Kaukokartoituksen + reaaliaikaisen paikannuksen ja kartanrakennustekniikan (SLAM)" osalta miehittämättömien ilma-alusten ja SLAMin yhdistelmä parantaa miehittämättömien ilma-alusten navigointia ja esteiden välttämistä, ja sillä on tärkeitä sovellusmahdollisuuksia miehittämättömien ilma-alusten älykkäässä tiedonkeruussa ja autonomisessa lennossa.

"Kaukokartoituksen + päätöksenteon ja toteutuksen teknologian" osalta on saavutettu "miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksen + tunnistuksen + tehtävien suunnittelun + tehtävien toteutuksen" integrointi. Esimerkiksi drone-kaukokartoitus voi toteuttaa peltojen maatalousolosuhteiden kaukokartoitusseurannan, muodostaa tautien ja tuholaisten reseptikartan, suunnitella kohtuulliset reitit, suorittaa tarkkoja torjunta-aineiden ruiskutuksia ja integroida staattisen kaukokartoituksen havainnoinnin reaaliaikaiseen päätöksentekoon ja toteutukseen.

"Kaukokartoituksen + matalan korkeuden reittisuunnittelun" osalta miehittämättömien ilma-alusten (UAV) nykyiset monipuoliset sovellustarpeet ovat pääasiassa matalalla. Suurin osa "matalista, hitaista ja pienistä" miehittämättömistä ilma-aluksista on keskittynyt alle 500 metrin korkeudessa olevaan maanpinnan lähellä olevaan ilmatilaan, ja tämän ilmatilan pinnan muutokset ovat vaihtelevia, tilanne on monimutkainen ja lentoturvallisuus- ja tehokkuusongelmat ovat merkittäviä. Siksi matalan korkeuden lentoreitit, erityisesti miehittämättömien ilma-alusten matalan korkeuden julkiset lentoreitit kaupungistumisalueilla, ovat tärkeämpiä. Huolellinen suunnittelu on välttämätöntä. Tiedonkeruun tehokkuus perinteisten tilastokanavien kautta on alhainen, ja korkean resoluution ja dynaamisen UAV-kaukokartoitusdatan käyttö kaupunkialueilla matalan korkeuden reittisuunnittelun rakentamisessa on tullut tutkimuksen eturintamaan, ja Kiina on ottanut johtavan roolin tämän näkökohdan aktiivisessa tutkimisessa.

"Kaukokartoituksen + alueellisen verkostoitumisen" osalta miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoitusominaisuudet ovat erittäin vahvat ja spatiaalinen resoluutio korkea, mutta peittoalue on pieni ja miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoituksen kysyntään on vaikea vastata laajoissa alueellisissa sovelluksissa. Esimerkiksi tietyn organisaatiomallin ja teknisen järjestelmän avulla kansalliset hajautetut miehittämättömien ilma-alusten kaukokartoitusresurssit suunnitellaan ja otetaan käyttöön laaja-alaisen, korkeataajuisen, nopean vasteajan senttimetriresoluution ja kaukokartoituksen valvontajärjestelmän rakentamiseksi laaja-alaisen mittaustehtävän suorittamiseksi. Yleisesti ottaen miehittämättömien ilma-alusten soveltaminen ja kehittäminen on muodostanut sovellustrendin koko alalla, ja sovelluskysynnän vahvan vetovoiman ja uuden teknologian kehityksen vahvan tuen ansiosta miehittämättömien ilma-alusten kehitystä odotetaan tulevaisuudessa.