طائرات بدون طيار لإدارة المناطق الساحلية الساحلية

جاستن مانلي • 13 رجب 1440

فترة انتقال EagleRay من البحر إلى السماء (Credit NCSU)

طائرة VTOL بدون طيار فوق خليج مونتيري. (الائتمان: MBARI)

مسح تجاري مظاهرة Hexacopter. (الائتمان: J. مانلي)

الأنظمة الجوية غير المأهولة (UAS) ، والتي يطلق عليها عادة الطائرات بدون طيار ، كانت لها تأثيرات متزايدة في المجال البحري. مع زيادة قدرات هذه المنصات ، زادت مساهماتها في العلوم البحرية والدفاع والصناعة. وإدراكاً لذلك ، عقد التحالف من أجل التقنيات الساحلية (ACT) والرابطة الشمالية الشرقية الإقليمية لأنظمة مراقبة السواحل والمحيطات (NERACOOS) ، بدعم من النظام المتكامل لرصد المحيطات (IOOS) ، ورشة عمل حول الاستخدامات العملية للطائرات بدون طيار لإدارة معالجة العناوين مشاكل المناطق الساحلية في محمية ويلز الوطنية لبحوث مصبات الأنهار (WNERR) في ويلز ، مين ، في أواخر عام 2018. تم تصميم ورشة العمل لتسهيل تبادل المعلومات وأفضل الممارسات لدعم التطبيقات السريعة التوسع للطائرات بدون طيار في الإدارة الساحلية.

ملخص ورشة العمل
كانت أهداف ورشة العمل هي تلخيص الوضع التكنولوجي في UAS من فئة البحث والمراقبة ، وتجميع أمثلة للاستخدام الحالي في هذا المجال ، وفهم القيود والتحديات اللوجستية المرتبطة UAS ، وتطوير أفضل الممارسات التشغيلية وإدارة البيانات / تحليلات ، ووصف التطورات والتطبيقات المستقبلية لأنظمة مراقبة المحيطات الساحلية. يتوفر تقرير ورشة عمل شامل من موقع ACT الإلكتروني (www.act-us.info).

كما سعت ورشة العمل إلى استكشاف تحديات الاستشعار عن بعد الكمي متعدد الأطياف وفائق الأطياف عن بعد في البيئات البحرية الساحلية والقضايا القانونية والمتعلقة بالخصوصية المرتبطة باستخدام الطائرات بدون طيار في الأراضي العامة والخاصة ومساحات المحيطات.
لتعزيز المشاركة الواسعة للمعلومات وتبادلها بين القطاعات ، شمل المشاركون في ورشة العمل مطوري ومقدمي خدمات UAS من القطاع الخاص ، والباحثين الأكاديميين الذين قاموا بتطوير و / أو استخدام UAS ، وموظفي الوكالات الحكومية ممن لديهم خبرة في استخدام UAS أو

بيانات UAS أو العمل على قضايا الإدارة التي يمكن معالجتها مع UAS.

تميز اليوم الأول من ورشة العمل بعروض ميدانية لثلاثة أنواع من أنظمة الطائرات بدون طيار: كوادكوبتر ، الجناح الثابت ، والسداسي.

كان اليومان الثاني والثالث جلسات نقاش مع عروض تقديمية تغطي موضوعات مثل:

• طائرات بدون طيار لمسح الموائل
• طائرات بدون طيار لاكتشاف ورصد الطحالب الضارة (HAB) في فلوريدا
• الطائرات بدون طيار كأداة لمسح أهوار المد والجزر في ثلاثة مواقع على الساحل الشرقي وساحل الخليج والساحل الغربي
• استخدام طائرات بدون طيار لعمليات المسح الساحلية / البحرية وغيرها من الأبحاث في خليج مونتيري
• تطوير الطائرات بدون طيار التي تعمل في البيئات الجوية والبحرية

ترحب محمية ويلز الوطنية لبحر المصبات بلا طيار. (الائتمان: J. مانلي)

وأعقب كل جلسة نقاش مناقشات المجموعة. تضمنت الجلسات العامة تقارير من مجموعات منفصلة ومناقشات جماعية كبيرة للفريق وموضوعات تفصيلية. من بين رسائل الوجبات الجاهزة الرئيسية من العروض والمناقشات ما يلي:

• بينما تعد UAS أداة جديدة لإدارة السواحل ، فقد تم إثبات قيمتها بالنسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات مثل رسم خرائط الموائل ومراقبة الحياة البرية واكتشاف تبيض المرجان وإدارة المحار واكتشاف الحطام البحري ومراقبة تغيير الخط الساحلي وإدارة الشواطئ و موارد الرمال ، ورسم خرائط مناطق الفيضانات ، والتفتيش على الجسور وغيرها من الهياكل.
• يمكن أن تكون أنظمة UAS مفيدة في العديد من سياقات الإدارة الأخرى مثل الكشف عن الطحالب الضارة (HAB) وتتبعها ومراقبة التفاعلات بين الإنسان والحيوان ومراقبة جودة المياه وتتبع الملوثات ومراقبة ثبات مستنقع المد والجزر.
• المديرون حريصون على استخدام الطائرات بدون طيار ، لكن كيفية استخدامها ليست مفهومة جيدًا دائمًا. من المهم أن نبدأ بالسؤال ، "ما هو سؤال أو مشكلة الإدارة؟" هذا سيحدد البيانات المطلوبة وكيفية جمعها ، والتي قد تكون طائرات بدون طيار.
• كما هو الحال مع أي بيانات ، يجب ترجمة بيانات الطائرات بدون طيار إلى معلومات يمكن استخدامها للإدارة.
• استخدام الطائرات بدون طيار للحصول على بيانات جغرافية مكانية دقيقة يمثل تحديًا ويتطلب مهارات تقنية متقدمة ومعرفة. عادة ما يكون من الضروري تعيين خبراء في عمليات الطائرات بدون طيار ومعالجة البيانات.
• أفضل الممارسات لاستخدام الطائرات بدون طيار لجمع البيانات الجغرافية المكانية راسخة. تتوفر إرشادات حول أفضل الممارسات في المنشورات مثل كتاب PrecisionHawk الإلكتروني Beyond the Edge ، وخطة إدارة بيانات أنظمة الطائرات بدون طيار USGS لعام 2015.
• حدد المشاركون في حلقة العمل أوقات الرحلات القصيرة بسبب قيود البطارية باعتبارها واحدة من أكبر القيود في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار في الوقت الحالي. تشمل التحسينات التكنولوجية الأخرى المرغوبة قدرات الحمولة النافعة الموسعة ، والانتظامية للسماح للطائرات بدون طيار بحمل حمولات / مجسات مختلفة ، وإمكانات في جميع الأحوال الجوية ، وطائرات بدون طيار "أكثر ذكاء" مع إدراك ظرفي ، وزيادة سعة تخزين البيانات ، وتوحيد أنواع البيانات ، وتحسينات في إدارة البيانات مثل معالجة البيانات على اللوحة ، والقدرات التي تتجاوز الصور والاستشعار عن بعد ، مثل نشر أجهزة أخذ عينات المياه.
• القوانين واللوائح تقيد استخدام الطائرات بدون طيار لأغراض البحث والإدارة في المحيطات والسواحل. على سبيل المثال ، يمكن نقل الطائرات بدون طيار إلى أقل من 400 قدم فقط ، ويجب أن تظل ضمن خط رؤية الطيار في جميع الأوقات. يجب أن يتم نقل كل طائرة بدون طيار بواسطة طيار متخصص مرخص ، مما يعني أنه لا يمكن التحكم في عدة طائرات بدون طيار كما هو الحال في سرب. وهناك اعتبار آخر مهم هو أن عدم اليقين بشأن التغييرات المحتملة في القوانين واللوائح يجعل من الصعب التخطيط للبحث.
• اختبار وتقييم أنظمة UAS وأجهزة الاستشعار من قبل كيان مستقل مثل ACT سيكون مفيدًا للباحثين والمديرين والفنيين.

ويبرز التكنولوجيا
كان هناك العديد من التقنيات المبتكرة التي قدمت في ورشة العمل. أحد الشواغل الرئيسية لجميع الأنظمة غير المأهولة هو الحمولات الصافية. خلال ورشة العمل هذه ، ناقش باحثون من معهد أبحاث خليج مونتيري للأحياء المائية (MBARI) استخدام Flightwave Edge ، وهي طائرة ثابتة الجناحين ذات تريكوبتر. يمكن أن تقلع وتهبط باستخدام تقنية الإقلاع والهبوط العمودي (VTOL). يمكن أيضًا الانتقال بسهولة من رحلة التحويم إلى الأمام وإلى الخلف مرة أخرى. يسمح نظام الحمولة الصعبة القابلة للقابلية للمشغلين برحلات متعددة باستخدام طائرة واحدة. استخدم مشغلو MBARI هذه الطائرة مع صورة FLIR لرسم الخرائط الأمامية الحرارية. كما استخدموا كاميرات عالية الدقة واستطاعوا التعرف على الحيوانات في الماء ، في هذا المثال قنديل البحر ، وكذلك الطيور أثناء الطيران.

بالإضافة إلى النتائج الميدانية من MBARI ، ومستخدمي العلوم الآخرين ، قدمت ورشة العمل أفكارًا جديدة للطائرات بدون طيار التي يمكن أن تعمل في الهواء وتحت الماء. قدمت جامعة ولاية كارولينا الشمالية مفاهيم للمركبات المستقلة عبر النطاق (XAVs). مع رعاية DARPA وشراكة مع Teledyne Scientific ، قام هذا الفريق ببناء طائرة بدون طيار ثابتة الجناح يمكنها الطيران والسباحة. تم تطوير هذا النظام ، الذي يطلق عليه EagleRay ، واختباره على نطاق واسع بين عامي 2015 و 2016. السيارة EagleRay هي UAV-UUV الهجينة القائمة على تصميم VTOL ذي الأجنحة الثابتة. تم بناء اثنين من التكرار وأظهرت دورة كاملة للسباحة ذبابة السباحة. الإصدار 2 يتضمن أجهزة الطيار الآلي وأجهزة استشعار لعملية مستقلة. تسمح المقصورات القابلة للفيضان / القابلة للتصريف بشكل سلبي للسيارة بأن تحقق طفوًا شبه محايد ، ولكنها تتخلص بسرعة من مياه الصابورة عند الخروج. كما تم اختبار تصميمين فعالين لتعويض الطفو. يتم الدفع بواسطة المروحة بواسطة محركات كهربائية بدون فرش. وقد تم اختبار كل من أنظمة دفع الهواء والماء المنفصلة والاستخدام المزدوج

تقنية جديدة أخرى تمت مناقشتها في ورشة العمل كانت SeaHawk من Igloo Innovations. هناك نوعان مختلفان من هذا التصميم الجديد ، SeaHawk Alfa و SeaHawk Chimera. يشبه Alfa كوادكوبتر نموذجي ويؤدي بالمثل في الهواء. على عكس كوادكوبتر ، على قمة ألفا هو عوامة قابلة للفصل تحتوي على القياس اللاسلكي عن بعد إلى محطة التحكم. عندما تغمر السيارة ، تظل العوامة على السطح ومربوطة بالمركبة وبالتالي تحافظ على الاتصال. قد تتم إزالة العوامة لإجراء عمليات تحت الماء مستقلة تمامًا. تبلغ حمولة ألفا 5 كجم (10 رطل) وسرعة طيران قصوى تبلغ 60 كم / ساعة (37 ميل في الساعة). يقوم نظام الدفع تحت الماء بتحريك Alfa بسرعات تصل إلى 4 kts أثناء المغمورة. يبلغ عمق التشغيل 50 مترًا (150 قدمًا) ، ويمكن أن يعمل لمدة 60 دقيقة تقريبًا في أي من الوسطين. يبدو Chimera مشابهًا لنظام Alfa ، إلا أن السيارة تظل على السطح ويتم نشر الحمولة فقط تحت الماء. مع سعة حمولة تصل إلى 20 كجم (40 رطلاً) ، تم تصميم السيارة كمنصة معيارية لحمل مجموعة أكبر من الحمولات الصافية من Alfa. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الحمولة عبارة عن ROV أو AUV التي توفر إمكانات متقدمة تحت الماء. يمكن للكيميرا أيضًا التحليق فوق الماء وانخفاض أداة أخذ العينات لجمع العينات بأقل قدر من الإزعاج لسطح الماء.

كانت المناقشات والعروض التوضيحية وعرض التقنيات الناشئة في ورشة ACT مثيرة للإعجاب. يمكن للقراء المهتمين بمزيد من المعلومات الاتصال بـ ACT.

أعلاه وتحت: SeaHawk Flying / Swimming Drone (ائتمانات: ابتكارات الإيغلو)