CC BY
33ДОСТАВКА ГРУЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРОНОВ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПРОГРЕСС И ПЕРСПЕКТИВЫ Белозеров О.И.1, Кравцов А.Е.2
1Белозеров Олег Иванович - кандидат технических наук, доцент, кафедра вычислительной техники и компьютерной графики, 2Кравцов Андрей Евгеньевич - студент группы БО911ТВР, Естественно-научный институт, Дальневосточный государственный университет путей сообщения,
г. Хабаровск
Аннотация: современные логистические парадигмы подвергаются революционным изменениям, привнося новые технологии в сферу доставки грузов. Технологии доставки грузов с использованием дронов несут в себе огромный потенциал, однако их разработка и внедрение в России сталкиваются с рядом сложностей. Статья рассматривает внедрение беспилотных дронов в логистические системы и транспорт для улучшения эффективности и устойчивости доставки грузов. Она охватывает технологические аспекты, включая аэродинамику, источники энергии, GPS и искусственный интеллект. Большое внимание уделяется безопасности, регулированию и исследованиям, проводимым крупными компаниями, такими как Amazon, UPS и DHL, а также подчеркивается активное исследование Почтой России. Возникающие сложности, такие как законы, инфраструктурные требования и обеспечение безопасности, требуют комплексного подхода и сотрудничества с регулирующими органами. Внедрение беспилотных технологий обещает улучшить скорость, экономичность, безопасность и эко-устойчивость в доставке грузов. Ключевые слова: дроны, беспилотные летательные аппараты, логистика, транспорт, доставка грузов, технологии, аэродинамика, энергия, GPS, искусственный интеллект, безопасность, Почта России, инфраструктура, экономическая эффективность.
Современные технологические достижения неизбежно изменяют традиционные подходы к логистике и транспорту, открывая перед нами новые перспективы в области доставки. В последние годы одной из самых захватывающих и инновационных тенденций стало внедрение беспилотных дронов в процесс доставки грузов. Эта эволюция в логистике обещает революционизировать способы перевозки, обеспечивая более быстрые, эффективные и экологически устойчивые варианты доставки.
Под дронами мы понимаем беспилотные летательные аппараты, которые могут быть управляемыми удаленно или автономно. Они используются в различных областях, включая фотографию и видеосъемку, научные исследования, военные цели, а также для развлекательных и коммерческих нужд. Дроны могут иметь разные размеры и характеристики в зависимости от своего предназначения. В данной статье мы рассматриваем мультироторные дроны - наиболее распространенные типы дронов, которые используются как профессионалами, так и любителями [4]. Такой дрон представляет собой летающую платформу с 3, 4, 6, 8, 12 бесколлекторными двигателями с пропеллерами. Так дрон с четырьмя моторами носит название -Квадракоптер, с шестью - Гексакоптер, с восемью - Октокоптер. В полете дрон держит горизонтальное положение относительно поверхности земли и может зависать над определенным местом, перемещаться влево, вправо, вперед, назад, вверх и вниз, а так же, поворачиваться вокруг своей оси. Все действия совершаются путем изменения тяги на каждом моторе [9]. Сегмент рынка таких устройств многообразен, это и многороторные дроны для профессионального использования, такие как аэрофотосъемка, цена которых может варьироваться от 500 до 3000 долларов США. Имеется много моделей для хобби, таких как любительские гонки на дронах или досуговые полеты, в диапазоне цен от 50 до 400 USD. Из всех типов дронов, мультикоптерные дроны являются самыми простыми в изготовлении и самыми дешевыми [9].
Технологические аспекты доставки грузов с использованием дронов охватывают различные ключевые элементы. Разработка эффективных форм и конструкций для обеспечения оптимальной аэродинамики и маневренности дрона при перевозке грузов играет важную роль. Кроме того, важна работа над мощными и эффективными источниками энергии, такими как литий-полимерные аккумуляторы или топливные элементы, для обеспечения достаточного времени полета. Технологические инновации также включают в себя интеграцию передовых GPS-технологий, датчиков и систем определения положения для точной навигации и управления маршрутом. Разработка эффективных механизмов для безопасной загрузки, разгрузки и удержания груза во время полета также является важным аспектом. Системы искусственного интеллекта играют ключевую роль в обеспечении автономного полета, распознавания препятствий и адаптации к изменяющимся условиям. Неотъемлемой частью технологического обеспечения являются также системы безопасности, включая механизмы аварийного торможения и средства предотвращения столкновений. В области безопасности и регулирования, идентификация и регистрация дронов становятся важным элементом контроля. Также необходима разработка систем управления трафиком для эффективного контроля движения дронов и избегания столкновений. Стандарты безопасности, ограничения летных зон и защита личной информации также занимают важное место в обеспечении безопасности в процессе доставки грузов дронами. Сертификация и лицензирование операторов дронов, обучение персонала, законодательство
и правовые нормы - все эти меры создают не только безопасные, но и жестко формализованные условия для развития доставки грузов с использованием дронов, обеспечивая их эффективность и устойчивость.
На данный момент разрабатываются современные модели дронов. Например: Hi-fly Cargo — грузоподъемность до 200 килограммов. Разработка инновационного центра «Бирюч», базирующегося в Белгородской области, позиционируется как способ быстрой доставки грузов. Заявляется, что аппарат решит проблему доставки «последней мили» в труднодоступные районы и будет интересен бизнесу и государственным службам. По крайней мере, «Бирюч» уже заключил соглашение с Ивановской пожарно-спасательной академией, которое предусматривает совместную работу в области испытаний и лицензирования беспилотников для ликвидации чрезвычайных ситуаций. Разработчик говорит, что его дрон будет способен перевозить 220 килограммов на скорости 300 км/ч с дальностью до 600 километров. Время полета составит 180 минут. Однако это перспективные характеристики, которых компания планирует достичь в следующем году. Пока тестируются прототипы, которые способны поднять в воздух до 170 килограммов и обеспечить дальность полета 20 километров на скорости 100 км/ч [8].
Griff 300 — до 300 килограммов. В 2016 году норвежский производитель беспилотников Griff Aviation показала миру восьмироторный дрон Griff 300. Число в названии модели отражает вес, который аппарат может поднять в воздух: 75 килограммов собственной массы + 225 килограммов полезной нагрузки. Дальность полета в зависимости от загрузки составляет от 30 до 45 минут. Стоит отметить, что дрон получил сертификаты европейского (EASA) и американского (FAA) авиационных регуляторов. Среди вариантов использования аппарата — грузоперевозки, служба в полиции, медицинских и спасательных службах, техническое обслуживание ветрогенераторов и других подобных промышленных объектов. Компания разрабатывает следующее поколение Griff 800 — соответственно, с грузоподъемностью до 800 килограммов. В этом случае беспилотник сможет использоваться вместо промышленных подъемных кранов [8].
Cormorant — до 500 килограммов. Cormorant — это разработка израильской компании Tactical Robotics, дочки израильского eVTOL-разработчика Urban Aeronautics, о котором мы уже писали (вот эту статью и еще вот эту). Как видно из названия компании, основная специализация Cormorant — это использование в военных миссиях (собственно, и разрабатывался он по заказу израильских военных). Как заявляет разработчик, с грузом 400 килограммов Cormorant может обеспечить дальность полета чуть меньше 180 километров, а если вес не превышает 140 килограммов, то — 300 километров. Максимальная скорость при этом составляет 185 км/ч (130 км/ч при полной загрузке) [8].
Несколько крупных компаний в разных странах активно проводили исследования и тесты в области доставки грузов с использованием дронов. Amazon, мировой лидер в сфере электронной коммерции, разрабатывает проект Prime Air, направленный на доставку заказов клиентам с использованием беспилотных дронов [5]. Этот проект в основном фокусируется на технологиях для навигации и обеспечения безопасности в США.
Компания UPS (United Parcel Service) запустила подразделение UPS Flight Forward, фокусирующееся на коммерческой доставке грузов с использованием дронов. UPS Flight Forward сотрудничает с медицинскими учреждениями в США, предоставляя услуги доставки медицинского оборудования и проб. Вместе с тем, DHL, международная компания по экспресс-доставке и логистике, также участвовала в тестах своего беспилотного беспроводного Parcelcopter в Германии. Эти тесты фокусировались на доставке медицинских принадлежностей на остров Фризланд.
Эти компании проводили тесты в различных странах, включая США и Германию, исследуя возможности применения дронов для эффективной и инновационной доставки грузов.
Почта России также активно исследует возможности внедрения доставки с использованием дронов. Это открывает новые перспективы для улучшения эффективности почтовых услуг, особенно в удаленных и труднодоступных регионах. Но внедрение доставки грузов с помощью дронов в почте России сталкивается с рядом сложностей. Существующие законы и нормативы могут требовать обширной адаптации для учета специфики беспилотных технологий и обеспечения их безопасности в воздушном пространстве [2]. Необходимость создания специальных площадок для взлета и посадки дронов, а также их обслуживания, требует дополнительных инвестиций в инфраструктуру. Работа в разнообразных климатических условиях, обеспечение безопасности полетов, и разработка надежных систем управления. Защита от воздушных инцидентов, вмешательства в работу дронов и обеспечение конфиденциальности данных. Внедрение новых технологий требует обучения персонала и обеспечения поддержки со стороны общества, включая преодоление возможных опасений и недопонимания. Инвестиции в приобретение и обслуживание дронов могут оказаться значительными, и необходимо оценить экономическую эффективность таких решений. Отсутствие определенных правил и стандартов для использования дронов в воздушном пространстве требует дополнительных усилий в обеспечении безопасности полетов [3].
Эти сложности подчеркивают необходимость тщательного планирования, сотрудничества с регулирующими органами и разработки комплексного подхода к внедрению беспилотных технологий в логистическую систему Почты России.
Однако внедрение данной технологии имеет ряд преимуществ. Быстрота и эффективность: дроны способны доставлять грузы в труднодоступные места и преодолевать пробки, существенно сокращая время доставки. Снижение затрат: Операции с дронами могут быть более экономически выгодными по сравнению
с традиционными методами, особенно в условиях удаленности и недоступности дорог [1]. Безопасность и точность: дроны оснащены передовыми системами навигации и технологиями избежания препятствий, что обеспечивает безопасность грузов и точность доставки. Гибкость и масштабируемость: Системы доставки с дронами легко масштабируются в зависимости от объемов грузов и спроса, что делает их идеальным решением для различных сценариев. Экологическая устойчивость: Использование дронов в логистике снижает выбросы углекислого газа и имеет меньший негативный экологический след.
Несмотря на преимущества, у доставки грузов дронами есть некоторые недостатки. Дроны обычно могут перевозить ограниченный вес, что делает их неэффективными для крупных и тяжелых грузов. БПЛА имеют ограниченную дальность полета и времени в воздухе, что ограничивает расстояние, на которое можно доставить груз. Работа дронов осложнена воздушными препятствиями, такими как птицы, воздушные транспортные средства и другие дроны. Это может повлиять на безопасность и надежность доставки. Дроны чувствительны к погодным условиям, таким как сильный ветер, дождь и снег, что может ограничивать возможность доставки в различные климатические условия [7]. Беспилотные воздушные транспортные средства (BVLOS): Запрет на полеты дронов за пределы видимости оператора (BVLOS) может ограничивать их эффективность в крупных городах или на больших расстояниях [6]. Безопасность и воровство грузов: Возможны проблемы с безопасностью и воровством грузов, так как дроны могут стать объектом хищения или атак со стороны злоумышленников.
Дроны могут использоваться в различных областях. Медицинская сфера: беспилотные летательные аппараты могут доставлять медикаменты, кровь и медицинское оборудование в отдаленные или труднодоступные районы, спасая жизни в чрезвычайных ситуациях. Автоматизация слежения за здоровьем: использование дронов для транспортировки медицинских датчиков и образцов может улучшить системы мониторинга здоровья пациентов. Сельское хозяйство: дроны могут быть снабжены сенсорами и камерами, что сделает их идеальными для мониторинга состояния посевов, определения заболеваний и оптимизации использования удобрений. Энергетика: дроны могут облегчать инспекцию энергетических линий, ветряных электростанций и солнечных панелей, что упростит обслуживание и обнаружение проблем. В случае аварий дроны могут быстро добраться до места происшествия, оценить ущерб и определить необходимые меры. Пожаротушение: дроны, оснащенные тепловизорами и камерами, могут использоваться для раннего обнаружения лесных пожаров, обеспечивая быструю реакцию служб пожаротушения. Также во время пожаров дроны могут предоставлять информацию о ходе огня, что поможет координировать усилия по его тушению. Военное дело: беспилотные летательные аппараты широко используются для разведывательных миссий, обеспечивая сбор данных без риска для военнослужащих. Дроны оснащаются системами оружия и используются для точных ударов по военным целям.
Использование дронов в этих сферах демонстрирует их универсальность и влияние на различные аспекты человеческой деятельности.
С учетом стремительного развития искусственного интеллекта и автономных технологий, мы можем ожидать дальнейших улучшений в производительности и функциональности дронов. Интеграция сетей 5G и развитие беспилотных транспортных средств создадут более совершенную и связанную инфраструктуру доставки [4]. Дроны - не просто средство доставки, они открывают путь к новым возможностям в логистике и транспортировке. С развитием технологий и законодательной базы, мы можем ожидать более широкого внедрения этой инновационной практики в будущем. Описанная инновационная технология обещает сокращение времени доставки, повышение доступности к отдаленным районам, экономическую эффективность и снижение экологического воздействия. Вместе с тем, необходимо активно решать технические и законодательные вызовы, чтобы обеспечить успешное внедрение данной технологии. Перспектива доставки грузов дронами также открывает двери для новых бизнес-моделей и разнообразных применений, что подчеркивает ее значимость в будущем развитии логистической инфраструктуры.
Список литературы
1. Ваш курьер уже в пути! Как дроны доставляют грузы в места, где нет дорог? [Электронный ресурс]. URL: https://www.techinsider.ru/weapon/ 1592815-vash-kurer-uzhe-v-puti-kak-drony-dostavlyayut-gruzy-v-mesta-gde-net-dorog/ (Дата обращения: 15.12.2023)
2. Доставка дронами: легальность и будущее [Электронный ресурс]. URL: https://ospost.ru/articles/dostavka-dronami-legalnost-i-budushchee/ (Дата обращения: 15.12.2023)
3. Журнал практической логистики // Применение дронов в логистике: проблемы и перспективы [Электронный ресурс]. URL: https://sitmag.ru/article/24444-primenenie-dronov-v-logistike-problemy-i-perspektivy (Дата обращения: 15.12.2023)
4. Машненков Д.В. Перспективы использования БПЛА в логистике [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-ispolzovaniya-bpla-v-logistike/viewer (Дата обращения: 15.12.2023)
5. Обзор мирового опыта коммерческой доставки грузов с помощью беспилотников [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/ 402475/ (Дата обращения: 15.12.2023)
6. Доставка дронами: доставка еды и пиццы, легальность и будущее [Электронный ресурс]. URL: https://api.dostavista.ru/articles/drone (Дата обращения: 15.12.2023)
7. Доставка дронами: привет из будущего? [Электронный ресурс]. URL: https://lemarbet.com/razvitie-internet-magazina/dostavka-dronami/ (Дата обращения: 15.12.2023)
8. Кто больше? Обзор грузоподъемных дронов [Электронный ресурс]. URL: https://2051 .vision/2022/07/08/cargo-drones/ (Дата обращения: 15.12.2023)
9. Типы беспилотных летательных аппаратов. Обзор. [Электронный ресурс]. URL: https://aviatest.aero/articles/tipy-bespilotnykh-letatelnykh-apparatov-obzor/ (Дата обращения: 15.12.2023)
