Беспилотный летательный аппарат для эвакуации людей из труднодоступных мест
|
Введение
1 Аналитический раздел
Содержание
1.1 Анализ видов беспилотных летательный аппаратов
1.2 Виды двигателей, используемых в беспилотных летательных аппаратах.... 11
1.3 Возможность применения композиционных материалов
1.4 Способы изготовления беспилотных летательных аппаратов
1.5 Существующие решения в области эвакуации людей
1.6 Задачи, решаемые для безопасного и автономного пилотирования
1.7 Патентный поиск
2 Проектно-конструкторский раздел
2.1 Структурно-функциональная схема
2.2 Подбор комплектующих для БПЛА
2.3 Подбор комплектующих для эвакуационной капсулы
2.4 Проверочный расчет болтовых соединений
2.5 Предварительная оценка стоимости конструкции
3 Математическая модель
3.1 Кинематические уравнения
3.2 Динамические уравнения
3.3 Модель для управления
4 Интеллектуальная программа распознавания объектов для беспилотного
летательного аппарата
4.1 Постановка задачи 60
4.2 Программа для подготовки данных 61
4.3 Программа для обучения ИНС 66
4.4 Результаты: обучения 69
4.5 Программа для тестирования ИНС 70
Заключение 75
Список использованных источников 77
Приложения
1 Аналитический раздел
Содержание
1.1 Анализ видов беспилотных летательный аппаратов
1.2 Виды двигателей, используемых в беспилотных летательных аппаратах.... 11
1.3 Возможность применения композиционных материалов
1.4 Способы изготовления беспилотных летательных аппаратов
1.5 Существующие решения в области эвакуации людей
1.6 Задачи, решаемые для безопасного и автономного пилотирования
1.7 Патентный поиск
2 Проектно-конструкторский раздел
2.1 Структурно-функциональная схема
2.2 Подбор комплектующих для БПЛА
2.3 Подбор комплектующих для эвакуационной капсулы
2.4 Проверочный расчет болтовых соединений
2.5 Предварительная оценка стоимости конструкции
3 Математическая модель
3.1 Кинематические уравнения
3.2 Динамические уравнения
3.3 Модель для управления
4 Интеллектуальная программа распознавания объектов для беспилотного
летательного аппарата
4.1 Постановка задачи 60
4.2 Программа для подготовки данных 61
4.3 Программа для обучения ИНС 66
4.4 Результаты: обучения 69
4.5 Программа для тестирования ИНС 70
Заключение 75
Список использованных источников 77
Приложения
Своевременно оказанная медицинская помощь имеет решающее значение для сохранения здоровья, жизни и ее качества пострадавшему. Периодически во время чрезвычайных ситуаций на дорогах возникают проблемы, не дающие машинам скорой помощи вовремя приехать и увезти пострадавших. В свою очередь использование вертолётов не всегда доступно в некрупных городах, чтобы использовать их в составе чрезвычайных служб. Помимо этого, иногда случаются инциденты при экспедиционных, туристических путешествиях людей по экстремальным маршрутам (высокогорье, близлежащие к водопадам зоны). В таких случаях одним из вариантов спасения жизни может быть использование специализированного беспилотного летательного аппарата, который благодаря габаритным размерам и специальному оснащению может в полуавтоматическом режиме зафиксировать и доставить пострадавшего на более комфортную площадку для пересадки в специальное транспортное средство, тем самым, спасая человеческую жизнь.
В настоящее время беспилотные воздушные судна могут выполнять различное множество задач: начиная от доставки продуктов или посылок и заканчивая эвакуацией пострадавших людей.
Беспилотные воздушные судна являются многофункциональными устройствами, но при обнаружении нескольких пострадавших возможно оказание помощи только в определенной последовательности. В медицине катастроф существует понятие «золотой час» - время, в течение которого оказанная пострадавшему первая медицинская помощь или оперативная доставка его в медицинское учреждение гарантирует ему максимальные шансы выжить и наименьший риск осложнений. Попадая в экстремальную ситуацию, человеческий организм моментально включает компенсаторные и защитные механизмы на максимальный уровень, для поддержки жизнедеятельность в течение часа. Потом происходит уменьшение тока крови в главных органах: сердце и мозге, и шансы на спасение стремятся к нулю.
После получения травмы у пострадавшего есть 30 минут, чтобы ему оказали экстренную медицинскую помощь. По статистике осложнения возникают в 2 раза реже у лиц, которые вовремя получили медицинскую помощь. В случае, если произошла остановка дыхания, данное время сокращается до 5-10 минут. По данным Всемирной организации здравоохранения каждый двадцатый из ста погибших, в результате несчастных случаев в мирное время, мог быть спасен, при оказании ему экстренной медицинской помощи непосредственно на месте происшествия. Вовремя оказанная медицинская помощь позволяет гарантировать сохранение жизни и здоровья пострадавшим, снижая инвалидности и летальности.
Статистика некоторых чрезвычайных ситуаций (ЧС) техногенного характера в Российской Федерации за 2016-2018 годы приведена в таблице 1.
Использование беспилотных воздушных судн (БВС) целесообразно, т.к. напрямую доставить пострадавшего до мест госпитализации быстрее и может спасти жизни.
Проблема использования беспилотников в эвакуации людей заключается в том, что с увеличением массы целевой нагрузки изменяются следующие характеристики полета:
1. Возможность находится в воздухе составляет 15-20 минут (увеличение массы целевой нагрузки на каждые 6 килограмм уменьшает время полета в 3 раза).
2. Дальность полета уменьшается до максимум 1,5 километра.
3. Высота полета уменьшается до 2 километров.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы требуется разработать беспилотный летательный аппарат для эвакуации людей из труднодоступных мест на базе мультикоптера, со следующими характеристиками:
1. Нахождение в воздухе более 30 минут - примерное время нахождения пострадавшего и его эвакуации в безопасное место.
2. Дальность полета более 2 км.
3. Высота полета до 2 км
4. Грузоподъемность более 2 кН - примерный вес мультикоптера со всей оснасткой и вес человека.
Габариты эвакуационной капсулы не менее 2000х900х700 мм - примерные габариты среднестатистического человека с необходимыми элементами для оказания элементарной медицинской помощи.
В настоящее время беспилотные воздушные судна могут выполнять различное множество задач: начиная от доставки продуктов или посылок и заканчивая эвакуацией пострадавших людей.
Беспилотные воздушные судна являются многофункциональными устройствами, но при обнаружении нескольких пострадавших возможно оказание помощи только в определенной последовательности. В медицине катастроф существует понятие «золотой час» - время, в течение которого оказанная пострадавшему первая медицинская помощь или оперативная доставка его в медицинское учреждение гарантирует ему максимальные шансы выжить и наименьший риск осложнений. Попадая в экстремальную ситуацию, человеческий организм моментально включает компенсаторные и защитные механизмы на максимальный уровень, для поддержки жизнедеятельность в течение часа. Потом происходит уменьшение тока крови в главных органах: сердце и мозге, и шансы на спасение стремятся к нулю.
После получения травмы у пострадавшего есть 30 минут, чтобы ему оказали экстренную медицинскую помощь. По статистике осложнения возникают в 2 раза реже у лиц, которые вовремя получили медицинскую помощь. В случае, если произошла остановка дыхания, данное время сокращается до 5-10 минут. По данным Всемирной организации здравоохранения каждый двадцатый из ста погибших, в результате несчастных случаев в мирное время, мог быть спасен, при оказании ему экстренной медицинской помощи непосредственно на месте происшествия. Вовремя оказанная медицинская помощь позволяет гарантировать сохранение жизни и здоровья пострадавшим, снижая инвалидности и летальности.
Статистика некоторых чрезвычайных ситуаций (ЧС) техногенного характера в Российской Федерации за 2016-2018 годы приведена в таблице 1.
Использование беспилотных воздушных судн (БВС) целесообразно, т.к. напрямую доставить пострадавшего до мест госпитализации быстрее и может спасти жизни.
Проблема использования беспилотников в эвакуации людей заключается в том, что с увеличением массы целевой нагрузки изменяются следующие характеристики полета:
1. Возможность находится в воздухе составляет 15-20 минут (увеличение массы целевой нагрузки на каждые 6 килограмм уменьшает время полета в 3 раза).
2. Дальность полета уменьшается до максимум 1,5 километра.
3. Высота полета уменьшается до 2 километров.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы требуется разработать беспилотный летательный аппарат для эвакуации людей из труднодоступных мест на базе мультикоптера, со следующими характеристиками:
1. Нахождение в воздухе более 30 минут - примерное время нахождения пострадавшего и его эвакуации в безопасное место.
2. Дальность полета более 2 км.
3. Высота полета до 2 км
4. Грузоподъемность более 2 кН - примерный вес мультикоптера со всей оснасткой и вес человека.
Габариты эвакуационной капсулы не менее 2000х900х700 мм - примерные габариты среднестатистического человека с необходимыми элементами для оказания элементарной медицинской помощи.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были проанализированы виды беспилотных летательных аппаратов и выбран наиболее подходящий, была изучена информация по грузовым беспилотным воздушным суднами с целью применения их для эвакуации пострадавших при различных ЧС.
Грузовые дроны не являются экзотикой, их используют для решения различных задач. Широкое применение квадрокоптеры с большой грузоподъемностью на данный момент находят в сельском хозяйстве, в кинематографе. В перспективе они появятся в курьерских службах. Стоимость таких беспилотников достаточно высока, но это необходимо для увеличенной надежности и грузоподъемности.
Главными препятствиями для того, чтобы использовать дроны для чего-то важного в нашей стране являются вовсе не высокая стоимость и затянутая окупаемость проекта. Основные проблемы внедрения - преступность и проблемы законодательной базы. Полноценной законодательной базы коммерческой для передачи грузов при помощи мультикоптеров и прочих беспилотных летательных аппаратов не существует нигде.
Дополнительным ограничением является то, что в отличие от полноразмерных воздушных суден дроны могут летать далеко не на всех территориях. И основным препятствием в этом являются вовсе не объекты общего гражданского пользования, а именно частные охраняемые территории, такие как объекты недвижимости, принадлежащие высокопоставленным чиновникам. Эта проблема усложняется тем, что для подобных летательных аппаратов уже созданы специальные системы, сбивающие курс дрона, перенаправляющие его и ликвидирующие беспилотный объект.
Для разработки есть ряд ограничений, одним из которые является принятый 27 сентября 2019 года в Российской Федерации закон об учете и регистрации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Согласно закону о беспилотных летательных аппаратах, учету подлежат дроны массой от 250 грамм до 30 кг. Беспилотникам разрешено летать на высоте до 150 метров и вдали от людей — на расстоянии от 50 метров.
Беспилотники массой от 30 килограмм нужно регистрировать в том же порядке, что и пилотируемые воздушные суда. За сутки до полета нужно согласовать план передвижения. За два часа до вылета - сообщить о готовности, после взлета - о факте вылета, после приземления - о завершении полета. Полеты возможны только вне диспетчерских зон. Нельзя проводить полеты и съемку в запретных зонах и зонах ограничения полетов.
БПЛА для эвакуации пострадавших из труднодоступных мест может быть использован в медицинских учреждения, в районах с потенциально опасными географическими зонами, подразделениях МЧС и в армейский подразделениях Российской Федерации, что, возможно, нивелирует ограничения недавнего закона.
Грузовые дроны не являются экзотикой, их используют для решения различных задач. Широкое применение квадрокоптеры с большой грузоподъемностью на данный момент находят в сельском хозяйстве, в кинематографе. В перспективе они появятся в курьерских службах. Стоимость таких беспилотников достаточно высока, но это необходимо для увеличенной надежности и грузоподъемности.
Главными препятствиями для того, чтобы использовать дроны для чего-то важного в нашей стране являются вовсе не высокая стоимость и затянутая окупаемость проекта. Основные проблемы внедрения - преступность и проблемы законодательной базы. Полноценной законодательной базы коммерческой для передачи грузов при помощи мультикоптеров и прочих беспилотных летательных аппаратов не существует нигде.
Дополнительным ограничением является то, что в отличие от полноразмерных воздушных суден дроны могут летать далеко не на всех территориях. И основным препятствием в этом являются вовсе не объекты общего гражданского пользования, а именно частные охраняемые территории, такие как объекты недвижимости, принадлежащие высокопоставленным чиновникам. Эта проблема усложняется тем, что для подобных летательных аппаратов уже созданы специальные системы, сбивающие курс дрона, перенаправляющие его и ликвидирующие беспилотный объект.
Для разработки есть ряд ограничений, одним из которые является принятый 27 сентября 2019 года в Российской Федерации закон об учете и регистрации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Согласно закону о беспилотных летательных аппаратах, учету подлежат дроны массой от 250 грамм до 30 кг. Беспилотникам разрешено летать на высоте до 150 метров и вдали от людей — на расстоянии от 50 метров.
Беспилотники массой от 30 килограмм нужно регистрировать в том же порядке, что и пилотируемые воздушные суда. За сутки до полета нужно согласовать план передвижения. За два часа до вылета - сообщить о готовности, после взлета - о факте вылета, после приземления - о завершении полета. Полеты возможны только вне диспетчерских зон. Нельзя проводить полеты и съемку в запретных зонах и зонах ограничения полетов.
БПЛА для эвакуации пострадавших из труднодоступных мест может быть использован в медицинских учреждения, в районах с потенциально опасными географическими зонами, подразделениях МЧС и в армейский подразделениях Российской Федерации, что, возможно, нивелирует ограничения недавнего закона.