Научный подход: в Петрозаводске создают беспилотник с нейросетью для обнаружения лесных пожаров

Группа ученых Петрозаводского госуниверситета под руководством доктора технических наук Павла Будника занята созданием беспилотника для оперативного обнаружения участков горящих лесов. Особенностью летательного аппарата является его гибридная конструкция: он передвигается по воздуху, как самолет; но при этом взлет и посадку совершает вертикально, как дрон. Поэтому он достаточно быстрый и не нуждается во взлетной полосе. Разработчики карельского беспилотника победили в конкурсе научных проектов и получили грант главы Карелии в размере 1,6 млн рублей.

Доктор технических наук Института лесных, горных и строительных наук Павел Будник. Фото: «Республика» / Оксана Кудряшова

Задача беспилотника — в ходе воздушного мониторинга распознать лесной пожар и оповестить об этом оператора. Разработчики приняли решение создать гибридную модель, которая была бы максимально адаптирована к карельским реалиям. За один вылет аппарат должен обследовать сотни гектаров леса. Стандартный «дрон-вертолет» подходил для таких задач только отчасти, поскольку на одной батарее он может меньшее расстояние. Летательный аппарат самолетного типа способен охватить более значительную территорию за один рейс, однако ему требуется площадка для разгона и взлета. Найти же взлетную полосу в лесах зачастую проблематично. Таким образом, ученые пришли к выводу о необходимости создать гибрид, который объединял бы в себе преимущества моделей самолетного типа и взлетно-посадочные характеристики базового дрона. Новый беспилотник должен взлетать вертикально вверх в густом лесу и так же садиться и при этом иметь крылья как у самолета, чтобы планировать, экономя заряд батареи. Беспилотник ставится вертикально винтами вверх, взлетает, затем поворачивается горизонтально и летит уже в самолетном режиме. Перед посадкой аппарат вновь принимает вертикальное положение.

Всю работу по проекту и сборке беспилотника выполнили представители команды ПетрГУ. Инженеры создали 3D-модель, собрали фюзеляж будущего летательного аппарата. Электронику мастера использовали импортную.

«Существуют на международном уровне аналоги. Такую компоновку, которую вы здесь видите, на самом-то деле мы подсмотрели у наших конкурентов. Правда, какой-либо литературы, конструкторской документации, естественно, у нас не было. И нам пришлось самим потихоньку доходить своим умом до вот этой конструкции», — заявил доктор технических наук Института лесных, горных и строительных наук Павел Будник.

Доктор технических наук Института лесных, горных и строительных наук Павел Будник. Фото: «Республика» / Оксана Кудряшова

Находящийся в полете аппарат будет фиксировать «картинку», обрабатывать которую будет самообучающаяся нейросеть. Ее разработала команда петрозаводских ученых в университете. Авторы проекта прорабатывают два способа определения возгораний. В первом случае предполагается использовать тепловизор. «Летит дрон. Тепловизором снимает картинку, и эта картинка обрабатывается нейронной сетью. Модель определяет цвет пикселей и на основании алгоритма «догадывается» — это что-то иное или это действительно пожар», — пояснил суть работы системы Павел Будник. Второй вариант предусматривает съемку стандартной камерой с последующим анализом кадров с помощью нейросети. При этом ученые не исключают, что им придется использовать и тепловизор, и камеру одновременно для большей надежности мониторинга.

Сейчас для авиапатрулирования в Карелии используются шесть небольших самолетов. Помимо пилота в кабине сидит наблюдатель, который фиксирует карту пожаров и передает ее диспетчеру на земле.

Авторы проекта также намерены автоматизировать систему запуска беспилотника. В настоящее время аппаратом с помощью пульта управляет пилот. В перспективе разработчики намерены заменить человека программой для самостоятельного старта дрона. «Он  в автоматическом режиме будет подниматься. Дальше ему будет подгружаться задание. То есть не оператор будет управлять, а он сам вылетает в лес, делает какой-то маршрут. Отснимет все и возвращается к оператору», — заявил Павел Будник.

Разработчики намерены добиться 40-минутной продолжительности одного полета своего беспилотника. По словам авторов проекта, было бы идеальным поднимать аппарат в воздух на несколько часов, однако ученые технически  ограничены ресурсом аккумуляторных батарей. Но и за отведенный 40-минутный отрезок времени беспилотник сможет пройти расстояние большее, нежели стандартный дрон, поскольку летит на порядок быстрее. Еще одной трудностью, с которой могут столкнуться разработчики, является слабое покрытие мобильной связью лесных территорий региона: связь необходима для оперативной передачи данных от беспилотника к оператору.

Сейчас разработчики протестировали взлет и посадку модели-прототипа. Сам будущий беспилотник будет существенно больше, на его борту предстоит закрепить оборудование для мониторинга. Итоговые испытания запланированы на осень. Проект не ставит задачей выпуск беспилотника в серийное производство, ученые работают над первым полностью функциональным образцом — необходимо, чтобы аппарат успешно полетел и смог распознавать возгорания.

Доктор технических наук Института лесных, горных и строительных наук Павел Будник. Фото: «Республика» / Оксана Кудряшова

«Надо понимать, что у нас в университете нет специальности или факультета, где бы занимались подготовкой инженеров, занимающихся разработкой авиатехники. То есть для нашего университета — это вообще что-то новое. Фактически мы закладываем сейчас некоторую основу. И, может быть, в дальнейшем у нас будет здесь специальность, связанная с этим», — считает Павел Будник.