زیرساخت های سامانه پهبادی

معرفی

دراین نوشته به مهمترین قابلیت ها و پیش نیاز های مکانیابی زیرساخت های یک شبکه پهبادی و همچنین امکانات مورد نیاز برای راه اندازی این سامانه پرداخته ایم. در این نوشته سعی کردیم بطور خلاصه بخش های مختلف یک سامانه و عملکرد هرکدام را معرفی و روش هایی را برای مطالعه این موارد ارائه کنیم. راه اندازی این سامانه پهبادی در مناطق مختلف می تواند از نظر هزینه فایده، صرفه اقتصادی قابل توجهی برای مدیران محلی و جوامع ایجاد نماید. این شبکه پهبادی می تواند از حجم ترافیک و خطرات و معضلات آن بکاهد و همچنین نقش مهمی در کاهش هزینه های تعمیر جاده ها و زیرساخت های آسفالتی داشته باشد.

نویسنده : دکتر محمدعلی نظام محله

برای فعال کردن مقیاس‌پذیری فناوری پهپاد (Drone)، جوامع به زیرساخت‌های قوی و جامعی نیاز دارند که اجزای کلیدی مختلفی را در بر می‌گیرد. یکی از اولویت‌های اصلی یک سامانه پهبادی، یک شبکه خوب طراحی شده و توسعه سیستم‌های ارتباطی، از جمله ارتباطات بی‌سیم قابل اعتماد و سیستم‌های مدیریت ترافیک هوایی اختصاصی (UTM) برای اطمینان از ارتباط و هماهنگی یکپارچه بین پهپادها و اپراتورها است. این سامانه ها نیاز مند راه اندازی یک بستر اطلاعات جغرافیایی با فناوری GIS است که موقعیت مکانی UTM تمام تاسیسات و تجهیزات تعریف شده و از قبل براساس معیارهای مختلف مکان مناسب آنها مکانیابی شده باشد.

جوامع برای پشتیبانی از عملکرد خودکار پهپادها و فعال کردن عملیات پرواز کارآمد و بدون وقفه، به ایستگاه‌های شارژ استراتژیک و امکانات تعویض باتری نیاز دارند. استقرار پهبادگاه‌های بدون سرنشین در مکان‌های استراتژیک، برخاست، فرود و نگهداری ایمن هواپیماهای بدون سرنشین را تسهیل می‌کند (+). برای اطمینان از ایمنی و امنیت عملیات پهپادها، همچنین به سیستم‌های نظارتی پیشرفته از جمله رادار و فناوری‌های ضد برخورد/تشخیص و اجتناب از آن برای نظارت بر حریم هوایی و جلوگیری از حوادث نیاز داریم.

در ادامه مهمترین بخش های یک سامانه پهبادی آمده است.

سیستم مدیریت ترافیکی

این سیستم به چندین اپراتور هواپیماهای بدون سرنشین اجازه می دهد تا از حریم هوایی عملیاتی مشترک استفاده کنند. اطلاعات ترافیک با استفاده از یک پلت فرم مشترک برای مدیریت جریان ترافیک هواپیماهای بدون سرنشین و رفع تعارض به اشتراک گذاشته می شود.

سیستم های راداری ارتفاع پایین

دسترسی به داده های نظارتی در ارتفاع کم و آب و هوا یکی از اجزای کلیدی ایمنی هر عملیات بندرگاه بدون سرنشین خواهد بود.

سیستم های ارتباطی پیشرفته

پهپادهایی که در ارتفاع کم و در فضای پیچیده هوایی کار می کنند، به یک پلت فرم ارتباطی قابل اعتماد برای کار ایمن و کارآمد نیاز دارند. امکان ادغام چندین حسگر برای اطلاع رسانی به هواپیماهای بدون سرنشین که به طور مستقل کار می کنند تا هواپیماهای دیگر را شناسایی کنند و از حوادث و حوادث جلوگیری کنند.

سیستم های پایش شرایط اتمسفری پایین

در سراسر جهان، شرایط آب و هوایی شدید مانند رعد و برق، بادهای شدید، مه و تگرگ به طور قابل توجهی بر اقتصاد و امنیت عمومی تأثیر می گذارد. تا به امروز، مدل های آب و هوا به دلیل فقدان مشاهدات کافی از لایه مرزی اتمسفر محدود شده اند، که مانع پیش بینی دقیق این پدیده های آب و هوایی محلی می شود. پهپادهای هواشناسی راه حلی برای پر کردن این شکاف داده ارائه می دهند (+).

زیرساخت های شارژ پهباد ها

ایستگاه های شارژ مخصوص پهپادها به سرعت در حال افزایش هستند. این فناوری ها در زمینه های چند پلتفرمی سرمایه‌گذاری می کنند که به مشتریان تجاری و نهادهای دولتی کمک می‌کند تا برنامه‌های هواپیماهای بدون سرنشین (پهباد) خود را پایدار و مطمئن نگه دارند.

تاسیسات و تسهیلات تعمییر و نگهداری پهباد ها راه اندازی پهبادگاه برای فرود پهباد ها

راه اندازی این سامانه نیازمند استفاده از فناوری های سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تشکیل بانک اطلاعات در مرحله قبل از راه اندازی شبکه پهبادی برای مکانیابی تاسیسات و در مرحله بهره برداری برای مدیریت ترافیک است. در اینجا به جز سامانه مدیریت ترافیک پهبادی بعنوان یکی از مهمترین بخش های اصلی پرداخته ایم.

در یک سامانه مدیریت ترافیک پهبادی موقعیت یک پهباد به همراه ترافیک هوایی مجاورت آن نمایش داده می شود. در این زمینه UTM مبنایی است که به پهباد ها این امکان را می دهد فراتر از دید کنترل کننده زمینی و بدون مشکل به پرواز خود ادامه دهند. بنابراین UTM یک مبنای اساسی برای استفاده از پهپادها به روشی معقول اقتصادی با امکان پروازهای فراتر از خط دید خلبان هواپیمای بدون سرنشین ایجاد می کند.

یک مودم LTE، به اصطلاح دستگاه قلاب (HOD) برای مکان یابی پهپاد استفاده می شود. داده های موقعیت، دوربین و سنسور را با استفاده از تلفن همراه منتقل می کند. به همین ترتیب داده های کنترل و ماموریت را دریافت کرده و به سیستم پروازی ارسال می کند. علاوه بر این، HOD سیگنال‌های ترانسپوندر را از طریق ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) و اطلاعات ترافیک و سیستم جلوگیری از برخورد FLARM دریافت می‌کند. در این زمینه شرکت های مهمی فعالیت های زیادی در جهت توسعه این سیستم مدیریت ترافیک انجام داده اند که مهمترین آنها شرکت (DFS and Deutsche Telekom) است.

مهمترین بخش های سامانه مدیریت ترافیک پهبادی عبارتند از:

ژئودیتابیس مرکزی

یک پایگاه داده با تمام UAS های ثبت شده، اپراتورهای هواپیماهای بدون سرنشین (شرکت ها یا افراد)، برنامه های پرواز و اطلاعات جغرافیایی.

چارت ها و کارتوگرافی

نمایش به روز فضای هوایی با توپوگرافی، تصاویر ماهواره ای یا نقشه های شهر و خیابان. علاوه بر این، مناطق پرواز ممنوع، سایر فضاهای هوایی و اطلاعات مرتبط بیشتر را می توان نمایش داد.

سیستم موقعیت یابی و ردگیری مسیرپرواز

پهپادها از سیگنال GPS استفاده می کنند که یک سیگنال فرکانس رادیویی است که توسط ماهواره ها ارسال می شود. این سیگنال حاوی اطلاعات مکان و زمان است. پهپادها همچنین می توانند از سیستم های موقعیت یابی دیگر مانند GLONASS، Galileo یا BeiDou برای دقت بیشتر و پوشش بهتر در مناطق مختلف جهان استفاده کنند. سامانه موقعیت یابی و ردگیری مسیر پرواز برای راه اندازی یک شبکه پهبادی محلی ضروری است.

پردازش اطلاعات ماموریت

موقعیت یابی دقیق، به عنوان مثال توسط تلفن همراه یا ترانسپوندر، و همچنین شناسایی، ردیابی مسیر پرواز مداوم و همجوشی با، از جمله، اطلاعات ارتفاع، سرعت و جهت همه هواپیماها (سرنشین دار و بدون سرنشین).

پردازش دیجیتالی برنامه های پرواز و داده های ماموریت پرواز، از جمله محل برخاستن، زمان برخاستن، مسیر پرواز و محل فرود برنامه ریزی شده. سیستم UTM از این داده ها استفاده می کند تا بررسی کند که آیا برنامه پرواز با تمام قوانین و ساختار فضای هوایی مطابقت دارد یا خیر. در صورت لزوم، برنامه ریزی پرواز با توجه به این شرایط زمانی و جغرافیایی تنظیم می شود.

داده های محیطی

نمایش شرایط آب و هوایی، مانند باد و بارش زمین و همچنین شاخص Kp. شاخص Kp اثر مغناطیسی تابش خورشیدی را اندازه گیری می کند که به نوبه خود می تواند بر اتصال GPS تأثیر بگذارد.

عملکردهای امنیتی

بر اساس داده های جمع آوری شده از توابع قبلی، سیستم UTM می تواند تضادها را در مراحل اولیه شناسایی و نمایش دهد.

برنامه ریزی ماموریت پرواز

بر اساس داده های ماموریت، مانند برنامه ریزی پرواز و درگیری های شناسایی شده، سیستم UTM تعیین می کند که کدام تغییر مسیر پرواز می تواند یک درگیری را حل کند.

تشخیص خودکار و جلوگیری از برخورد

در توسعه آینده، سیستم UTM می تواند دستورات کنترلی را به روشی کاملاً خودکار به پهپاد مورد نظر برای جلوگیری از درگیری ارسال کند.

مدیریت جریان ترافیک هوایی

در آینده، پیش بینی و کنترل جریان ترافیک اوج تمام عملکردهای UTM خواهد بود. می‌توان تصور کرد که درگیری‌های احتمالی و حل مناسب آن‌ها در چنان مراحل اولیه مدیریت می‌شوند که جریان روان ترافیک UAS همیشه تضمین می‌شود.

رابط کاربری

در نهایت، هر کاربر سیستم UTM یک رابط کاربری جداگانه دریافت می کند. HMI (رابط انسان و ماشین) وضعیت هوایی را فراهم می کند که در آن، از جمله موارد دیگر، ترافیک هوایی سرنشین دار و بدون سرنشین بر روی یک نمایشگر نشان داده می شود. این توسط کنترل ترافیک هوایی برای هماهنگی فضای هوایی، توسط مقامات برای رویه های تایید و توسط مقامات ایمنی و سازمان ها برای نظارت بر ترافیک UAS استفاده می شود. خلبان UAS، برای مثال در تلفن هوشمند یا تبلت، یک صفحه نمایش وضعیت هوا را دریافت می کند که ترافیک هوایی در مجاورت نزدیک و همچنین تمام اطلاعات مربوط به پرواز و فضای هوایی را نشان می دهد.