کاربردهای پهپاد

پهپادها نقش مهمی در ماموریت های نظارتی نظامی ایفا می کنند. چندین کشور پهپاد را در برنامه استراتژیک دفاعی خود اضافه کرده اند. کشورها از این ماشین‌های روباتیک پرنده برای شناسایی دشمن، مبارزه با شکار غیرقانونی ، کنترل مرزها و نظارت دریایی خطوط حیاتی دریایی استفاده می‌کنند. پهپادهای ارزان قیمت، قابل اعتماد و همه کاره در حال حاضر سهم قابل توجهی در نظارت هوایی، نظارت و بررسی هر منطقه خاص برای جلوگیری از هرگونه فعالیت غیرقانونی دارند. به عنوان مثال، نظارت بر هر تهدیدی را می توان از طریق هواپیماهای بدون سرنشین شناسایی کرد و می توان از آنها برای نظارت بر هرگونه فعالیت حرکتی در هر منطقه محدود استفاده کرد. پهپاد می تواند این خدمات را با تشخیص هشدار خودکار با حداقل تلاش دستی ارائه دهد.

در صورت وقوع بلایای طبیعی یا مصنوعی مانند حملات تروریستی، سونامی و سیل، پهپادها می‌توانند به مکان‌های کامیون‌هایی که برای فعالیت‌های سرنشین دار خطرناک هستند، دسترسی پیدا کنند. این بلایا می تواند به زیرساخت های مخابراتی، حمل و نقل، برق و آب آسیب جدی وارد کند. پهپادها می توانند به جمع آوری اطلاعات، نیاز به راه حل های سریع و هدایت زباله ها کمک کنند. رادارها، حسگرها و دوربین‌های با کیفیت بالا که در پهپادها تعبیه شده‌اند می‌توانند به تیم‌های امداد کمک کنند تا آسیب را شناسایی کرده و بلافاصله عملیات بازیابی را آغاز کنند و منابعی مانند کیت‌های پزشکی کمک‌های اولیه و هلیکوپترهای سرنشین دار را ارسال کنند. پهپادها می توانند در یافتن برآورد به موقع بلایا، ارائه هشدارهای بلایا و کمک به یافتن اقدامات متقابل کارآمد کمک کنند. در صورت وقوع آتش سوزی، گروهی از پهپادهای حاوی کپسول های آتش نشانی می توانند هر منطقه را بدون به خطر انداختن جان انسان ها رصد، بررسی و ردیابی کنند. بنابراین، پهپادها می توانند بدون به خطر انداختن ایمنی و امنیت پرسنل درگیر، به پوشش بلادرنگ مناطق بزرگ کمک کنند. هشدار اولیه از طریق پهپادها می تواند به نجات انسان ها و حیات وحش در معرض خطر کمک کند.

در حال حاضر، فناوری هواپیماهای بدون سرنشین آماتور برای به دست آوردن داده های تصویری با وضوح بالا از مناطق دور افتاده، جزایر، قله کوه ها و خطوط ساحلی استفاده شده است. فناوری پهپاد شکاف بین داده های سنجش از دور هوابرد، فضابرد و زمینی را پر می کند. ویژگی های کم هزینه و سبک وزن پهپادها از رصد با کیفیت با وضوح زمانی و مکانی بالا پشتیبانی می کند. قابلیت‌های سنجش از راه دور پهپادها می‌تواند در تشخیص بیماری، پایش کیفیت آب، پایش خشکسالی ، نفت و گاز، تخمین عملکرد، مدل‌سازی هیدرولوژیکی، حفاظت از تنوع زیستی، بررسی بلایای زمین‌شناسی، بررسی زمین، نقشه‌برداری جنگل و پایش محصول پشتیبانی کند. این فناوری همچنین می تواند برای نقشه برداری جمعی و ایجاد نقشه های محیطی سه بعدی استفاده شود و به بخشی فعال باستان شناسی و کارتوگرافی تبدیل شده است. پهپادهای مقرون به صرفه می‌توانند به ارائه آخرین داده‌هایی که می‌توانند با بودجه برنامه‌ریزی زمین بدون اتکا به منابع نقشه‌برداری منسوخ مطابقت داشته باشند، کمک کنند. پهپادهای اعمال شده برای سنجش از دور برای کاربردهای مختلف نشان داده شده است شکل 1 نشان داده شده است .

پهپادها در سناریوهای حیاتی مانند مدیریت بلایای طبیعی، عملیات نجات و امنیت عمومی از اهمیت محوری در نظر گرفته می شوند. پهپادها می توانند با ارائه داده های تصاویر لحظه ای از مکان های مورد نظر، در نیروی انسانی، منابع و زمان زیادی صرفه جویی کنند. در نتیجه، یک تیم SAR می‌تواند به موقع تشخیص دهد و تصمیم بگیرد که در کجا به کمک فوری نیاز است. پهپادها می‌توانند عملیات SAR را در موقعیت‌های فاجعه‌بار مانند افراد گمشده، ریزش بهمن، آتش‌سوزی و نفوذ گازهای سمی سرعت بخشند. به عنوان مثال، پهپادها را می توان برای ردیابی کوهنوردانی که در طول هر ماموریتی گم شده اند یا محافظت از جان انسان هایی که در هر بیابان یا جنگل دور افتاده از دست داده اند استفاده کرد. بنابراین، پهپادها می توانند در ردیابی قربانیان ناگوار یا هر زمین چالش برانگیز یا شرایط سخت جوی کمک کنند. پهپادها می توانند قبل از ورود هر آمبولانس یا تیم پزشکی، تجهیزات پزشکی لازم را فراهم کنند. پهپادها را می‌توان به کیت‌های پزشکی، جلیقه نجات و مواد غذایی برای مناطق آسیب‌دیده و مکان‌های دورافتاده مجهز کرد. این گونه پهپادها می توانند قبل از رسیدن گروه های نجات، پارچه، آب و اقلام مورد نیاز را در اختیار انسان های سرگردان در مناطق غیرقابل دسترس قرار دهند.

نقشه برداری به عنوان ساخته شده، نظارت بر ساخت و ساز و بازرسی سایت از طریق پهپادها کارآمد، آسان و سریع شده است. نظارت بر پروژه های ساختمانی از ابتدا تا انتها پیشرفت با کیفیت کار سایت را تضمین می کند. این می تواند گزارش هایی حاوی تصاویر، ویدئو و نقشه های سه بعدی را به ذینفعان بالقوه ارائه دهد. این فناوری می تواند به طور قابل توجهی از زیرساخت ها و برنامه های بازرسی ساخت و ساز پشتیبانی کند. علاقه به سرعت در حال گسترش در پهپادهای مورد استفاده برای بازرسی برج های GSM، نظارت بر خط لوله گاز، بازرسی خطوط برق و نظارت بر پروژه های ساختمانی وجود دارد  .

پهپادها را می‌توان در کشاورزی دقیق برای جمع‌آوری داده‌ها از حسگرهای زمین (کیفیت آب، خواص خاک، رطوبت و غیره)، سمپاشی آفت‌کش‌ها، تشخیص بیماری، برنامه‌ریزی آبیاری، تشخیص علف‌های هرز و نظارت و مدیریت محصول استفاده کرد. ادغام پهپادها در کشاورزی دقیق یک فناوری صرفه جویی در زمان و مقرون به صرفه است که می تواند سودآوری، بهره وری و عملکرد محصول را در سیستم های کشاورزی افزایش دهد. علاوه بر این، پهپادها به آسیب آفات، پایش علف‌های هرز، سمپاشی شیمیایی و مدیریت کشاورزی کمک می‌کنند و در نتیجه عملکرد بهتری از محصولات را برای برآوردن نیازهای تولیدی خاص انجام می‌دهند. پهپادها به همراه سنجش از راه دور می توانند یک تغییر دهنده بازی برای کشاورزی دقیق باشند. وضوح زمانی، مکانی و طیفی را ارائه می دهد، اما همچنین می تواند مشاهدات چند زاویه ای و داده های دقیق ارتفاع پوشش گیاهی را ارائه دهد. پهپادها با انجام نقشه‌برداری هوشمند هوایی می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر صنعت کشاورزی بگذارند. پهپادهای مجهز به حسگرهای مناسب و دوربین های مناسب می توانند سلامت محصولات را از نظر ضخامت برگ، آلاینده های خارجی، سطح کلروفیل و دما کنترل کنند. . در رفر، WH Maes و همکاران. به طور خلاصه پیشرفت سنجش از دور با پهپادها در ارزیابی قدرت رشد، وضعیت مواد مغذی، پاتوژن ها و تشخیص علف های هرز و تنش خشکی مورد بحث قرار گرفت. در آینده، تکنیک‌های پردازش تصویر را می‌توان برای بررسی بیماری‌های گیاهان و سایر صفات از تصاویر با وضوح بالا ثبت شده توسط پهپاد استفاده کرد.

سیستم نظارت بر ترافیک جاده ای (RTM) حوزه ای را تشکیل می دهد که در آن ادغام پهپادها توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در RTM، اتوماسیون کامل بخش حمل و نقل را می توان از طریق پهپادها به دست آورد. این شامل اتوماسیون تیم های نجات، نقشه برداران جاده، پلیس راهنمایی و رانندگی و تیم های پشتیبانی میدانی خواهد بود. پهپادهای قابل اعتماد و هوشمند می توانند در اتوماسیون این عناصر کمک کنند. پهپادها به عنوان ابزارهای نویدبخش جدیدی برای جمع آوری داده ها در مورد شرایط ترافیکی در بزرگراه ها ظاهر شده اند. برخلاف دستگاه‌های نظارتی مرسوم مانند حسگرهای مایکروویو، دوربین‌های ویدئویی نظارتی و آشکارسازهای حلقه، هواپیماهای بدون سرنشین مقرون‌به‌صرفه می‌توانند بخش‌های بزرگ جاده را رصد کنند  . نمای کلی خدمات پهپاد در بزرگراه در شکل 2 ارائه شده است . . پهپادها را می‌توان توسط پلیس محلی اداره کرد تا دید دقیقی از تصادفات جاده‌ای یا سرکوب گسترده امنیتی در مورد فعالیت‌های مجرمانه بزرگراه مانند سرقت خودرو داشته باشد. کاربردهای دیگر عبارتند از شناسایی وسیله نقلیه، یورش به وسایل نقلیه مشکوک، تعقیب سارقان مسلح و هواپیماربایان یا هرکسی که قوانین راهنمایی و رانندگی را نقض کند. همچنین می تواند سرعت بیش از حد خودرو، تصادفات را تشخیص دهد و به جلوگیری از ترافیک و ازدحام انبوه کمک کند.

از پهپادها می توان برای نظارت بر شرایط جاده مانند نشان دادن هرگونه ترک و هشدار اولیه برای جلوگیری از تصادفات احتمالی و کاهش خسارات استفاده کرد. در حال حاضر نظارت و بازرسی جاده ها از طریق خودروهای سرنشین دار انجام می شود و سطح اتوماسیون آن باید ارتقا یابد. ادغام فناوری بازرسی جاده و پهپادها می تواند به میزان قابل توجهی خسارات جاده را کاهش دهد. علاوه بر این، الگوریتم‌های تشخیص هدف را می‌توان بر روی تصاویر ترک‌های جاده‌ای که از پهپادها گرفته شده است، برای تشخیص مؤثر پیاده‌سازی کرد.

یکی دیگر از حوزه های تحقیقاتی در حال ظهور، استفاده از پهپادها برای احیای خودکار جنگل ها (AFR) است. پهپادها می توانند برای کمک به چندین کار مورد نیاز برای اجرای احیای جنگل مانند بررسی سایت، استراتژی احیا، زیرساخت سایت، تامین بذر، مدیریت سایت (کوددهی و وجین و غیره) و بررسی تنوع زیستی پس از مداخلات بازسازی  مستقر شوند . فن‌آوری‌های موجود مانند موقعیت‌یابی و سنسورهای تصویربرداری به پهپادها کمک می‌کنند تا وظایف خاصی از جمله بررسی‌های ابتدایی سایت پیش از بازسازی و نظارت بر چندین جنبه از بازیابی تنوع زیستی را انجام دهند. پهپادها می‌توانند تغییرات آب و هوا، ترکیب اکوسیستم، و عملکرد جنگل‌ها و همچنین پشتیبانی از بازرسی احیای جنگل را نظارت کنند . دوربین های با وضوح بالا نصب شده در پهپادها می توانند داده های مناسبی را در مورد اکوسیستم های جنگلی برای کمک به پروژه های احیای جنگل ارائه دهند. وضوح کافی دوربین های پهپاد به دلیل سهولت در دستیابی به داده ها و تطبیق پذیری می تواند از توصیف و تجزیه و تحلیل مناطق جنگلی پشتیبانی کند. علاوه بر این، حسگرهای نوری نصب شده در پهپادها نیز برای دستیابی به ویژگی‌های هندسی جنگل‌ها مانند قطر تاج و ارتفاع استفاده می‌شوند.  . به طور مشابه، عملیات سنجش از راه دور از پهپادها نیز جایگزین قابل اعتماد و کارآمدی برای اقدامات سنتی جنگل هستند.

تشخیص و پیشگیری از خطاهای خطوط برق برای در دسترس بودن و قابل اطمینان بودن منبع برق بسیار مهم است. معایب تکنیک های سنتی شامل هزینه بالا، استقرار دست و پاگیر و خطرات خطرناک است. بنابراین، بازرسی خطوط انتقال و توزیع خطوط برق به کمک پهپاد همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ، مورد توجه محققین قرار گرفته است. بازرسی خطوط برق همچنین به ایمنی شبکه انتقال نیرو اشاره دارد. پهپاد مجهز به دوربین دیجیتال برای گرفتن تصاویر از راهروهای خطوط برق یک رویکرد مناسب برای پشتیبانی از این وظایف بازرسی است . از پهپادها می توان برای ردیابی دکل های برق برای پیچ های آسیب دیده، خوردگی یا زنگ زدگی و برخورد صاعقه استفاده کرد. اتصال کوتاه این خطوط برق معمولاً به دلیل شرایط آب و هوایی سخت، آتش سوزی بوته ها و سقوط درختان اتفاق می افتد. در یک مطالعه اخیر  ، محققین نصب پهپادها در خطوط برق هوایی را برای شناسایی عیوب مورد بحث قرار دادند. هم از پهپادها و هم از روبات های کوهنوردی می توان برای مکان یابی گسل ها استفاده کرد. پهپادها می توانند این عملیات بازرسی را با هزینه کمتری نسبت به هلیکوپترها و ریسک پایین مربوط به گشت پیاده معمولی انجام دهند. در میان پهپادهای مختلف، پهپادهای بال ثابت که می توانند سریعتر و بالاتر پرواز کنند، بیشتر برای بازرسی خشن و نظارت بر پوشش گیاهی ترجیح داده می شوند. در مقابل، پهپادهای چند روتوری برای گرفتن تصاویر با معلق ماندن در هوا در موقعیت نزدیک‌تر به اجسام استفاده می‌شوند. پهپادهای مولتی روتور به دلیل قابلیت مانور سه بعدی بالا مناسب هستند. علیرغم این پتانسیل ها، استفاده از پهپاد چند روتوری در یک محیط محدود یا پیچیده برای طرح و خلبان ماموریت خود مختار چالش برانگیز است. در آینده، الگوریتم‌های جمع‌آوری، اشتراک‌گذاری و پردازش داده‌های پیشرفته باید برای شبکه پهپادهای مشارکتی برای پشتیبانی از بازرسی‌های قابل اعتماد، کارآمد و سریع‌تر مورد بررسی قرار گیرد.