Spis treści:
Globalny rynek komercyjnych statków bezzałogowych znacznie wzrósł w ciągu ostatniej dekady i oczekuje się, że wzrośnie z 17,8 mld. USD w 2019 roku do 46,4 mld. USD w 2025 roku. Według obliczeń portalu droneii.com liczba funkcjonalnych samolotów bezzałogowych wzrośnie z 12,2 mln w zeszłym roku do ponad 18,1 mln w roku 2025.
Doświadczenia z ostatnich lat skłaniają do poszukiwania rozwiązań dla użytkowników samolotów bezzałogowych i ruchu drogowego, zwłaszcza w miastach. Szybki postęp technologiczny w zakresie napędów, czujników, systemów nawigacji i naprowadzania doprowadził do powstania niezawodnych platform UAV. Technologia dronów zyskała szersze zastosowanie, a pozyskiwane przez nie dane i przesyłane przez nie obrazy wideo mnożą się jeszcze bardziej, niż mnożyły się w ciągu ostatniej dekady. Drony rozweselają nad szkołami podczas apeli, latają z paczkami, filmują weselników, szukają w podczerwieni.
Przemysł dronowy wymaga nie tylko szybkiego transferu danych z drona do komputera lub do programu do przetwarzania w chmurze w celu skrócenia czasu przetwarzania danych, ale również połączenia o małym opóźnieniu do podglądu lub transmisji strumieniowej na żywo.
Przy omawianiu kwestii łączności mobilnej bodaj największym błędem byłoby odwrócić się od tematu sieci 5G, który porywa debatę publiczną i ożywia umysły coraz bardziej.
Obecne sieci komórkowe są w stanie obsłużyć drony w przestrzeni powietrznej na niskich wysokościach, co wydaje się być idealnym rozwiązaniem, ponieważ drony latają raczej nisko. Zasięg nad budynkami czy drzewami jest w znacznej większości przypadków bardzo dobry.
Konkretne ulepszenia wydajności mogą zoptymalizować łączność 4G lub 5G w kierunku bardziej efektywnej i wydajnej łączności dla statków bezzałogowych przy jednoczesnym zachowaniu wydajności urządzeń mobilnych na ziemi. Zasadniczo istnieją trzy główne potrzeby w zakresie łączności z dronami za pomocą danych z komórek 5G:
- UTM,
- lotów BVLOS,
- transmisji danych z czujników.
Kontrola ruchu i drony. Czym jest UTM?
Jednym z największych wyzwań w najbliższej przyszłości w systemie dronów jest zarówno regulacja samego ruchu dronów, jak i jego integracja z lotnictwem załogowym. Duża liczba bezzałogowych samolotów już dziś przemieszcza się w przestrzeni powietrznej i jak już wspomnieliśmy liczba ta będzie rosnąć. W celu dalszego wykorzystania potencjału bezzałogowych samolotów i umożliwienia im obiecujących zastosowań ważne jest znalezienie sprawiedliwego i ustrukturyzowanego rozwiązania, które regulowałoby ruch bezzałogowy i integrowało go z tym, co po niebie lata od czasów braci Wright. Z pomocą przychodzi UTM – Unmanned Aircraft Systems Traffic Management. Różne podmioty (m.in. władze w USA, NASA, Airbus) zainicjowały programy mające na celu określenie zasad eksploatacji bezzałogowych samolotów dążąc do rozwiązania kwestii bezpieczeństwa związanych z wykorzystaniem komercyjnym. Najogólniej mówiąc – chodzi o wprowadzenie systemów zarządzania ruchem lotniczym na dronach podobnych do systemów kontroli ruchu w lotnictwie załogowym.
System zarządzania ruchem bezzałogowych statków powietrznych (UTM) w USA jest systemem zdefiniowanym przez FAA (Federalna Administracja Lotnictwa, ang. Federal Aviation Administration – organ nadzoru lotniczego). W Polsce starania o ujednolicenie prowadzi Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju oraz podległa jej PAŻP (Polska Agencja Żeglugi Powietrznej).
Co to jest 5G, a także: 4G vs 5G
5G to piąta generacja sieci komórkowych przynosząca nowe możliwości dla ludzi i przedsiębiorstw. 5G działa na tych samych częstotliwościach radiowych, które są obecnie używane w smartfonach, sieciach Wi-Fi i w komunikacji satelitarnej. A czym 5G różni się od 4G? Lub: gdzie? Przede wszystkim w prędkościach przesyłu danych – 4G pozwala na osiągnięcie 300 Mb/s, zaś 5G, ma pozwolić na 20 Gb/s.
Podobna koncepcja zwana U-Space jest opracowywana w ramach wspólnego projektu Unii Europejskiej. Ze względu na (przyszły) zasięg, globalnie znormalizowaną technologię, wysoko rozwiniętą pojemność, możliwości oraz ustalone procedury dla użytkowników, to sieci komórkowe są kandydatami do stworzenia kontrolowanego systemu do obsługi dronów.
Flying Beyond Line of Sight (BVLOS), czyli na koniec świata i jeszcze dalej
Jak wysoko można wzlecieć dronem? Teoretycznie nie powinniśmy latać wyżej niż 150 metrów nad ziemią – tam już poruszają się inne statki. Przegląd prawodawstwa w tym zakresie nie jest celem artykułu i wymagałby przytoczenia Wam chrestomatii aktów prawnych i przynajmniej przyjrzenia się, jak wygląda to nie tylko w Polsce, ale i w całej Europie.
Ważna będzie dla nas inna kontrola – dron powinien znajdować się w zasięgu wzroku ludzkiego pilota, który znajduje się na ziemi. Obecnie systemy zdalnego sterowania radiowego dronów bazują na określonych połączeniach radiowych lub Wi-Fi o ograniczonym zasięgu. Zwykle jest to poniżej 3-5 km. Drony mogą być też zaprogramowane i odlatują wówczas z określonych punktów trasy. Nowa sieć może zapewnić połączenia na nieograniczone odległości pod warunkiem, że dron ma zasięg sieci komórkowej i może być sterowany z praktycznie dowolnego miejsca na świecie.
Przesył danych dronów. Transmisja z czujników
W przypadku niektórych zastosowań dronów ważne jest, aby dane były przekazywane do stacji naziemnych ponad stacją zdalnej kontroli pilota. Może to być użyteczne z powodu np. transmisji na żywo z kamery drona lub oszczędności czasu na przetwarzanie danych. Ponieważ często jest to duża ilość danych, wymagane jest połączenie danych o dużej i szybkiej przepustowości – odpowiedni bandwidth mógłby zapewnić stabilny zasięg sieci 5G.
Świadomość wyzwania
Jakkolwiek brzmi to optymistycznie i futurystycznie zarazem, tak istnieją znaczące przeszkody na drodze do upowszechnienia się jednolitych standardów autonomicznych pojazdów powietrznych. Stoi przed nami wiele pytań, między innymi:
- Jak zastosowania różnych rodzajów dronów wpływają na optymalizację standardów?
- Jak zwiększyć zasięg sieci i uzyskać jej stabilność?
Różne zastosowania UAV
Łączność dronów jest tradycyjnie uważana za bezpośrednią, punktową komunikację między stacją naziemną/operatorem a samym pojazdem. Mimo, że komunikacja jest szerokim tematem, możemy sklasyfikować łączność z pojazdem powietrznym jako dwa rodzaje: łączność bez ładunku (CNPC) oraz łączność ładunkową (PC).
CNPC jest dedykowanym łączem dwukierunkowym, które umożliwia przesyłanie krytycznych danych misji pomiędzy pojazdem a stacją naziemną/operatorem. Zapewnia ono użyteczną i bezpieczną eksploatację, gwarantując zdalne monitorowanie, kontrolę i w razie konieczności interwencję.
Z drugiej strony łączność ładunkowa jest często realizowana jako łącze jednokierunkowe, które przekazuje dane specyficzne dla danego zastosowania z drona na ziemię. Ponieważ łączność ładunkowa ułatwia przesyłanie wysokiej jakości i dużych danych ładunkowych (payload data), takich jak obraz HD w czasie rzeczywistym, dane termiczne, dane w podczerwieni lub dane wideo o wielu częstotliwościach, wymaga znacznie większej przepustowości w porównaniu z CNPC.
Ze względu na rozmiary od kilku centymetrów do kilkudziesięciu metrów i dużą różnorodność konfiguracji, takich jak skrzydło obrotowe, skrzydło stałe, wielowirnikowe i wiele innych, pojazdy te są wykorzystywane do różnych zastosowań. Poza różnicą pomiędzy wymaganiami PC i CNPC, aby spełnić te różne przypadki zastosowania, muszą istnieć liczne indywidualne kombinacje ustawień parametrów łączności.
Zasięg komórkowy
Dla bezpiecznego i efektywnego wykorzystania samolotów bezzałogowych, z jednej strony, musi być zapewniony kompleksowy zasięg sieci. Według pomiarów przeprowadzonych przez OpenSignal.com, Korea Południowa ma 97,5% pokrycia zasięgiem 4G, następna jest Japonia z 94,7%. Inne kraje wiodące w branży dronów, takie jak Francja czy Niemcy, nadal muszą rozbudowywać swoją infrastrukturę komórkową, ponieważ ich zasięg wynosi odpowiednio 68,3 i 65,7%. Należy opracować rozwiązania, które umożliwią radzenie sobie z sytuacjami, w których drony tracą łączność przez sieci komórkowe. Inną ważną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę, jest fakt, że większość sieci komórkowych jest zaprojektowana w taki sposób, aby zapewnić jak najlepszy zasięg na poziomie naziemnym. Należy przeanalizować i zagwarantować dostępność zasięgu i przepustowości aż do dolnej części przestrzeni powietrznej.
Wiążę się to jeszcze bezpośrednio z problemem takim jak…
Stabilność sieci
Sieć komórkowa nie tylko musi mieć dobry zasięg, ale także musi być stabilna. Oznacza to, że przy zwiększonych możliwościach przesyłu danych, jakie daje 5G, musi być zapewniona wystarczająca przepustowość, aby dron nie tracił stale połączenia lub by mógł nadawać na żywo wideo w wysokiej jakości. Stabilna sieć, wraz z szerokim zasięgiem sieci, zapewnia również nieprzerwane połączenie drona. Jaki będzie z tego pożytek, jeśli nasz UAV będzie stale tracił sieć albo pasmo będzie miało niewystarczającą przepustowość, aby przesyłać obraz z kamery na żywo?
Co dobrego wyniknie z 5G?
Szybka sieć komórkowa może być rozwiązaniem co najmniej kilku problemów, z którymi musi się zmierzyć ogólnie rozumiana branża dronów. Nadal muszą być jednak w pełni zintegrowane z ekosystemem. Wszystkie drony muszą być wyposażone w mobilne moduły komunikacyjne, a infrastruktura 5G musi być dostępna. Kropka. Chociaż technologia ta przynosi ogromne korzyści, należy jednak wziąć pod uwagę, że nie ma gwarancji stuprocentowego zasięgu i szerokości pasma. Konieczne są dalsze testy.
Obecnie sieci komórkowe są projektowane i optymalizowane pod kątem obsługi użytkowników na poziomie ziemi. Z pewnością pojawią się jeszcze nowe, specyficzne wyzwania dla dronów działających jako mobilne terminale w przestrzeni powietrznej. Wdrożenie 5G przyniesie ze sobą zupełnie nową infrastrukturę. Odmieni ona nie tylko życie codzienne przeciętnych internautów, ale i tych nieco bardziej wyspecjalizowanych, którzy korzystają z rozwoju IoT (Internet Rzeczy, ang. Internet of Things).
A w kontekście sztucznej inteligencji? Być może to kolejny wielki krok w kierunku inteligentnych miast, wirtualnej rzeczywistości i kolejnej rewolucji informacyjnej.
