في عالم عمليات الطائرات المسيّرة المتطور باستمرار، يكمن أحد أهم التحديات في الملاحة الآمنة خارج نطاق الرؤية البصرية (BVLOS). يتيح تشغيل هذه الطائرات إمكانيات لا حصر لها للصناعات، ولكنه يُبرز في الوقت نفسه مجموعة من الاعتبارات الحاسمة. وتحتل سلامة الطيران وتخفيف المخاطر مكانة بالغة الأهمية بين هذه الاعتبارات، إذ تُعد سلامة الأفراد والممتلكات والطائرة المسيّرة نفسها أولوية قصوى.
حالياً، معظم عمليات خارج نطاق الرؤية البصرية يتطلب الأمر وجود مراقب بصري يقظ يقوم بمسح السماء بدقة بحثًا عن أي عوائق أو مخاطر محتملة. وفي حال رصد أي منها، يجب عليه إبلاغ قائد الطائرة المسيرة فورًا لإلغاء مهمتها الحالية. لذا، من البديهي مدى خطورة أي خلل في التواصل.
خلال إحدى جلسات NestGen'23تحدثنا إلى دانيال أوشيا، مدير المبيعات العالمية ونجاح العملاء في شركة Iris Automation، وهي شركة متخصصة في إنشاء بيئة طيران خالية من تصادم الطائرات في الجو. تستخدم الشركة تقنية رؤية متطورة تعتمد على الذكاء الاصطناعي للحد من مخاطر التصادمات الجوية، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان عمليات آمنة وقابلة للتوسع وفعالة في مختلف الصناعات.
جدول المحتويات:
- دور المراقبين البصريين في رحلات الطيران خارج نطاق الرؤية البصرية
- ما هو نظام الكشف والتجنب (DAA)؟
- كاسيا جي: نظام الكشف والتنبيه الأرضي من شركة آيريس أوتوميشن
- مزايا كاسيا جي لعمليات الطائرات بدون طيار المستقلة خارج نطاق الرؤية البصرية
- التكامل مع FlytBase لعمليات الطائرات بدون طيار عن بعد الآمنة
- الموافقات على الطيران خارج نطاق الرؤية البصرية مع أنظمة الكشف والتجنب
- الطريق إلى الأمام
دور المراقبين البصريين في رحلات الطيران خارج نطاق الرؤية البصرية
قبل الخوض في تفاصيل الأنواع المختلفة وتقنيات الكشف والتجنب المتاحة، يجب علينا أولاً أن نفهم دور المراقبين البصريين ولماذا هم مطلوبون.
على سبيل المثال، الـ إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) تحدد اللوائح في الولايات المتحدة المتطلبات التشغيلية التي يجب استيفاؤها قبل تشغيل أنظمة الطائرات بدون طيار. ويُشترط وجود مراقب بصري للقيام بالأدوار التالية في جميع عمليات الطائرات بدون طيار التي لا تخضع لإعفاء بموجب الجزء 107.33:
مصدر: https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2022-title14-vol2/pdf/CFR-2022-title14-vol2-sec107-31.pdf
يشرح دان كيف يمكن لهذا النهج الذي يركز على الإنسان أن يكون مكلفاً من حيث الموارد ومحدوداً من حيث المراقبة المستمرة. ويوضح ذلك بالصور التالية:
قد توجد أجسام في منطقة تشغيل الطائرة بدون طيار، مثل طائرة شراعية صغيرة غير متعاونة بدون صوت محرك. قد يكون من الصعب على الإنسان تحديد ذلك بدقة وإبلاغ جهاز التحكم عن بعد. قائد الطائرة (PIC).
ويستشهد دان أيضاً بدراسة أجرتها جامعة إمبري ريدل للطيران بعنوان "الكشف عن احتمالية الاصطدام وتقييمها بين الطائرات وأنظمة الطائرات الصغيرة بدون طيار (sUAS) بواسطة المراقبين البصريين"، والتي تنص على ما يلي:
"خلال 26 من عمليات الاعتراض، بالغ المشاركون في تقدير المدة المتاحة لاعتراض الطائرة بدون طيار..." كانت هذه النتيجة مقلقة إلى حد ما، حيث أن ميل المراقب البصري إلى المبالغة في تقدير وقت الاستجابة المتاح قد يؤدي إلى تأخير المناورات المراوغة أو تجنب الاصطدام.
أكدت دراسة أجريت عام ٢٠٠٩ بشكل قاطع أن المراقبين البصريين كانوا ضعفاء نسبياً في تقدير المسافة والارتفاع بدقة. ويؤكد هذا البحث صحة استنتاج تلك الدراسة. لا ينبغي لمشغلي الطائرات المسيرة الصغيرة الاعتماد على المراقبين البصريين وحدهم لتقديم تقديرات المسافة الفاصلة، حيث تشير البيانات إلى أن قدرة المراقب البصري على تقدير المسافة بدقة ضعيفة للغاية."
مصدر: https://commons.erau.edu/ijaaa/vol4/iss4/4/
{ {guide} }
علاوة على ذلك، مع توسع عمليات الطائرات المسيّرة، تخيّل حجم الموارد والكوادر البشرية اللازمة لمراقبة السماء باستمرار. لذا، من الضروري استخدام التقنيات والابتكارات الحديثة لإجراء عمليات آمنة وفعّالة خارج نطاق الرؤية البصرية، دون الاعتماد على الرؤية البشرية.
إذن، كيف نتصدى لهذا التحدي؟
ويكمن الحل، بحسب دان، في تقنية الكشف والتجنب المدعومة بالذكاء الاصطناعي.
إذن، ما هو نظام الكشف والتجنب (DAA)؟
يُمكّن نظام الكشف والتجنب (DAA) المشغلين من استشعار الطائرات الأخرى والعوائق وتجنبها بشكل مستقل. تستخدم هذه الأنظمة أجهزة استشعار، مثل الرادار والصوت والبصر، للكشف عن العوائق في المجال الجوي وتجنبها.
بفضل تقنية DAA، يمكن للطائرات بدون طيار أن تعمل بأمان خارج نطاق الرؤية البصرية، مما يوسع نطاق قدراتها وتطبيقاتها.
الطائرات المتعاونة وغير المتعاونة
تدعم العديد من أنظمة إدارة الطيران المتاحة في السوق الطائرات التعاونية فقط. تشمل الأنظمة التعاونية الطائرات التي تتوفر بيانات موقعها ومسارها في الوقت الفعلي ويمكن عرضها. يُعدّ دمج الأنظمة التعاونية في مفهوم عملياتك (Conop) مفيدًا ويعزز سلامة عملياتك بشكل عام.
امتلاك A-DSB يُعدّ عرض حركة المرور التعاونية من قِبل جهاز الاستقبال خطوة إيجابية لا تُعيق السلامة. مع ذلك، عند إجراء العمليات على ارتفاعات عالية ولمسافات طويلة، قد لا يوفر الاعتماد على الكشف التعاوني وحده تغطية شاملة.
تشكل الرحلات الجوية غير التعاونية، التي تفتقر إلى مثل هذه الأنظمة، تحدياً.
يشير دان إلى أن "النسبة المئوية الدقيقة للرحلات الجوية غير المتعاونة في مختلف المجالات الجوية يصعب تحديدها، إذ تختلف بين البلدان والمناطق. في حين تشير بعض التقديرات إلى حوالي 15% فيما يخص الرحلات الجوية غير المتعاونة في المجال الجوي الأمريكي، فإن هذا الرقم قد يتقلب بشكل كبير تبعاً للموقع، وقد تشهد بعض المناطق الريفية انتشاراً أكبر لهذه الطائرات. وهذا يؤكد الحاجة الماسة إلى تقنية فعالة للكشف عن هذه الطائرات وتجنبها، مصممة خصيصاً لرصدها.
أنواع أنظمة DAA
رادار: يُعدّ الرادار من أشهر أنواع تقنيات الاستشعار والتجنب. تُصدر أنظمة الرادار موجات راديوية ترتد عن الأجسام في البيئة المحيطة وتعود إلى جهاز الاستقبال. تعمل أنظمة الرادار للكشف والتجنب في جميع الظروف الجوية، إلا أنها تواجه تحدياتٍ منها ارتفاع تكلفة المعدات، وتأثرها بالجسيمات الدقيقة والتشويش على ارتفاعات منخفضة، ومتطلبات الطاقة العالية، والحاجة إلى موافقات تنظيمية إضافية.
الإيجابيات
السلبيات
- على متن السفينة أو على الأرض
- مناسب للاستخدام الليلي وفي جميع الأحوال الجوية
- مدى الكشف من 3 إلى 3.5 كيلومتر
- زاوية سمت 120 درجة، زاوية ارتفاع 45 درجة لكل لوحة
- معروف جيداً لدى الجهات التنظيمية
- باهظ الثمن
- يواجه تحدياً يتمثل في الجسيمات العالقة في الهواء، والتشويش على ارتفاعات منخفضة
- يؤدي انحناء الأرض، بالإضافة إلى العوائق الأرضية، إلى حجب رؤية الطائرات التي تحلق على ارتفاعات منخفضة لمسافات طويلة.
- تكلفة تبديل عالية
- مشاكل القبول العام
- يتطلب الأمر موافقات إضافية من الهيئات التنظيمية مثل إدارة الطيران الفيدرالية في الولايات المتحدة الأمريكية
صوتيتستخدم هذه الأنظمة الميكروفونات للكشف عن صوت الطائرات الأخرى. يمكن لهذا النوع من الأنظمة رصد الطائرات من مسافة تصل إلى 10 كيلومتراتمما يجعلها خيارًا فعالًا للكشف بعيد المدى. كما أن الأنظمة الصوتية قادرة على العمل في جميع الأحوال الجوية وتستهلك طاقة منخفضة. مع ذلك، قد تواجه صعوبة في تحديد الموقع بدقة، وقد لا تتمكن من التمييز بين الطائرات القادمة والمغادرة.
الإيجابيات
السلبيات
- على متن السفينة أو على الأرض
- نظام سلبي، لا يتطلب موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية
- نطاقات كشف متغيرة من 2 إلى 10 كيلومترات
- 360 درجة لـ
- مناسب لجميع الأحوال الجوية
- استهلاك منخفض للطاقة ووزن أقل
- قبول عام أفضل
- سعر منخفض
- دقة تحديد المواقع
- تؤثر البيئات ذات الضوضاء العالية على الأداء
- الأنسب للعمليات ذات الكثافة السكانية المنخفضة وكثافة الحركة الجوية المنخفضة
- لا يمكنه رصد البالونات، والطائرات الشراعية، والقفز بالمظلات
بصري: تستخدم هذه الأنظمة الكاميرات وأجهزة استشعار أخرى لرصد الطائرات الأخرى بصريًا. وهي أنظمة سلبية، أي أنها لا تُصدر أي إشارات قد تتداخل مع المعدات الأخرى. تتميز الأنظمة البصرية بدقة عالية، وتستطيع التمييز بسهولة بين أنواع الطائرات المختلفة. مع ذلك، فهي تتأثر بالظروف الجوية، وتتطلب مستوى معينًا من الإضاءة لتعمل بكفاءة. كما أن مدى رصدها محدود مقارنةً بالرادار.
الإيجابيات
السلبيات
- على متن السفينة أو على الأرض
- نظام سلبي، لا يتطلب موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية
- معدلات كشف عالية مع القدرة على تتبع أهداف متعددة في وقت واحد
- جيد في عمليات الكشف على ارتفاعات منخفضة
- استهلاك أقل للطاقة، ووزن أخف من الرادار
- مجال رؤية أفقي 80 درجة ورأسي 40 درجة
- 2.1 كم على متن المركبة، 2.8 كم على الأرض
- قبول عام أفضل
- تصنيفات دقيقة
- ضوء النهار فقط (حالياً!)
- يواجه تحديات بسبب سوء الأحوال الجوية
- لا تزال هناك مخاوف بشأن الحجم والوزن والطاقة عند الصعود على متن الطائرة
إليكم Casia G: نظام الكشف والتنبيه الأرضي من Iris Automation
استناداً إلى الرؤية البصرية، كاسيا جي هو نظام مراقبة أرضي من شركة Iris Automation لمراقبة المجال الجوي باستمرار وضمان سلامة عمليات الطائرات بدون طيار من الطائرات المتسللة. تستخدم أجهزة الاستشعار تقنية الذكاء الاصطناعي ورؤية الكمبيوتر الحاصلة على براءة اختراع من Iris لتوفير مجال رؤية بصري كامل بزاوية 360 درجة للكشف عن أي طائرة متعاونة أو غير متعاونة داخل منطقة معينة، والتنبيه إليها. نصف قطر 2 كم من موقع المستشعرنظامهم:
- تعقيم المجال الجوي لبيئة تشغيل الطائرات بدون طيار
- يتمتع بإمكانية التوسع إلى نطاق غير محدود باستخدام عدة عقد
- لا يشعر بالملل أو التعب أو التشتت مثل المراقبين البصريين من البشر.
- يحفظ طاقة وحمولة الطائرات بدون طيار
كيف يفيد هذا النظام عمليات الطائرات بدون طيار ذاتية التشغيل خارج نطاق الرؤية البصرية؟
تحظى أنظمة الطائرات المسيّرة الأرضية للكشف والتجنب (DAA)، مثل كاسيا جي، باهتمام متزايد نظرًا لبساطتها وقدرتها على الحفاظ على حجم الطائرة ووزنها واستهلاكها للطاقة. فهي لا تتطلب دمجًا معقدًا في نظام التحكم بالطيران، وتوفر رؤية شاملة للمجال الجوي. كما يمكن توسيع نطاق مراقبة كاسيا جي بإضافة وحدات إضافية لتشكيل شبكة من نقاط الكشف.
يمكن وضع هذه الأنظمة بسهولة بجانب بعضها البعض طائرة بدون طيار في صندوق حلول (DIAB) في أكثر المواقع النائية، مما يسمح بعمليات متكررة ذاتية التشغيل داخل مجال جوي خاضع للرقابة مع تجنب الاصطدامات.
التكامل مع FlytBase لعمليات الطائرات بدون طيار عن بعد الآمنة
FlytBase هي منصة برمجية مؤسسية تسهل العمليات المؤتمتة بالكامل خارج نطاق الرؤية البصرية (BVLOS) باستخدام أنظمة الطائرات بدون طيار الجاهزة من مراكز القيادة عن بعد.
من خلال التكامل مع نظام Casia G، توفر لوحة تحكم FlytBase بيانات فورية عن الطائرات المتسللة، بما في ذلك نوعها، وبيانات القياس عن بُعد المباشرة، وموقعها على الخريطة. ويمكن لمشغلي الطائرات المسيّرة عن بُعد مراقبة حالة ونطاق مستشعر Casia G، وتلقي تنبيهات فورية في حال رصد طائرات غير مصرح لها داخل منطقة عملياتهم.
لضمان رحلات آمنة خارج نطاق الرؤية البصرية، توفر FlytBase العديد من ميزات السلامة، بما في ذلك إعدادات احتياطية لحالات الطوارئ مثل فقدان الاتصال بجهاز التحكم عن بُعد، أو انخفاض مستوى البطارية، أو مشاكل الاتصال بالإنترنت. في مثل هذه الحالات، تعود الطائرة بدون طيار تلقائيًا إلى محطة الإرساء. علاوة على ذلك، يمكن للمشغلين إنشاء مناطق حظر الطيران (منطقة حظر الطيران) لمنع دخول الطائرات بدون طيار إلى المجال الجوي المحظور، مما يعزز سلامة الطيران والامتثال بشكل عام
اقرأ المزيد: https://dronedj.com/2022/11/14/flytbase-bvlos-drone-iris-automation/
الموافقات على الطيران خارج نطاق الرؤية البصرية مع أنظمة الكشف والتجنب
لقد تبنت إدارة الطيران الفيدرالية نهجًا ذكيًا من خلال دمج "الحماية" في إعفاءاتها، معترفةً بأن التحليق على ارتفاع 50 قدمًا من الأرض أو أي مبنى يُعد على الأرجح أكثر أمانًا للطائرات الأخرى. ولتحقيق رحلات جوية خارج نطاق الرؤية البصرية الحقيقية، تشترط إدارة الطيران الفيدرالية وجود شكل من أشكال نظام الكشف والتجنبسواء كانت تعاونية أو غير تعاونية، يتم دمجها في العمليات.
رغم حصول بعض الشركات على استثناءات تسمح لها بالتحليق على ارتفاع يصل إلى 1000 قدم فوق سطح الأرض، إلا أن حد الخمسين قدمًا قد يكون مقيدًا وربما خطيرًا في بعض العمليات. والهدف الرئيسي من دمج نظام مراقبة الحركة الجوية المباشر هو تجاوز حد الخمسين قدمًا، كما فعل بعض العملاء بالفعل باستخدام تقنيات مماثلة لتقنيتنا.
لا يقتصر هذا المفهوم على إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية فحسب، بل يشمل أيضاً هيئات تنظيمية أخرى مثل هيئة النقل الكندية ووكالة سلامة الطيران الأوروبية. ويجري حالياً إصدار العديد من الاستثناءات التي تضع معياراً جديداً لاستخدام أنظمة واستراتيجيات الكشف والتجنب بموجب لوائح إدارة الطيران الفيدرالية رقم 107.31.
من الضروري أيضًا وصف التدابير الوقائية التي ستُستخدم في حال فقدان القدرة على الكشف والتجنب. قد يشمل ذلك وجود أنظمة احتياطية أو خطة واضحة لكيفية تجنب الطائرة المسيّرة للعوائق والطائرات الأخرى في حال فقدان هذه القدرة. من المهم التعاون مع الجهات التنظيمية لضمان قبول التدابير الوقائية المقترحة وأنها ستوفر مستوىً كافيًا من السلامة.
في الآونة الأخيرة، قامت شركة Aerodyne، وهي شركة رائدة في مجال توفير حلول الطائرات بدون طيار للمؤسسات، تم الحصول بنجاح على إعفاء بموجب الجزء 107.31 من لوائح إدارة الطيران الفيدرالية بمساعدة نظام الكشف والتجنب Casia G ومنصة FlytBase إجراء عمليات طائرات بدون طيار في مصنع شركة بروكتر آند غامبل في ليما بولاية أوهايو، دون استخدام مراقبين بصريين.
متقدمون جداً
مع أن المراقبة البصرية البشرية لا تزال مهمة، إلا أن الحلول التقنية توفر قابلية التوسع ومزايا كبيرة. وينبغي النظر إلى هذه الحلول كتدابير وقائية تكتيكية تُكمّل بروتوكولات السلامة الأخرى. توفر الكاميرات وأجهزة الاستشعار وتقنيات السلامة المتقدمة دقة أعلى، ومراقبة مستمرة، واستجابات فورية، مما يعزز سلامة عمليات الطائرات المسيّرة ويفتح المجال لتطبيقات أكثر تطوراً في المستقبل.
إن استمرار الابتكار والتقدم في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار سيكون أمراً ضرورياً للتعامل مع المواقف المعقدة بفعالية وتخفيف المخاطر ودمج الطائرات بدون طيار بأمان في البعد الثالث للعالم.
أطلق العنان للإمكانيات الكاملة لمنصة DJI Dock 2 مع FlytBase
تحدث إلى خبرائنا.