Δορυφόροι διαχείρισης παράκτιας ζώνης

Τζέστειν Μάνλεϊ • 20 Μαρτίου 2019

Ένα Timelapse του EagleRay που μεταβαίνει από τη θάλασσα στον ουρανό (Credit NCSU)

Ένα VTOL Drone πάνω από τον κόλπο Monterey. (Πίστωση: MBARI)

Μια εμπορική επίδειξη Hexacopter. (Credit: J. Manley)

Τα μη επανδρωμένα εναέρια συστήματα (UAS), κοινώς ονομαζόμενα αεροσκάφη, έχουν αυξήσει τις επιπτώσεις στον θαλάσσιο τομέα. Καθώς οι δυνατότητες αυτών των πλατφορμών έχουν αυξηθεί, έχουν και οι συνεισφορές τους στη ναυτική επιστήμη, την άμυνα και τη βιομηχανία. Αναγνωρίζοντας αυτό, η Συμμαχία για τις Παράκτιες Τεχνολογίες (ACT) και η Northeastern Regional Association of Coastal and Ocean Observing Systems (NERACOOS), με την υποστήριξη του Αμερικανικού Ολοκληρωμένου Παρατηρητηρίου Ωκεανών (IOOS), συγκάλεσαν σεμινάριο με θέμα «Πρακτικές χρήσεις για τα αεροσκάφη» (WNERR) στο Wells, Maine, στα τέλη του 2018. Το εργαστήριο σχεδιάστηκε για να διευκολύνει την ανταλλαγή πληροφοριών και βέλτιστων πρακτικών για την υποστήριξη των ταχέως αναπτυσσόμενων εφαρμογών των χειροκίνητων πλοίων στην παράκτια διαχείριση.

Περίληψη συνεργείου
Οι στόχοι του εργαστηρίου ήταν να συνοψίσουμε την κατάσταση της τεχνολογίας σε UAS έρευνας και παρακολούθησης, να καταρτίσουμε παραδείγματα της τρέχουσας χρήσης σε αυτόν τον τομέα, να κατανοήσουμε τους περιορισμούς και τις διοικητικές προκλήσεις που σχετίζονται με την UAS, να αναπτύξουμε τις βέλτιστες πρακτικές διαχείρισης και διαχείρισης δεδομένων / και περιγράφει τις μελλοντικές εξελίξεις και εφαρμογές για συστήματα παρακολούθησης των παράκτιων ωκεανών. Μια ολοκληρωμένη έκθεση εργαστηρίου είναι διαθέσιμη στην ιστοσελίδα ACT (www.act-us.info).

Το εργαστήριο επιδίωξε επίσης να διερευνήσει τις προκλήσεις μιας πραγματικά ποσοτικής πολυφασματικής και υπερφασματικής τηλεπισκόπησης σε παράκτια θαλάσσια περιβάλλοντα και των νομικών ζητημάτων και ζητημάτων ιδιωτικής ζωής που συνδέονται με τη χρήση αεροσκαφών σε δημόσιες και ιδιωτικές εκτάσεις και θαλάσσιους χώρους.
Προκειμένου να προωθηθεί η ευρεία συμμετοχή και η διατομεακή ανταλλαγή πληροφοριών, οι συμμετέχοντες στο εργαστήριο περιελάμβαναν προγραμματιστές και παρόχους υπηρεσιών UAS στον ιδιωτικό τομέα, ακαδημαϊκούς ερευνητές που αναπτύσσουν ή / και χρησιμοποιούν το UAS και μέλη του προσωπικού της κρατικής υπηρεσίας με εμπειρία στη χρήση UAS ή

Δεδομένα UAS ή εργασία σε θέματα διαχείρισης που θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν με την UAS.

Την πρώτη ημέρα του εργαστηρίου παρουσιάστηκαν επιδείξεις πεδίων τριών τύπων UAS: quadcopter, σταθερή πτέρυγα και hexacopter.

Η δεύτερη και η τρίτη ημέρα ήταν συνεδρίες με παρουσιάσεις που κάλυπταν θέματα όπως:

• Δρόμοι για την έρευνα οικοτόπων
• Δοκάρια για ανίχνευση και παρακολούθηση βλαβερών φυκιών φυκιών (HAB) στη Φλόριντα
• Τα αεροσκάφη ως εργαλείο μέτρησης παλιρροϊκών ελώδων σε τρεις τοποθεσίες στην ανατολική ακτή, στην ακτή του κόλπου και στη δυτική ακτή
• Χρήση αεροσκαφών για παράκτια / offshore transects και άλλες έρευνες στο Monterey Bay
• Ανάπτυξη αεροσκαφών που λειτουργούν στο περιβάλλον του αέρα και της θάλασσας

Το Wells National Resourch Research Reserve χαιρετίζει τα αεροσκάφη. (Credit: J. Manley)

Κάθε συνεδρίαση του πάνελ ακολούθησε συζητήσεις ομάδας breakout. Οι συνεδριάσεις της Ολομέλειας περιλάμβαναν αναφορές από τις ομάδες ξεμπλοκαρίσματος και τις συζητήσεις μεγάλων ομάδων του πάνελ και θέματα ξεμπλοκάρισμα. Μεταξύ των βασικών μηνυμάτων λήψης από τις παρουσιάσεις και τις συζητήσεις ήταν τα εξής:

• Ενώ το UAS είναι ένα νέο εργαλείο για την διαχείριση των ακτών, η αξία τους έχει αποδειχθεί για μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών όπως η χαρτογράφηση των οικοτόπων, η παρακολούθηση της άγριας ζωής, η ανίχνευση της λεύκανσης των κοραλλιών, η διαχείριση των οστρακοειδών, η ανίχνευση των θαλάσσιων υπολειμμάτων, τους πόρους άμμου, τη χαρτογράφηση των πλημμυρικών ζωνών και την επιθεώρηση γεφυρών και άλλων κατασκευών.
• Το UAS θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμο σε πολλά άλλα περιβάλλοντα διαχείρισης, όπως η ανίχνευση και παρακολούθηση των επιβλαβών φυκών των αλγών (HAB), η παρακολούθηση των αλληλεπιδράσεων ανθρώπων / ζώων, η παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων, η παρακολούθηση των ρύπων και η παρακολούθηση της σταθερότητας των παλιρροϊκών ελών.
• Οι διαχειριστές είναι πρόθυμοι να χρησιμοποιήσουν τα drones, αλλά ο τρόπος χρήσης τους δεν είναι πάντα καλά κατανοητός. Είναι σημαντικό να ξεκινήσετε με το ερώτημα: "Ποια είναι η ερώτηση ή το πρόβλημα της διαχείρισης;" Αυτό θα καθορίσει ποια δεδομένα χρειάζονται και πώς πρέπει να συλλεχθούν, τα οποία μπορεί να είναι αεροσκάφη.
• Όπως συμβαίνει με οποιαδήποτε δεδομένα, τα δεδομένα σχετικά με το drone πρέπει να μεταφραστούν σε πληροφορίες, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαχείριση.
• Η χρήση drones για την απόκτηση ακριβών ποσοτικών γεωχωρικών δεδομένων είναι πρόκληση και απαιτεί προηγμένες τεχνικές δεξιότητες και γνώσεις. Η πρόσληψη εμπειρογνωμόνων σε επιχειρήσεις και σε επεξεργασία δεδομένων είναι συνήθως απαραίτητη.
• Οι βέλτιστες πρακτικές για τη χρήση των drones για τη συλλογή γεωχωρικών δεδομένων είναι καλά εδραιωμένες. Καθοδήγηση σχετικά με τις βέλτιστες πρακτικές διατίθεται σε δημοσιεύσεις όπως το ηλεκτρονικό βιβλίο PrecisionHawk Beyond the Edge και το Σχέδιο Διαχείρισης Δεδομένων Συστημάτων Αεροσκάφους USGS 2015.
• Οι συμμετέχοντες στο σεμινάριο αναγνώρισαν σύντομες ώρες πτήσεων λόγω περιορισμών στις μπαταρίες ως έναν από τους μεγαλύτερους περιορισμούς στην τεχνολογία κινητών τηλεφώνων. Άλλες επιθυμητές τεχνολογικές βελτιώσεις περιλαμβάνουν διευρυμένες δυνατότητες ωφέλιμου φορτίου, modularity ώστε να μπορούν να μεταφέρουν διαφορετικά ωφέλιμα φορτία / αισθητήρες, δυνατότητες παντός καιρού, "πιο έξυπνα" αεροσκάφη με καταγραφή της κατάστασης, αυξημένη ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων, τυποποίηση τύπων δεδομένων, βελτιώσεις στη διαχείριση δεδομένων επεξεργασίες δεδομένων και δυνατότητες που υπερβαίνουν τις εικόνες και την τηλεπισκόπηση, όπως η εγκατάσταση συσκευών δειγματοληψίας νερού.
• Οι νόμοι και οι κανονισμοί περιορίζουν τη χρήση αεροσκαφών για την έρευνα και τη διαχείριση των ωκεανών και των ακτών. Για παράδειγμα, τα αεροσκάφη μπορούν να πετάξουν μόνο κάτω από τα 400 πόδια και πρέπει να παραμένουν πάντοτε μέσα στην οπτική επαφή του πιλότου ανά πάσα στιγμή. Κάθε αεροσκάφος πρέπει να πετάξει από έναν εξειδικευμένο, εγκεκριμένο πιλότο, που σημαίνει ότι πολλά αεροσκάφη δεν μπορούν να ελέγχονται από έναν μόνο χειριστή, όπως σε ένα σμήνος. Μια άλλη σημαντική πτυχή είναι ότι η αβεβαιότητα σχετικά με τις πιθανές αλλαγές στις νομοθετικές και κανονιστικές ρυθμίσεις δυσχεραίνει τον προγραμματισμό της έρευνας.
• Η δοκιμή και η αξιολόγηση πλατφορμών και αισθητήρων από μια ανεξάρτητη οντότητα, όπως η ACT, θα ήταν χρήσιμη για τους ερευνητές, τους διευθυντές και τους τεχνικούς.

Τεχνολογικές επισημάνσεις
Στο εργαστήριο παρουσιάστηκαν πολλές καινοτόμες τεχνολογίες. Ένα βασικό μέλημα για όλα τα μη επανδρωμένα συστήματα είναι τα ωφέλιμα φορτία. Κατά τη διάρκεια αυτού του εργαστηρίου, ερευνητές από το Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) συζήτησαν τη χρήση ενός Flightwave Edge, ενός υβριδικού αεροπλάνου με σταθερή πτέρυγα. Μπορεί να απογειωθεί και να προσγειωθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογία κατακόρυφης απογείωσης και προσγείωσης (VTOL). Μπορεί επίσης να μεταφέρει άψογα τη μετάβαση από την αιωρούμενη προς την πτήση προς τα εμπρός και πάλι πίσω. Το μεταβαλλόμενο σύστημα ωφέλιμου φορτίου με δυνατότητα αλλαγής ταχύτητας επιτρέπει στους αερομεταφορείς να εκτελούν πολλαπλές αποστολές χρησιμοποιώντας ένα μόνο αεροσκάφος. Οι χειριστές του MBARI χρησιμοποίησαν αυτό το αεροσκάφος σε συνδυασμό με ένα σύστημα απεικόνισης FLIR για χαρτογράφηση θερμικής πρόσοψης. Χρησιμοποίησαν επίσης κάμερες πολύ υψηλής ανάλυσης και μπόρεσαν να εντοπίσουν ζώα στο νερό, σε αυτό το παράδειγμα μέδουσες, καθώς και πτηνά κατά την πτήση.

Εκτός από τα αποτελέσματα από το πεδίο MBARI και άλλους χρήστες της επιστήμης, το εργαστήριο παρουσίασε νέες ιδέες για τα αεροσκάφη που μπορούν να λειτουργήσουν τόσο στον αέρα όσο και στο νερό. Το κρατικό πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας παρουσίασε έννοιες για αυτόνομα οχήματα (XAVs) μεταξύ των τομέων. Με τη χορηγία του DARPA και μια συνεργασία με την Teledyne Scientific, αυτή η ομάδα δημιούργησε ένα σταθερό πτερύγιο που μπορεί να πετάξει και να κολυμπήσει. Το σύστημα αυτό, που ονομάστηκε EagleRay, αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε εκτεταμένα μεταξύ 2015 και 2016. Το όχημα EagleRay είναι ένα υβριδικό UAV-UUV βασισμένο σε σχεδιασμό VTOL σταθερής πτέρυγας. Έχουν χτιστεί δύο επαναλήψεις και αποδείχθηκε ένας πλήρης κύκλος κολύμβησης. Η έκδοση 2 περιλαμβάνει υλικό αυτόματου πιλότου και αισθητήρες για αυτόνομη λειτουργία. Τα παθητικά πλημμυρισμένα / αποστραγγιζόμενα διαμερίσματα επιτρέπουν στο όχημα να επιτύχει σχεδόν ουδέτερη άνωση, αλλά γρήγορα να ρίξει νερό έρματος κατά την έξοδο. Δύο ενεργά σχέδια αντιστάθμισης πλευστότητας έχουν επίσης δοκιμαστεί. Η πρόωση του έλικα οδηγείται από ηλεκτροκινητήρες χωρίς ψήκτρες. Έχουν δοκιμαστεί και τα δύο ξεχωριστά συστήματα προώθησης αέρα και νερού και συστήματα διπλής χρήσης

Μια άλλη νέα τεχνολογία που συζητήθηκε στο εργαστήριο ήταν το SeaHawk από τις καινοτομίες Igloo. Υπάρχουν δύο παραλλαγές αυτού του μυθιστορήματος, το SeaHawk Alfa και το SeaHawk Chimera. Η Alfa μοιάζει πολύ με ένα τυπικό quadcopter και εκτελεί ομοίως στον αέρα. Σε αντίθεση με ένα quadcopter, επάνω στην Alfa είναι ένας αποσπώμενος σημαντήρας που περιέχει ασύρματη τηλεμετρία στον σταθμό ελέγχου. Όταν το όχημα βυθίζεται, ο σημαντήρας παραμένει στην επιφάνεια και συνδέεται με το όχημα διατηρώντας έτσι την επικοινωνία. Ο σημαντήρας μπορεί να αφαιρεθεί για πλήρως αυτόνομες υποβρύχιες λειτουργίες. Η Alfa έχει ωφέλιμο φορτίο 5 κιλών (10 lbs) και μέγιστη ταχύτητα πτήσης 60 km / h (37 mph). Ένα ειδικό υποβρύχιο σύστημα πρόωσης κινεί την Alfa σε ταχύτητες μέχρι 4 kts ενώ βυθίζεται. Το βάθος λειτουργίας του είναι 50 μέτρα (150 πόδια) και μπορεί να λειτουργήσει για περίπου 60 λεπτά σε συνδυασμό με οποιοδήποτε μέσο. Το Chimera φαίνεται παρόμοιο με το Alfa, εκτός από το ότι το όχημα παραμένει στην επιφάνεια και μόνο το ωφέλιμο φορτίο αναπτύσσεται κάτω από το νερό. Με χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου μέχρι 20 κιλά (40 λίβρες), το όχημα προορίζεται ως δομοστοιχειωτή πλατφόρμα για να μεταφέρει ευρύτερο φάσμα ωφέλιμων φορτίων από την Alfa. Για παράδειγμα, το ωφέλιμο φορτίο μπορεί να είναι ένα ROV ή AUV που παρέχει προηγμένες υποβρύχιες δυνατότητες. Η Χίμαιρα μπορεί επίσης να αιωρείται πάνω από το νερό και να κατεβαίνει κάτω μια συσκευή δειγματοληψίας για τη συλλογή δειγμάτων με ελάχιστη διαταραχή στην επιφάνεια του νερού.

Οι συζητήσεις, οι διαδηλώσεις και η παρουσίαση των αναδυόμενων τεχνολογιών στο εργαστήριο ACT ήταν εντυπωσιακές. Οι αναγνώστες που ενδιαφέρονται για περισσότερες πληροφορίες ενδέχεται να επικοινωνήσουν με την ACT.

Πάνω και κάτω: Η πτήση SeaHawk / Drone (Πιστωτικές μονάδες: καινοτομίες Igloo)