Drones: Εφαρµογές στο αστικό περιβάλλον και στα τεχνικά έργα



Άρθρο τoυ Παρτσινέβελου Παναγιώτη – Επ. Καθηγητής στο Πολυτεχνείο Κρήτης, Υπεύθυνος Ερευνητικής οµάδας SenseLAB, Διπλωµατούχος Αγρονόµος Τοπογράφος Μηχανικός (ΕΜΠ), Ph.D. (Univ. of Maine, USA)

Tα τελευταία χρόνια παρατηρείται εκτεταµένη χρήση των «drones» ή αλλιώς «µη επανδρωµένων ιπτάµενων οχηµάτων» ή συστηµάτων (Unmanned Aerial Vehicles/Systems, UAV/UAS), σε πληθώρα εφαρµογών και υπηρεσιών. Η χρησιµότητά των UAVs έγκειται στο γεγονός ότι µπορούν να προσεγγίσουν και επιχειρήσουν από αέρος σε αποµακρυσµένες, δύσβατες ή δυνητικά επιβλαβείς για τον άνθρωπο περιοχές. Η απουσία πιλότου επί του οχήµατος, συνεπάγεται την πλοήγησή τους µε αποµακρυσµένο χειρισµό ή και αυτόνοµα, χωρίς να τίθεται σε κίνδυνο ο χειριστής. Επίσης, το µέγεθός τους ξεκινά από λίγα εκατοστά, επιτρέποντας ελιγµούς σε εξαιρετικά περιορισµένους χώρους. Σε πληθώρα περιπτώσεων, τα UAVs αποδεικνύονται πιο αξιόπιστα, αποδοτικά και ακριβή από επίγειες, εναέριες και δορυφορικές εναλλακτικές.

Πρωτότυπο εξακόπτερο σε αποστολή χαρτογράφησης (SenseLAB)

Τα µη επανδρωµένα ιπτάµενα οχήµατα δεν αντικατοπτρίζουν µία καινούργια τεχνολογία. Η δυνατότητα χρήσης µιας πτητικής µηχανής χωρίς χειριστή επί αυτής, για την µεταφορά ή λήψη αγαθών και δεδοµένων αποτελεί µία ιστορική πρακτική που ανάλογα µε τον ακριβή ορισµό της έχει εξελιχθεί κυρίως σε πολεµικές εφαρµογές [http://www.draganfly.com/news/2009/03/04/a-short-history-of-unmanned-aerial-vehicles-uavs/]. Οι κύριοι τύποι µη επανδρωµένων ιπτάµενων συστηµάτων που απαντώνται, περιλαµβάνουν τα ιπτάµενα µπαλόνια, τα συστήµατα χαρταετού, τα ανεµόπτερα, τα ελικοφόρα, τα αεροσκάφη ενώ κατηγοριοποιούνται περαιτέρω βάσει των τεχνολογιών πλοήγησης, αυτονοµίας, µεγέθους και ύψους πτήσης [Watts et al., Remote Sens. 2012, 4, 1671-1692; doi:10.3390/rs4061671].


Πέραν των στρατιωτικών εφαρµογών, τα µη επανδρωµένα συστήµατα χρησιµοποιούνται εδώ και δεκαετίες σε ευρύτητα εφαρµογών κυρίως από πανεπιστήµια, µοντελιστές, και εξειδικευµένους οργανισµούς/εταιρίες. Η ραγδαία απήχηση που έχουν λάβει τα τελευταία λίγα χρόνια, έγκειται στη δυνατότητα προµήθειας ή κατασκευής τους εύκολα και οικονοµικά, καθώς τα µηχανικά τους µέρη και οι αισθητήρες έχουν πλέον µικρό µέγεθος και µειωµένη τιµή.

Απεικόνιση κτιρίων, https://vimeo.com/141741148

Τα UAVs παρουσιάζουν σηµαντική ερευνητική και επαγγελµατική προοπτική καθώς προβλέπεται ραγδαία απήχηση στην αγορά που φτάνει πάνω από 10 δισεκατοµµύρια ευρώ για τα επόµενα τρία µόλις έτη (http://www.businessinsider.com/uav-or-commercial-drone-market-forecast-2015-2). Οι οικονοµικές και τεχνολογικές προβλέψεις, οι επενδυτικές κινήσεις, η στήριξη από Κυβερνήσεις, η αποδοχή από τον κόσµο, ακόµη και η κοινή αίσθηση, οδηγούν µε ακρίβεια στην εκτεταµένη χρήση τους και συνακόλουθα στη δηµιουργία νέων θέσεων εργασίας αλλά και πρωτοφανών προοπτικών/εφαρµογών στην κοινωνική µας καθηµερινότητα. Τα πιο δηµοφιλή πλέον UAVs έχουν τη µορφή ηλεκτροκίνητων πολυ-κοπτέρων ή ανεµοπτέρων. Οι αισθητήρες που µπορούν να φέρουν περιλαµβάνουν κοινές ή επαγγελµατικές φωτογραφικές µηχανές, θερµικές ή πολυφασµατικές κάµερες, Lidar, και αισθητήρες µέτρησης φυσικών και χηµικών ιδιοτήτων, κλπ.


Τα οφέλη της χρήσης των UAVs είναι συχνά εντυπωσιακά και εκτείνονται σε εφαρµογές έρευνας και διάσωσης, παρακολούθησης περιβάλλοντος, αγροτικού τοµέα, αρχαιολογίας, πολιτιστικής κληρονοµιάς, ψυχαγωγίας, κινηµατογράφου, πολιτικής προστασίας, εµπορίου, κλπ. Παρακάτω περιοριζόµαστε στην παρουσίαση εφαρµογών που αναφέρονται στον αστικό χώρο, τεχνικά έργα και κατασκευές.


Απεικονιστική Επιθεώρηση

Επιθεώρηση σε ανεμογεννήτριες: https://www.youtube.com/ watch?v=jMOV7t0w2mY

Σε τεχνικά έργα όπου η επιθεώρηση χρήζει εξειδικευµένου προσωπικού λόγω περιορισµένης ή επισφαλούς προσβασιµότητας, τα drones χρησιµοποιούνται εκτεταµένα για την ανίχνευση και εντοπισµό αλλοιώσεων και αστοχιών. Έτσι, υπάρχουν αναφορές επιθεώρησης φραγµάτων, ηλεκτρικών δικτύων αλλά και γεφυρών[https://www.aibotix.com/en/industry.html]. Η διαχρονική παρακολούθηση δε µεγάλων τεχνικών έργων, προλαµβάνει πιθανή σταδιακή συσσωρευτική βλάβη.


Εκτός των απεικονίσεων στο ορατό µέρος του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος χρησιµοποιούνται θερµικές λήψεις, αναγνωρίζοντας διαφοροποιήσεις στη θερµοκρασία και την υγρασία και υποδηλώνοντας πιθανές διαρροές και φθορές των κατασκευαστικών υλικών. Αντίστοιχες µελέτες απαντώνται σε υποδοµές Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), όπως για παράδειγµα σε ανεµογεννήτριες και φωτοβολταϊκά πάρκα. Εδώ η επιθεώρηση έχει και τον χαρακτήρα εντοπισµού ηλεκτροµηχανικών βλαβών, καθώς οι θερµικές απεικονίσεις οριοθετούν πιθανή υπερθέρµανση, τριβή ή και διακοπή στην παροχή ή συνδεσµολογία π.χ. των συστατικών κυψελών των πάνελ [http://www.flir.eu/].


Ανάλογες επιθεωρήσεις κτιρίων επί της πόλης λαµβάνουν χώρα για τον εντοπισµό αλλοίωσης υλικών, αποκάλυψης δοµικών ή στατικών στοιχείων και φθορών ή υγρασίας. Επιπλέον, σε περίπτωση πυρκαγιάς εντός πόλης ή κτιρίου, η θερµική αποτύπωση από αέρος έστω και µε παρουσία καπνού, προσφέρει πληροφορίες για την βελτιστοποιηµένη επέµβαση της πυροσβεστικής. Σε µεταλλικές κατασκευές ή ακόµη και πυρηνικούς σταθµούς µπορεί να αποκαλυφθεί και προληφθεί αυξηµένη θερµοκρασία από όπου πιθανώς θα επέλθει στατική αστοχία.

Επιθεώρηση στέγης: https://www.youtube.com/ watch?v=xSZrn0fwiCA

Η επιθεώρηση δεν αναφέρεται αποκλειστικά στα δοµικά στοιχεία της κατασκευής αλλά και στην ενεργειακή απόδοσή της µε την αποτίµηση και τελικά πρόληψη των ενεργειακών απωλειών σε ένα κτίριο ή πόλη, µέσω θερµικών απεικονίσεων. Έτσι, µπορούν να επισηµανθούν σηµεία µε υψηλή κατανάλωση και πιθανές αδυναµίες στη µόνωση. Επίσης, στον αστικό χώρο όπου παρουσιάζονται ρύποι, µπορούν να γίνουν µετρήσεις µε αισθητήρες που φέρουν τα drones για την ποιότητα αέρα, εκποµπές αερίων ή ρυπογόνων ουσιών [https://airnow.gov/index.cfm?action=naq_conf_2011.aq2]. Τέλος, τα drones εξυπηρετούν την παρακολούθηση αγωγών φυσικού αερίου σε ηπειρωτικές και θαλάσσιες διαδροµές, όπου κυρίως επιφανειακά επισηµαίνουν αλλαγές στη φασµατική απόκριση του υπερκείµενου εδάφους ή νερού (σε αβαθής περιοχές) υποδηλώνοντας πιθανές διαρροές.

Αποτύπωση – Χαρτογράφηση

Η παρούσα κατηγοριοποίηση περιλαµβάνει πέραν της διαδικασίας επιθεώρησης και το στάδιο της επεξεργασίας ώστε να προκύψει ένα προϊόν όπως χάρτης, διάγραµµα, υψοµετρικό µοντέλο εδάφους, γεωγραφικό πληροφοριακό σύστηµα (GIS), κλπ. Έτσι, σε περιπτώσεις φυσικών καταστροφών ή τεχνολογικών ατυχηµάτων τα UAVs αποτελούν πλέον µονόδροµο στην άµεση εποπτική αποτίµηση της καταστροφής και την αντιµετώπιση των επιπτώσεων. Για παράδειγµα, σε περιοχές µε εκποµπή ραδιενέργειας [International Atomic Energy Agency, Nuclear Safety Action Plan project] είναι προφανής η χρησιµότητά της χαρτογράφησης µέσω µη επανδρωµένων µέσων ώστε να µην τεθεί σε κίνδυνο ανθρώπινη ζωή.

Θερμική καταγραφή πόλης: NASA Earth Observatory, Ryanjo

Η δυνατότητα της χρήσης των drones για τρισδιάστατη αποτύπωση µέσω κατάλληλης επεξεργασίας των εικόνων, επιφέρει σηµαντικά οφέλη στις διαδικασίες αποκατάστασης, µελετών, γεωµετρικής τεκµηρίωσης, σύνταξης τοπογραφικών διαγραµµάτων, διαστασιολόγησης, κλπ µε εφαρµογές στις µετρητικές επιστήµες, το κτηµατολόγιο αλλά και στις πολεοδοµικές µελέτες. Συµπερασµατικά, µπορεί να µελετηθεί η ευστάθεια πρανών, ή η µέτρηση εκσκαφών σε ένα µεγάλο τεχνικό έργο, κατά τη διάνοιξη οδού, τη θεµελίωση, κλπ. Προεκτάσεις των δυνατοτήτων τρισδιάστατης αποτύπωσης αποτελούν η τεκµηρίωση τεχνικών έργων για την προσοµοίωση της αντοχής τους µετά από π.χ. κάποιο σεισµό, η δηµιουργία τρισδιάστατων µοντέλων πόλεων, η ανάλυση γεωµετρικού ελέγχου παραµορφώσεων γεωµορφολογίας ή αντικειµένων όπως δορυφορικών κεραιών, πλοίων κλπ.
Τρισδιάστατο μοντέλο πρανών οδικού δικτύου, (SenseLAB)

Στο πολεοδοµικό επίπεδο µπορούν να δηµιουργηθούν τοπογραφικά διαγράµµατα ή χάρτες για µελέτες αστικού σχεδιασµού, επέκτασης πόλης, αποτύπωσης µε εξαιρετικά µεγάλη χωρική διαχωριστική ανάλυση, κλπ. Η ηλεκτρονική διακυβέρνηση απολαµβάνει σηµαντικά οφέλη µε την χρήση των UAVs καθώς µπορεί εύκολα και σε τακτά χρονικά διαστήµατα να αποτιµήσει την ακίνητη περιουσία, να επισηµάνει αυθαίρετες κατασκευές και πολεοδοµικές – περιβαλλοντικές παραβάσεις, χωρίς να «περιµένει» την εκάστοτε αεροφωτογράφηση ή δορυφορική λήψη. Σε εµπορικό επίπεδο, τα UAVs προσφέρουν πληροφόρηση για αγοραπωλησίες µεσιτικών γραφείων αλλά και πώλησης υλικών κατά τη διάρκεια της κατασκευής, εξυπηρετώντας στοχευµένη διαφήµιση και σύνδεση προσφοράς µε ζήτηση [Internet of Things Map Project].


Μεταφορές

Εκτεταµένη χρήση των drones παρατηρείται σε εφαρµογές συστηµάτων εφοδιασµού αγαθών (logistics) και µεταφορών (transportation). Χρησιµοποιούνται λοιπόν για παρακολούθηση κίνησης σε αυτοκινητόδροµους [NASA, http://www.popsci.com/nasa-drone-traffic-control], διευθέτηση κυκλοφορίας, ανάλυση ατυχηµάτων, αλλά και εντοπισµό θέσεων στάθµευσης σε πραγµατικό χρόνο µε ταυτόχρονη ενηµέρωση των ενδιαφεροµένων – συµβεβληµένων οδηγών.

Άποψη του San Francisco από drone.

Η διανοµή δεµάτων ή ακόµη και φαγητού αποτελεί ένα διαχειριστικό στοίχηµα το οποίο έχουν αρχίσει να υλοποιούν µεγάλες εταιρίες διακίνησης αγαθών [Amazon]. Στις µεταφορές περιλαµβάνονται και οι µεταφορές φαρµάκων και δειγµάτων αίµατος για εξέταση µε ταχύτητα και ασφάλεια εντός του οικιστικού ιστού [SenseLAB, https://www.dronesforgood.ae/finals/save-me-smartphone-uav-emergency-response]. Ταυτόχρονα, έχουν υλοποιηθεί αποστολές συνδεσιµότητας δικτύου για περιοχές χωρίς κάλυψη ή για ασύρµατη συλλογή/ µεταφορά δεδοµένων από/σε αποµακρυσµένες περιοχές [Facebook, https://www.facebook.com/zuck/posts/10101322049893211, Google SkyBender].


Επεµβατικές Προεκτάσεις

Υπάρχουν περιπτώσεις όπου η χρήση των UAVs ξεφεύγει από τις διεργασίες εποπτείας – επισκόπησης και περιλαµβάνει στοιχεία επέµβασης και διόρθωσης. Έτσι, έχουν παρουσιαστεί λύσεις πλήρωσης υλικών σε αστοχίες µε ανάµιξη υλικών και εφαρµογή τους σε ρωγµές σωληνώσεων σε πραγµατικό χρόνο [http://dronesforgood.ae/finals/buildrone]. Αντίστοιχα, έχουν αναφερθεί περιπτώσεις καθαρισµού επιφανειών σε ουρανοξύστες (π.χ. τζάµια) όπου εργασιακό κόστος και επικινδυνότητα είναι αυξηµένα. Οι µικροεπεµβατικές διεργασίες των UAVs σε µία πόλη, καλύπτουν µεταξύ άλλων και επισκευές σε φωτεινούς σηµατοδότες, ή συντήρηση οδικού δικτύου (πλήρωση λακκούβας) [University of Leeds, U.K.’s Engineering and Physical Sciences Research Council, ARCAS project].

Άλλη κατηγορία επεµβατικών εφαρµογών παρουσιάζεται σε αεροδρόµια, όπου drones χρησιµοποιούνται για να διώχνουν τα πτηνά, τα οποία αποτελούν σοβαρό κίνδυνο στην ασφάλεια των αεροσκαφών ειδικά στις απογειώσεις. Επίσης, πολύπλοκες διαδικασίες πλοήγησης παρουσιάζουν συνεργασίες ζεύγους ή οµάδων UAVs, µε αποτέλεσµα την κατασκευή π.χ. γέφυρας από σκοινί αλλά και τοιχοποιίας [University of Pennsylvania’s GRASP lab, ETH Zurich].

Συζήτηση – Επίλογος


Συµπερασµατικά, οι χρήσεις των µη επανδρωµένων οχηµάτων επεκτείνονται ποικιλοτρόπως σε τοµείς που αφορούν το αστικό περιβάλλον όπως τα κτίρια, οι πόλεις, οι µεταφορές, το οδικό δίκτυο, η ενέργεια, οι ΑΠΕ, οι τεχνολογικές καταστροφές, και το περιβάλλον σε λειτουργικό, τακτικό και στρατηγικό επίπεδο.

Παρόλα αυτά, για κάθε νέα πιθανή εφαρµογή πρέπει να συναχθεί η εφαρµοσιµότητα και βελτιστοποίηση της χρήσης των UAVs σε σχέση µε τις εναλλακτικές µεθοδολογίες, το κόστος, και την ύπαρξη εξειδικευµένου προσωπικού. Συνήθως, τα κύρια µειονεκτήµατα πολλών εµπορικών συστηµάτων είναι πως είτε είναι προ-κατασκευασµένα για συγκεκριµένες εφαρµογές, χωρίς τη δυνατότητα επέκτασης, είτε δεν παρέχουν αναλυτικά και αξιόπιστα επιστηµονικά στοιχεία π.χ. σε θέµατα ακρίβειας, είτε το κόστος κτήσης τους είναι ιδιαίτερα υψηλό.

Δύο περιοριστικοί παράγοντες έχουν προκύψει σχετικά µε τη χρήση των UAVs και αφορούν στην ασφάλεια και την «ιδιωτικότητα». Είδαµε πρόσφατα επικίνδυνες περιπτώσεις κατά την χρήση των UAVs, όπως στο αεροδρόµιο Heathrow στο Λονδίνο αλλά και στον Λευκό Οίκο. Αναφορικά λοιπόν µε την ασφάλεια έχουν ήδη δηµοσιευθεί πρωτόκολλα και εξοπλισµός ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας τα οποία προσφέρουν δυνατότητες αυτόνοµης αποφυγής σύγκρουσης, ανταλλαγής πληροφοριών µεταξύ των drones, αποµακρυσµένης παρακολούθησης των ιδιοκτητών τους και των στοιχείων πτήσης τους, µέχρι και αποκλεισµός από ζώνες και περιοχές απαγόρευσης [www.senselab.tuc.gr]. Επίσης, εγείρονται επιπρόσθετα προβλήµατα ακριβούς προσδιορισµού θέσης κατά την προσγείωση, καθώς και πιθανής πρόσκρουσης σε υποδοµές ή ανθρώπους. Επιλύονται δοµικά µέσω δηµιουργίας δοµών προσγείωσης σε ταράτσες ή αυλές κτιρίων, και τεχνολογικά µέσω κατάλληλων αλγορίθµων επεξεργασίας εικόνων και υπερηχητικών ή υπέρυθρων αισθητήρων. Τέλος, είναι προφανείς οι διαστάσεις που λαµβάνει η λήψη και διαχείριση προσωπικών δεδοµένων, χωρίς να επεκταθούµε περαιτέρω αναφερόµενοι στην νοµικά αποδεκτή χρήση τους.

Στο µέλλον προβλέπεται ραγδαία αύξηση της χρήσης των drones γεγονός που θα επισπεύσει τη δηµιουργία ακόµη πιο αυστηρού νοµικού πλαισίου για να περιοριστούν αναπόφευκτα προβλήµατα. Προβλέπεται επίσης η εκθετική βελτίωση του χρόνου, συµπεριφοράς, αυτονοµίας και ασφάλειας πτήσης, ώστε τελικά να δηµιουργηθούν οι προϋποθέσεις για τη µεταφορά ανθρώπων και τη σταδιακή αλλαγή της µορφής των µετακινήσεων αλλά και των πόλεων. Τα drones έχουν εισέλθει στην καθηµερινότητά µας, και όπως οι περισσότερες τεχνολογικές λύσεις µπορούν µε την ορθολογική τους χρήση να αποτελέσουν συστατικά στοιχεία για την πρόοδο, την βελτίωση της ζωής και την προστασία του πολίτη. Οι προεκτάσεις που προσφέρουν περιλαµβάνουν υποστηρικτικές δοµές για την ηλεκτρονική διακυβέρνηση, αλλά και κοινωνικές συνεργατικές µορφές αντιµετώπισης προβληµάτων µε άµεση παροχή συνδυαστικής πληροφορίας (crowdsourcing & citizen science).
Ετικέτες
[blogger]

Author Name

Φόρμα επικοινωνίας

Όνομα

Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο *

Μήνυμα *

Από το Blogger.