Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) разработали информационно-измерительную систему для беспилотных аппаратов. Она способна определять локальные метеорологические условия. Предложение новаторов найдет применение в гидрометцентрах, в МЧС, в нефтяной и газовой промышленности, в сельском хозяйстве. Ноу-хау заменит человеческий труд, будет предоставлять более точные показания и повысит достоверность прогнозирования природных и техногенных катастроф. В ближайшее время в России может появиться беспилотный аппарат с уникальным «мозговым центром».
О разработке рассказали в ТАСС.
Беспилотные аппараты в настоящее время используют повсеместно. Их широко применяют в сельском и лесном хозяйстве, в картографии и строительстве, в военной сфере. При их помощи доставляют грузы и проводят мониторинг дорожной ситуации.
Ученые Пензенского госуниверситета — завкафедрой «Информационно-измерительная техника и метрология», д-р техн. наук, профессор Екатерина Печерская , завкафедрой «Радиотехника и радиоэлектронные системы», д-р техн. наук Александр Тычков , доценты кафедры ИИТиМ, д-р техн. наук Виктор Баранов и канд. техн. наук Павел Голубков , студенты Кирилл Буренин , Ульяна Чихрина , Антон Рузняев — предлагают использовать беспилотные летательные аппараты летательного и наземного типов для измерения локальных метеорологических условий (ЛМУ): температуры, атмосферного давления, влажности воздуха и почвы, скорости и направления ветра, освещенности, количества осадков и других.
Разработчик Виктор Баранов рассказал, что результаты метеонаблюдений собирают по единой программе на стационарных метеостанциях. Однако прогноз погоды не всегда бывает точным. Это связано с тем, что параметры метеонаблюдения территориально могут различаться.
«Территория нашей страны огромна. Плотность размещения стационарных метеостанций у нас в несколько раз ниже, чем в других технически развитых странах. Хотя мы с вами получаем достоверный прогноз погоды для каждого региона, каждого города, но эта информация не дает нам уверенности, что прогноз для большой территории сбудется в том конкретном месте, в котором мы находимся. И дело не в точности измерений и правильности обработки их результатов. На погодные условия на каждом локальном участке оказывают влияние местные специфические факторы. Например, плотная застройка многоэтажками, возвышенность или низина, берег водоема, пашня или участок, заросший кустарником. В каждом месте погодные условия свои» , — рассказал Виктор Баранов .
Локальные метеорологические условия определяют не только для прогноза погоды. В производственных помещениях, хранилищах, складах, предприятиях, шахтах, пещерах, в полях и теплицах также нужно собирать метеорологические данные, но для других целей.
«Цели разные. Техника безопасности, угрозы жизни и здоровью людей — в шахтах. Здесь важно контролировать уровень метана. Влагосодержание воздуха и почвы, минимальная температура на поверхности почвы при заморозках, освещенность солнечным светом и другие — в сельском хозяйстве» , — подчеркивает ученый.
Разработчики уверены, со сбором специфичных показателей ЛМУ отлично справятся беспилотные аппараты летательного и наземного типа, в которые будет встроена информационно-измерительная система (ИИС).
Напомним, научный коллектив ПГУ запатентовал новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения. На его основе ученым удалось разработать базовую структуру ИИС для определения параметров локальных метеорологических условий. Кроме того, на базе этой структуры можно осуществлять подбор измерительных каналов для конкретного набора параметров. Для этого также требуется перенастроить программный код. Виктор Баранов обратил внимание, что сбор и обработка данных — долгий и трудоемкий процесс. А создать универсальную структуру затруднительно и экономически невыгодно, так как общий перечень параметров ЛМУ в различных областях очень широк.
Новаторы создали и разработали: базовую структуру многоканальной информационно-измерительной системы и полный набор измерительных каналов для определения параметров. Виктор Баранов поделился, в будущем для конкретного запроса, например, от МЧС, аграриев, гидрометцентров, будет составляться индивидуальный перечень ЛМУ, подбор индивидуальной платформы, рабочие измерения.
ИИС будет встроена в беспилотный аппарат. Она будет дополнением к его системе управления. «Наполнение» структуры ИИС будет зависеть от целей, которые перед ней ставятся.
В состав ИИС входят датчики (температуры, давления, влажности и так далее, в зависимости от предназначения). Их выходные сигналы поступают на аналогово-цифровой преобразователь напряжения через аналоговый коммутатор. Полученный электрический сигнал преобразуется в код (цифру), понятный для вычислительной машины. Далее в разработанной структуре нагрузку на себя берет контроллер со встроенным микропроцессором. Он преобразует выходные сигналы датчиков в параметры ЛМУ. Данные передаются устройству управления. А оно на основе этой информации, формирует команды управления аппаратом.
«Конечная информация будет использоваться для управления беспилотным аппаратом, а также для сбора и передачи информации специалисту: метеорологу, службам контроля техники безопасности, сотрудникам МЧС» , — рассказал Виктор Баранов .
Разработанная структура — гибкая и может подстроиться практически под любую задачу. Ее можно применить в разных условиях, сменив датчики и алгоритм работы.
В настоящее время межкафедральная научная группа работает над созданием первого образца наземного беспилотного аппарата с реализованной на нем ИИС.
Следующий этап — сборка беспилотного летательного аппарата с уникальным «мозговым центром» на базе межкафедральной лаборатории «Беспилотные летательные аппараты».
В планах — протестировать прототип уже этим летом на территории ПГУ для измерения локальных метеорологических условий в разных точках университетского кампуса.
На разработку получено государственное свидетельство о регистрации базы данных, патент РФ, в 2025 году работы проводились на грантовые средства конкурса «Ректорские гранты ПГУ».
Беспилотные аппараты летательного и наземного типа найдут широкое применение в разных областях. Они помогут предупреждать пожары в лесных массивах, эффективнее справляться с уже возникшими возгораниями.
«Летательный беспилотный аппарат сможет подобраться в те места, где человеку находиться опасно. Он сможет быстро передать актуальные данные: температуру очага возгорания и скорость ветра, степень задымленности, наличие вредных испарений» , — уверен Виктор Баранов .
В теплицах и на посевных угодьях можно будет контролировать уровень влажности воздуха и почвы, солнечного света. В шахтах концентрацию метана сможет отслеживать беспилотный аппарат наземного типа. Метеорологические службы с такими роботами — помощниками будут давать более точный прогноз.
«С нашим изобретением появляется возможность попасть в труднодоступные места: в шахты или на какой-то производственный участок нефтедобычи, чтобы автоматически проконтролировать целостность трубы и обнаружить утечку. Наша разработка — широкого применения и разнообразна» , — добавил новатор.
Работа над усовершенствованием беспилотных аппаратов продолжается.
