Проблемы и перспективы внедрения квадрокоптера в образовательный процесс в системе дополнительного образования детей

Современная беспилотная авиация охватывает огромное количество различных сфер, включая образовательную сферу и является перспективным направлением и открывает мир профессий для обучающихся, поэтому исследование в данном направлении является актуальным. В статье рассмотрены аспекты развития беспилотной авиации, представлены квалификации беспилотных суден, описан процесс применения квадрокоптера в дополнительном образовании, выявлены перспективы внедрения его в образовательный процесс и проанализированы основные проблемы использования такого типа беспилотника в образовательной организации.

Ключевые слова: беспилотное воздушное судно, беспилотный летательный аппарат, мультикоптер, квадрокоптер, аэротехнологии, образование.

Развитие высоких технологий в настоящий момент происходит стремительно, технологические, инновационные процессы и открытия оказывают колоссальное влияние на развитие общества и нашу повседневную жизнь. Ещё совсем недавно человечество не могло себе представить появление и внедрение роботов и роботизированных систем в различные сферы жизни, а использование беспилотного воздушного судна было в новинку. Но сейчас в век технологических возможностей мы наблюдаем эпоху беспилотных технологий, которые представляют собой современную систему новых типов беспилотных воздушных суден (БВС).

До начала ХХ века, БВС представляли собой летательные судна самолетного типа и военного назначения. Прежде всего это было связано с тем, что электроника того времени была достаточно дорогой и громоздкой. Поэтому такое направление, как авиамоделизм было дорогим занятием, а о мультикоптерах в 1990-х годах не могло быть и речи. Только с появлением доступных и достаточно быстродействующих микропроцессоров и миниатюрных датчиков на основе новых технологий, благодаря этому стало возможно создание мультикоптеров. Развитие такого типа летательных аппаратов в свою очередь стимулировало развитие полетных контроллеров и к началу 2010-х годов произошло массовое распространение беспилотников среди рядовых потребителей и все большому применению в гражданской сфере [2].

Из-за множества конфигураций, характеристик и компонентов БВС до сих пор нет единой классификации. Рассмотрим типы БВС рис. 1, которые отличаются конструкциями и принципом работы. Беспилотные воздушные суда делят на самолётного и вертолётного типа. БВС вертолётного типа, которые имеют четыре несущих лопастных винта, ещё называют мультикоптерами [4].

Рис. 1. Классификация БВС по типу конструкции и принципу работы

Еще одну классификацию можно выделить по сферам использования или назначению. В научной сфере беспилотные летательные аппараты используются для получения новых знаний. Это могут быть испытания новой техники или наблюдения за природными явлениями [4].

Гражданская сфера применения беспилотных летательных аппаратов обширна, проиллюстрируем это на рис. 2.

Рис. 2. Доли мирового рынка услуг беспилотной авиационной системы [1, с. 17]

Сейчас летательные аппараты беспилотной авиационной системы активно применяются в образовательных целях. Одним из первых образовательных центров, которые стали использовать на занятиях беспилотники стал «Кванториум». Они появляются не только в дополнительном образовании, в кружках, но уже заняли нишу не только на внешкольных занятиях, но и внедряются непосредственно в процесс обучения таким предметам как математика, физика, технология и другие.

Для образовательных целей в основном применяются квадрокоптеры — беспилотный летательный аппарат с четырьмя моторами, управляется дистанционно. Программы делятся по длительности обучения. В первую очередь обучающиеся изучают устройство квадрокоптера, из чего он состоит и как управляется, учатся принципам работы FPV пилотирования.

Данная технология позволяет пилоту видеть изображение, получаемое с видеокамеры при помощи устройств отображения (телефонов, мониторов, видео-очков). Основное назначение технологии FPV заключается в возможности управлять беспилотником на больших расстояниях и просматривать в режиме реального времени картину, захватываемую камерой. Технологию можно применять, как для развлечений, так и для решений задач в профессиональной сфере [2].

У ребят занимающихся агротехнологиями появляется возможность участвовать не только в исследовательских проектах, решать реальные технические задачи, но и принимать участие в соревнованиях. Например, в сентябре этого года в г. Казань состоялись соревнования на дронах.

На занятиях обучающиеся программируют беспилотник на автономный полет внутри помещения, занимаются машинным зрением и осуществляют полеты по визуальным меткам. С помощью квадрокоптеров можно решать задачи технической направленности, участвовать в проектной деятельности, придумывать и создавать собственные беспилотники. Конструировать технические устройства с нуля позволяет школьникам устранять неполадки, возникающие в полете.

Безусловно, знание теории — очень важный момент. Но чтобы она принесла пользу, все материалы, полученные в процессе обучения, необходимо закрепить на практике. И использование квадрокоптера в данном случае будет очень уместным. Он поможет в:

— топографической съемке. Чтобы она прошла успешно, ученик должен правильно настроить камеру, рассчитать траекторию полета устройства, а также продумать альтернативные решения для непредвиденных ситуаций. С помощью аэроснимков местности на занятиях ребята занимаются их оцифровкой, создают 3d модели объектов по фото, в программе Agisoft Metashape. Что демонстрируется на рис. 3.

Рис. 3. Оцифровка аэроснимков

Полученные данные могут быть использованы в качестве документации культурного наследия, для производства визуальных эффектов, а также для непрямых измерений объектов различных масштабов [5].

Умение работать с беспилотником может помочь в сфере искусств. К примеру, съемка с воздуха будет очень важной для тех, кто обучается кинопроизводству. Ее активно применяют при создании различных фильмов, особенно, в стиле экшен. Необходим для изучения экологии, проведения поисковых и спасательных операций. Обучающиеся учатся использовать имеющиеся знания на практике, находить оптимальные методы спасения [3].

Использование в образовательной деятельности квадрокоптера не исключает и наличие проблем. Одной из главных проблем является регистрация и постановка на учет беспилотника. До 19 марта 2022 года в России можно было применять в открытой местности квадрокоптеры массой до 250 грамм, но согласно постановлению Правительства РФ, беспилотные судна массой от 150 грамм до 30 килограмм подлежат обязательной регистрации. Обязательная регистрация касается даже тех квадрокоптеров, которые не используются.

Ещё одна проблема, которая усложняет применение беспилотника — это полеты не по всем территориям, существуют законные ограничения для полетов. Полет должен проходить вне диспетчерских зон аэродромов гражданской авиации, запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон. Полет должен проходить за пределами воздушного пространства над местами проведения публичных мероприятий, официальных спортивных соревнований. Полет должен проходить за пределами воздушных зон над местами проведения охранных мероприятий. Полет должен проходить на удалении более 5 километров от контрольных точек неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок. Так же необходимо помнить, что на беспилотнике запрещено подниматься выше 120 метров.

Третья проблема, которая усложняет использование квадрокоптера здесь и сейчас в населенном пункте, даже для образовательной организации — это то, что необходимо перед взлетом получить разрешение органа местного самоуправления.

Нужно выделить еще один минус: не соблюдение техники безопасности и неправильное использование беспилотного судна может привести к необратимым последствиям, о которых постоянно необходимо напоминать обучающимся. Отсюда выявляется еще одна из проблем — дороговизна оборудования.

Несмотря на наличие проблем при использовании беспилотного судна, навыки, которые получают обучающиеся на кружках по обучению аэротехнологиям несомненно пригодятся им в будущем, умение управлять таким летательным аппаратом открывает перед школьниками мир будущих возможностей.

Литература:

1. БПЛА: Дайджест по робототехнике. — Текст: электронный // Центр технологий компонентов робототехники и мехатроники: [сайт]. — URL: https://robotics.innopolis.university/wp-content/uploads/2021/02/Digest-Robotics2.pdf (дата обращения: 23.10.2022).
2. История и сферы применения. — Текст: электронный // ГЕОСКАН: [сайт]. — https://cuti.cc/KHQwz (дата обращения: 22.10.2022).
3. Как можно применять квадрокоптеры в образовании. — Текст: электронный // Wondertech: [сайт]. — URL: https://wondertech.com.ua/blog/kak-mozhno-primenyat-kvadrokoptery-v-obrazovanii (дата обращения: 27.10.2022).
4. Просвирина, Н. В. Анализ и перспективы развития беспилотных летательных аппаратов / Н. В. Просвирина. — Текст: непосредственный // ЖУРНАЛ Московский экономический журнал. — 2021. — № 10. — С. 560–575.
5. Руководство пользователя Agisoft Metashape. — Текст: электронный // ГК Геоскан: [сайт]. — URL: https://cuti.cc/gY0yV (дата обращения: 27.10.2022).