Автор Тема: Интегриране и сливане на космическите и наземните технологии и инфраструктури  (Прочетена 29 пъти)

0 Потребители и 1 Гост преглежда(т) тази тема.

Неактивен Dimitar

  • Owner
  • Hero Member
  • *****
  • Публикации: 606
  • Рейтинг: +0/-0
  • Пол: Мъж
  • Място: София


Сряда, 17 Януари 2018
д-р инж. Марко Лизи

Европейска космическа агенция, Холандия

marco.lisi@esa.int
Резюме

Универсалната локализация и синхронизиране (тайминг), универсалното наблюдение, универсална свързаност, 3D цифрово моделиране: тези четири основни технологични тенденции предизвикват епохален преход в историята на човечеството, характеризиращ се от една страна чрез интегрирането и сливането на различни пространствени и наземни технологии и инфраструктури, в ново, подобрено представяне на нашия физически свят; от друга страна - чрез прогресивната дематериализация на продуктите и чрез трансформирането им в услуги.

Това епохално развитие изисква промяна в концепцията за инженерството, като по-систематично, по-конкурентно и то трябва да се изучава през целия живот.

Цялото производство ще бъде радикално трансформирано както по отношение на организационните парадигми (т. нар. Индустрия 4.0), така и по отношение на радикално нови технологии (Допълнително производство - Additive Manufacturing).

Тези нововъзникващи технологии ще доведат до радикални промени в нашето общество – от автономно шофиране до широко ползване на безпилотни летателни апарати (БЛА) за търговски, а не само за военни цели.

В "Новия цифров свят" бъдещето на космическите технологии разчита на две думи: "интеграция" и "синтез".

С основната си роля в позиционирането и тайминга, в дистанционните методи и в комуникациите, днес космическите технологии могат да играят съществена роля в предоставянето повсеместно на широколентови цифрови услуги.

Универсалната повсеместна свързаност, изисквана от Интернет на нещата (IoT), въпреки широкото разпространение на безжичните мрежи и обещанията за 5G, никога няма да бъде напълно постигната без спътниковите мобилни комуникации.

Същото се отнася и за автономното шофиране и ползването на БЛА, където спътниците не само осигуряват повсеместна комуникация, но и универсално повсеместно позициониране и тайминг.

Необходима е безпроблемна интеграция на космическите и наземните технологии: по-специално сателитните комуникации трябва да бъдат напълно оперативно съвместими с наземните мрежи и от тази гледна точка е желателно, а дори и задължително) пълно интегриране на спътниците в стандартите 5G.

Сателитите и безжичната връзка могат да работят много добре заедно и да бъдат основен елемент на новия дигитален свят около и над нас, но се изисква едно последно усилие за тяхното сливане.

I. Въведение
Епохалният преход се задейства от четири основни технологични тенденции:

a. Универсална локализация и синхронизиране: Глобалните навигационни сателитни системи и други подобни инфраструктури за позициониране, навигация и синхронизация (PNT) позволяват много точна локализация в пространството и времето както на хората, така и на нещата;

б. Универсалните дистанционни методи: от 1 до 10 трилиона сензори ще бъдат свързани към интернет през следващото десетилетие (минимум 140 сензора за всяко човешко същество на планетата;

в. Универсално свързване: 2,3 милиарда мобилни широколентови устройства и 7 милиарда мобилни клетъчни устройства през 2014 година. През следващите години 5G значително ще увеличи скоростта на свързване и данни;

г. Прогресивно и детайлно 3D моделиране на света около нас.

II. Универсално локализиране и тайминг


Фигура 1: Много съзвездия на ГНСС

Глобалните навигационни спътникови системи, като GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Beidou заедно представляват потенциално оперативно съвместима и координирана инфраструктура, която по същество подпомага повечето промишлени и икономически аспекти на нашето общество (фигура 1).
По-конкретно GPS се смята за глобална услуга, тясно свързана с всички други - от електроразпределителните системи до системите за управление на въздушното движение, от железопътните мрежи до водопроводните и нефтопроводни мрежи.
В съзнанието на средния потребител (но също така и на много инженери) основният принос на ГНСС и причината за тяхното съществуване изобщо е те да осигурят точна позиция и надеждна навигация, било то на кола, самолет, влак или кораб.
Прецизното синхронизиране сред инженерите е основно за ГНСС.
В реалността, както сочи проучване на Държавния департамент на САЩ, таймингът е най-стратегическият и основен елемент от услугите, предлагани от ГНСС, и именно той засяга всички инфраструктури на обществото. В световен мащаб се разработват и PNT системи и технологии, които не са свързани с ГНСС.
В бъдеще вероятно ще се създаде система от системи, които включват едновременно ГНСС и инфраструктури, които не са свързани с ГНСС, като за потребителите сливането на данни от ГНСС и други сензори (като инерционни платформи, Wi -Fi, GSM, сигнали за възможност и т.н.) стават нормални практики (фигура 2).


Фигура 2: Глобалната PNT инфраструктура

Данните, получени от различни системи и платформи, ще бъдат безпроблемно слети в приемниците на потребителя, което гарантира висока степен на достъпност и сигурност.

III. Универсално наблюдение (Ubiquitous Sensing)

Интернет на нещата (IoT) предвижда милиарди обекти, които да са свързани с интернет или "неща", които могат да “усещат“, общуват, изчисляват и потенциално да действат, сякаш са разумни, те имат различни интерфейси и атрибути. Интернетът на нещата е революция за всички аспекти на съществуването ни и на всекидневието ни. (фигура 3).


Фигура 3: Влияние на интернет на нещата върху бизнеса и обществото

Експоненциалният му растеж всъщност предполага реализацията на Универсално наблюдение: до 10 трилиона сензори ще бъдат свързани към интернет през следващото десетилетие (минимум по 140 сензора за всяко човешко същество на планетата).
Универсалното наблюдение или повсеместното "гео", с което се подчертава пространственото измерение, произтичащо от интернет на нещата и от мобилните широколентови комуникации, ще означава, че ще можем да изследваме дори в реално време феномените около нас, обкръжаващата ни реалност, с възможности далеч отвъд нашите сетива. Ще бъдат налице огромни количества данни за анализ, всички свързани с пространството и времето.
Сателитите ще играят ключова роля в интернета на нещата, като не само ще  осигуряват точни пространствени и времеви рамки, но и ще гарантират всеобхватна и широколентова свързаност, като се интегрират в бъдещата 5G система.

IV. Универсална свързаност (5G)

Следващата вълна в мобилните комуникации 5G ще осъществи скок към целта за повсеместна и широколентова свързаност (фигура 4).


Фигура 4: Архитектура на инфраструктурата 5G

Всъщност 5G няма просто да разшири линейно възможностите на предишните четири поколения мобилни мрежи, а драстично подобрената им производителност и гъвкавост ще направи напълно изпълними високите скорости на пренос на данните и обработката им в реално време. Очевидно е, че 5G ще се превърне в естественото технологично допълнение към IoT (фигура 5).


Фигура 5: 5G и интернет на нещата

Сателитните комуникации имат възможност да се превърнат в неразделна и съществена част от 5G екосистемата. Те могат ефективно да допълнят наземните мрежи (фигура 6):

* Универсално покритие;
* Високоскоростни мрежи;
* Бекъп на наземни мрежи;
* Високо надеждни и сигурни мрежи;
* Разпространение на съдържание.


Фигура 6: случаи на използване на спътници в 5G

Приложенията с добавена стойност са осъществими чрез интегриране на спътниците в 5G архитектурата. Така могат да се управляват активи (поддръжка на автомобили, управление на флота, проследяване на товари, проследяване на устройства), да се подобрят комуникациите между високоскоростни платформи (автомобили, влакове, самолети, безпилотни летателни апарати) и да се осигурят високо надеждни комуникации (автоматизация на индустрията, електронно здравеопазване, дистанционно управление, управление на съоръженията).

Традиционните слабости на спътниковите комуникации - разходите и забавянето,  са минимизирани от въвеждането на високопроизводителни сателити (HTS) и от негеостационарни (LEO и MEO) съзвездия.

V. 3D моделиране и 3D принтиране

Големият обем от данни, събрани от различни сензори, отразени в пространството и времето и предавани чрез безжични и сателитни комуникационни мрежи, ще позволят разработването на триизмерни модели на обкръжението ни, на реалността около нас, с точност и подробности, които никога досега не са били постигани.

Тази подобрена реалност ще отвори пътя към много нови приложения в производството, транспорта, обучението, научните изследвания.

Индустриалното производство и пазарът на потребителски продукти вече е силно преобразуван, както по отношение на новите организационни парадигми (Индустрия 4.0), така и поради приемането на нови производствени технологии, като Допълнително производство (Additive Manufacturing, АМ).

Допълнителното производство, известно също като 3D печат позволява създаването на предмети с наслагване на материала за постигане на хармоничен хардуер за разлика от традиционните извличащи процеси, където материалът се отстранява от по-големи парчета (фигура 7).


Фигура 7

Като много други производствени процеси, 3D печата води със себе си и нарастване на ползването на други вече съществуващи технологии като  Computer-Aided Design (CAD) и други системи.

AM включва широк спектър от процеси и технологии, които могат да се прилагат върху много различни материали като метали, полимери, керамика и дори хранителни живи клетки и органи.

Днес AM е стандартен производствен процес със значителен брой индустриални приложения и високият му потенциал е очакван и дори признат в много случаи в секторите от висок клас технологии, включително космически, турбинни и медицински приложения.

Нарастващата наличност на достъпни цени на триизмерни принтери за лична употреба вероятно ще революционизира света на производството, както и търговията на дребно с такива стоки: в не толкова далечно бъдеще (някои такива приложения вече са налични в мрежата) само клик върху конкретен продукт в онлайн каталог онлайн, ще позволи появата на стоки от личните 3D принтери.

Така дематериализация на продуктите, като например музика и книги, ще продължи и при много други потребителски стоки, като домакински стоки, играчки и инструменти.

В интерес на истината, в бъдеще ще обменяме и търгуваме не физически стоки, а по-скоро техните права върху интелектуалната собственост (Intellectual Property Rights, IPR).

VI. Автономно шофиране

Позиционирането чрез сателит допринася за развитието на по-добри транспортни услуги и нови приложения за безопасен транспорт и интелигентна мобилност. Благодарение на своята гъвкавост, бързо развиващите се възможности, ниските инфраструктурни разходи и дългосрочната устойчива употреба, GNSS има важен принос в разработването на нови инфраструктури за интелигентна транспортна система (Intelligent Transport System, ITS).

Приложенията за интелигентна мобилност подобряват ефикасността, ефективността и комфорта на автомобилния транспорт чрез:

* Навигацията, най-широко разпространеното приложение, предоставя информация за водачите чрез преносими навигационни устройства (portable navigation devices, PND) и вътрешни системи (in-vehicle systems, IVS).

* Устройствата за бордово управление (on-board units, OBU) предават информация за позициониране на ГНСС чрез телематиката, като подпомагат операторите при мониторинга на логистичните дейности.

* Услугите за мониторинг на пътния трафик събират данни за местоположението на движещите се автомобили от превозни средства чрез PND, IVS и мобилни устройства. Данните се обработват и разпространяват на потребители и други заинтересовани страни.

Критичните за безопасността приложения привличат точно, надеждно и сигурно позициониране в ситуации, които представляват потенциална вреда за хората или увреждане на дадена система/среда:

* Разширените системи за подпомагане на водача (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) подпомагат водача по време на шофиране и действат като първа стъпка към автономните превозни средства.

* В кооперативните ITS и свързаните с тях превозни средства позиционирането на ГНСС е ключов елемент чрез съобщения от превозното средство до превозното средство (V2V) и превозно средство до инфраструктура (V2I), които повишават безопасността и комфорта на водача.

* Опасните стоки могат да бъдат проследени чрез ГНСС, след поставяне на предаватели в превозните средства, които ги носят, заедно с друга информация за състоянието на товара.

Различните приложения могат да доведат до значителни правни или икономически последици в зависимост от данните за позициониране:

* В системата за таксуване на пътниците (Road User Charging, RUC), решенията, базирани на ГНСС, таксуват шофьорите за действително изминато разстояние и
осигуряват съвместимост между националните трансгранични схеми.
* В Pay-As-You-Drive (PAYD) застрахователната телематика разчита на данните от ГНСС, за да увеличи справедливостта при автомобилното застраховане, както за застрахователите, така и за абонатите.

Регулираните приложения прилагат транспортните политики, въведени от националните и международните законодателства:

* IVS с възможност за GNSS се използват в общоевропейската система eCall, която ускорява спешната помощ на шофьорите и пътниците чрез изпращане на спешно повикване до номер 112 и също така предоставя информация за позициониране при нещастието при злополука.

* Интелигентните тахографи използват локализирането на ГНСС по пътищата, които регистрират положението на дадено превозно средство в различни точки през работния ден.

Все по-бързо развиващата се технология, която в момента ни смущава, показва най-очевидно синтеза на технологии, който предоставя нови услуги, а именно автономно шофиране (фигура 8).


Фигура 8

Автономното шофиране може да поеме дейности, които традиционно се изпълняват от водача, благодарение на способността му да се позиционира, да навигира и да комуникира с други превозни средства и пътна инфраструктура. Широкото навлизане на автономно шофиране може да намали пътнотранспортните произшествия, да намали разхода на гориво и да подобри потоците на движение, както и да подобри комфорта на водача.

Автономните превозни средства са следствие от комбинацията от различни технологии и сензори, което позволява на IVS да идентифицира оптималния път на действие.

Навлизането на автономното шофиране ще се случи много по-бързо, отколкото всеки от нас си мисли, тъй като това е типично за цифровите технологии (Фигура 9).


Фигура 9

С други думи, докато автомобилите отнеха десетилетия, за да навлязат широко, то автономното шофиране ще стане широкоразпространено само до няколко години. Мнозина смятат, че автономното шофиране вероятно ще бъде най-голямата обществена промяна след Интернет. Едно е сигурно: то ще унищожи традиционната концепция за колата като лично благо, за да стане част от транспорта като услуга и по този начин се потвърди прехода от продукти към услуги, споменати във въведението.

VII. Безпилотни летателни апарати (БЛА)

Въздушните превозни средства (БЛА), познати също като безпилотни самолети, са въздухоплавателни средства, които могат да летят при дистанционно управление от човешки оператор или автономно от бордови компютри (фигура 10).



Фигура 10: БЛА в земеделско приложение

Първоначално приети за военни приложения, те бързо навлязоха в цивилния живот и днес гражданските БЛА до голяма степен превъзхождат военните дронове.

Типичните приложения на гражданските БЛА са (фигура 11):

* Наблюдение;
* Проучване на терена;
* Мониторинг на околната среда;
* Природни бедствия и извънредни ситуации;
* Доставки на продукти;
* Въздушна фотография;
* Селско стопанство;
* Събиране на данни;
* Поддържане на инфраструктури.


Фигура 11: Приложения на БЛА

За тези БЛА, които работят извън зрителната линия (beyond visual line of sight, BVLOS), данните от интегрирана спътникова/наземна комуникационна мрежа и от навигационна платформа, включваща ГНСС, са от първостепенно значение. Надеждното и високоскоростно предаване на данни са необходими, за да се гарантира дистанционно управление на самолетите и данните да се прехвърлят от сензорите им – например от оптичната камера.

VII. Заключение
Универсалното локализиране и синхронизиране, универсалното наблюдение, универсалната свързаност, 3D цифровото моделиране: тези четири основни технологични тенденции предизвикват епохален преход в историята на човечеството, характеризиращ се с нарастващо преобладаване на услугите в икономиката.

Практически се стремим към подробна цифрова картина на света около нас, за еволюция на реалността, както можем да го усетим днес и с т. нар. добавена, обогатена реалност.

Възникващите технологии ще предизвикат радикални промени в обществото, като тези, свързани с автономното шофиране и с производството на добавки.

Необходима е безпроблемна интеграция на космическите и наземните технологии: по-специално сателитните комуникации трябва да бъдат напълно оперативно съвместими с наземните мрежи и от тази гледна точка е желателно (ако не задължително) пълно интегриране на спътниците в стандартите 5G.

Сателит и безжична връзка могат да работят много добре заедно и да бъдат основен елемент на новия дигитален свят около и над нас, но е абсолютно задължително да се правят усилия за сближаването на двете инфраструктури.

https://www.geomedia.bg/geodezia/item/6450-integrirane-i-slivane-na-kosmicheskite-i-nazemnite-tehnologii-i-infrastrukturi
« Последна редакция: Юли 21, 2019, 03:09:22 pm by Dimitar »
„Прогресът е пътят от примитивното през сложното към простото.“