Фотонные линии связи для скоростных перевозок

Один из важнейших проектов для развития России – это создание беспилотных транспортных коридоров. Создание новых скоростных магистралей, связывающих Камчатку с Калининградом, жизненно важен для всей страны. Но чтобы их сделать еще и беспилотными необходимо вкладываться в развитие фотоники. Иначе, такого рода транспортные узлы появятся не раньше 2040 года. Такого мнения придерживаются эксперты Центра компетенций НТИ «Фотоника», инженер-исследователь лаборатории интегральной фотоники ПГНИУ Валерий Кожевников и Виталий Максименко, старший научный сотрудник Центра.

Фотоника играет ключевую роль в развитии беспилотных транспортных средств, а значит способствует созданию современных способов перемещения. Современные беспилотники стоят на трех столпах. Это радары, лидары и компьютерное зрение. Однако, без создания необходимой инфраструктуры, все эти технологии будут не так эффективны.

Беспилотный транспорт

Например, лидары. Лидары — это как радары, но в лидарах используются специальные лазеры, в то время как в радарах используются радиоволны. Как же работает лидар? Он излучает импульс – тот отражается от препятствия и возвращается к приемнику в лидаре. Зная скорость света и время, через которое вернулся импульс, можно рассчитать расстояние до преграды и построить 3D модель и вывести её на экран персонального устройства. Таким образом, робот может «видеть» всё вокруг и строить свой маршрут так, чтобы избежать аварии.

 

С помощью камер беспилотники способны не только определить препятствие, но и идентифицировать его. В этом им помогают технологии компьютерного зрения. Система компьютерного зрения способна распознавать полосы движения на проезжей части дороги и считывать другую разметку на дорожном полотне. Кроме того, она позволяет автопилоту получать информацию с дорожных знаков, воспринимать сигналы светофоров, автомобилей и других участников движения. Видеокамеры «замечают» приближающиеся к роботу посторонние предметы, бортовой компьютер, основываясь на данных с камер, контролирует ситуацию на дороге, не допуская ДТП. Также система компьютерного зрения весьма эффективна при парковочных маневрах, выполняемых автопилотом. Она позволяет точно и быстро оценить расстояния до препятствий, определить их габариты, считать парковочную разметку, определить расстояние до бордюра и т.п. Совершенствование систем компьютерного зрения, конечно, связано с улучшением технических характеристик видеокамер, таких как быстродействие, разрешение, угол обзора, динамический диапазон чувствительности (способность работать при разном уровне освещенности) и других. Но главные усилия специалистов направлены на совершенствование алгоритмов распознавания объектов. Поэтому развитие технологий компьютерного зрения в первую очередь связывают с успехами в области машинного обучения, то есть с прогрессом в создании и совершенствовании нейросетей.

Какие еще технологии на основе фотоники нужны

Например, есть технологии VLC — это фотонная технология. На ее основе можно создать городскую сеть из передатчиков излучения в инфракрасном диапазоне, а приемники будут на беспилотниках – таким образом можно будет передавать им информацию о пробках, удобных путях проезда, о всей логистической задаче. Если такая сеть покрывает весь город, дальность перемещения, будет зависеть от заряда батареи робота.

Беспроводная зарядка, удаленное управление и другие фишки фотоники

Включение в инфраструктуру беспилотных магистралей оптоволоконных сетей, специальных фотонных датчиков и вышек 6G увеличит эффективность таких перевозок. Например, проложенные оптоволоконных линий связи позволит контролировать движение автомобиля или самолета в Чите, находясь в Москве. Это станет возможным благодаря высокой скорости передачи данных, что даёт возможность в реальном времени отслеживать местоположение, скорость, состояние транспортного средства и другие его параметры.

Установленные на протяжение всей дороги вышки 6G не только позволят устанавливать связи аппарата с оператором, но и подзаряжать беспилотник. На транспортное средство возможно установка специального фотоэлемента, который способен поглощать электромагнитное излучение в определенном спектре. Такие точки «подзарядки» можно было бы устанавливать раз в 5 километров, чтобы уменьшить износ батареи и самих фотоэлементов.

Благодаря оптоволокну и вышкам связи мы также сможем контролировать состояние транспортных средств. Датчики установленные в агрегаты беспилотники смогут передавать информацию об их состоянии на центральный компьютер, а тот в свою очередь на вышку связи, которая потом перешлет её в центр управления.

Разработка недорогих, надежных и миниатюрных компонентов для коммуникации, основанной на свете (LiFi), обеспечит новые возможности взаимодействия между самими беспилотниками, с другими участниками дорожного движения, а также с инфраструктурой через высокоскоростную связь ближнего действия. Благодаря этому беспилотники смогут «общаться» между собой и передавать необходимую информацию друг другу.

Благодаря установке такой инфраструктуры мы сможем передавать петабайты информации (1 125 899 906 842 624 байт) о всех участниках беспилотного движения в одно мгновение. Однако, необходимо появление дата-центров, которые будут обрабатывать и хранить эти данные. Не стоит забывать и о безопасности этой информации, нужно будет защитить её от внешнего влияния и предотвратить утечки данных. В этом могут помочь квантовые и оптические компьютеры.

Самым привлекательным в случае создания таких магистралей – это возможность использовать различный транспорт. Летательные аппараты, автомобили, роботы доставщики и прочие беспилотники. Все это будет объединено в единую сеть технологиями на базе фотоники.

Какие трудности

Самая большая проблема, с которой встретиться государство при строительстве таких магистралей станет их стоимость. Она будет исчисляться сотнями миллиардов рублей. В эту стоимость будет входить не только прокладка дорожного полотна, но и включение всех этих технологий. А также, выделение необходимых частот для вышек 5/6G.

Возможны варианты без таких широкомасштабных изменений. Однако они будут локальны и не смогут распространяться на протяжении всей страны и будут менее эффективны. Но без развития технологий фотоники, мы не сможем создать такие беспилотные транспортные коридоры. Поэтому вкладываться в её развитие нужно здесь и сейчас.

Фотонные линии связи для скоростных перевозок
Поделиться новостью: