- info@sdizrt.hu
- +36 70 944 88 39
Hordozó Droid Copter
(pilóta nélküli repülő eszköz projektben való hasznosításáról.)
Általános ismertető
Az általunk repülő eszköznek nevezett összetett mechanikai és elektronikai komponenseket tartalmazó szerkezet, önálló mozgásra is képes félautomata egység, Függőleges Fel- és Leszállásra Alkalmas Légijárművek (angol rövíditésük VTOL Vertical Take-Off and Landing Aircraft) pilóta nélküliek (UAV-ok) kategóriájába lettek besorolva. Jellemző rájuk a teljesen automatizált felszállási, repülési és landolási képesség, valamint a kézi irányítású (távirányított) repülési mód megléte. Minden esetben tartozik hozzájuk egy földi kiszolgáló és irányítási (sok esetben ez egy egység) bázis kezelőszemélyzettel.
Az UAV helikopterek (a továbbiakban robothelikopter) olyan, legtöbb esetben hasznos teherrel felszerelt szerkezetek, melyek az embertől kapott feladatukat automata, félautomata vagy akár kézi irányítással képesek ellátni a fedélzeti auto-pilot programja alapján, és/vagy a földi irányító állomás segítségével, a fedélzeti szenzorokon keresztül összegyűjtött adatok valós idejű továbbításával a földi irányító állomásra, az onnan rádiófrekvencián kapott utasításoknak megfelelően.
A robothelikoptert a földi bázis állomáson készítik elő a feladat végrehajtására, szerelik fel a célnak megfelelő eszközökkel, valamint programozzák az auto-pilot egységet előre meghatározott repülési útvonalra. A fedélzeti elektronika gondoskodik arról, hogy a jármű mindig a kijelölt útvonalon maradjon különböző időjárási körülmények között. A robothelikopterek olyan feladatokra készültek, ahol meghatározó az igen behatárolt fel- és leszállási terület, elvárás a célterület gyors elérése és berepülése, amit lassabb repülési szakaszok, emelkedések és süllyedések, vagy akár lebegés is válthatnak. Alkalmasak egy küldetés alatt többszöri fel- és leszállásra, az előírt biztonsági protokollokat betartva biztonságosan használhatóak.
A robothelikoptereket elsősorban repülési saját tömegük alapján különböztetik meg, másodsorban a hasznos teherbírás, harmadsorban a meghajtás és nyegyedsorban a repülési tulajdonságaik, intelligenciájuk alapján. Léteznek miniatürök, mini, midi és nagy tömegűek. Az alábbi felvételeken a teljesség igénye nélkül szemléletesen kerülnek bemutatásra.
A hordozóeszköz kiválasztása, bemutatása
A tanulmány keretein belül azt kutattuk, hogy milyen műszaki-technikai paraméterrek rendelkező robothelikoptert célszerű alkalmazni a napelemes rendszerek légi termográfiás vizsgálatához.
A mikro és mini robothelikopterek kis tömegűek, elektromos meghajtásúak, szerény repülési tulajdonságokkal rendelkeznek, kis hasznos teherbírásúak, szélérzékenyek. Akalmazhatóságukat kizártuk, holott az árkategóriában a legolcsóbbak, 20-100e USD.
A nagy tömegű robothelikoptereket, melyek több száz kilogrammosak is lehetnek, nagy teherbírásuk, kiemelkedően jó repülési tulajdonságaik és minden más előnyük dacára kizártuk, ugyanis a legdrágábbak. Egy ilyen robothelikopter ára akár a 10 millió USD is lehet.
Figyelmünket a midi kategóriára irányítottuk, itt részletesebben vizsgáltuk a robothelikopterek adottságait és repülési tulajdonságaikat. Gyakorlati próbák során kizártuk az elektromos, valamint a belső égésű robbanómotoros meghajtásúakat. Az elektromos meghajtásúak rendre rövid időt képesek a levegőben tölteni, míg a robbanómotorosok vibrációt, zavaró rezgéseket keltenek a váz szerkezetükben, ami átterjed a fedélzeti mérőműszerekre is, zavarva azok pontosságát.
A projekthez megfelelő robothelikoptert nem csak a műszaki-technikai paraméterek alapján vizsgáltuk, hanem a vizsgálati/mérő/megfigyelő eszközök hordozhatóságának, működtetésnek való megfelelőség szerint. Vizsgáltuk a kamera rögzítésének lehetőségeit, a rögzítés egységes mozgathatóságának lehetőségeit legalább két irányban. A robothelikopter testének repülés közbeni elmozdulásait (általában széllökések, turbulenciák, termikek hatására) a kamerákhoz viszonyítva giroszkópos stabilizátoros megoldással lehet kompenzálni megfelelő gyorsasággal. Olyan robothelikoptert sikerült találnunk, mely a projekt célunknak teljesen megfelelő, gázturbinás hajtóművel szerelt, kellő teherbírású, megfelelő repülési tulajdonságokkal rendelkezik és nem utolsó sorban magyar fejlesztésű és szükség szerint továbbfejleszthető. Továbbá ár/érték arányban a legjobbnak minősül.
A Copter Droid műszaki paraméterei
A cél egy olyan eszköz létrehozása volt, amely látási viszonyoktól függetlenül, előre programozott útvonalat képes végigrepülni folyamatos kontroll mellett.A tervezéskor fontos szempont volt az alacsony füstkibocsátás, alacsony rezgés, hosszú repülési idő, és a lehető leghalkabb működés a megfelelő teljesítmény leadása mellett.
A robothelikopter körülbelül 60 percet képes a levegőben maradni, miközben végrehajtja küldetését, mely akár 255 útvonalpontból is állhat. Ennek során a földi irányítóállomásról nyomon követhetőek a repülési paraméterek, bármikor megszakítható a repülés vagy új útvonalterv tölthető a gépre. Igénytől függően számos alkalmazás lehetséges, például: légi filmezés, fotózás, különböző műszeres mérések. Az eszközök megfelelő rögzítésére, távirányítására, automatizált vezérlésére már meglévő illetve továbbfejlesztett megoldásokat is lehet biztosítani.
Követelmények a robothelikopterrel szemben a projekt alapján:
- kb 60 perc repülési idő
- 1,7 kg tömegű kamera és tartozékainak emelése (max 5kg)
- automatikus küldetésvégrehajtás
- tervezett repülési nyomvonaltól való eltérés kevesebb mint 4m
- 10 m/s repülési sebesség
- -hökamera forgatása a helikopterhez képest
- -hőkamera vezérlése
- -terepi küldetésvezérlés
A robothelikopter alkalmas a hőkamera emelésére, a megfelelő rögzítés, forgatás és vezérlés jelen fejlesztés keretei között kerülnek megvalósításra. (Nikon D300, D700, D800 fényképezőgéppel a rendszer jelenleg is üzemeltethető.)
A folyamat leírása:
- -a vizsgálandó terület pontos kijelölése, sarokkoordináták kimérése
- -robothelikopteres küldetés megtervezése (repülési sorok, képkészítési pontok, fordulók)
- -küldetés végtehajtása - adatok gyűjtése (megfelelő időjárási körülmények között)
- -adatfeldolgozás, kiértékelés
Szoftver fejlesztés
1. Terepi adatgyűjtő szoftver
A terepi adatgyűjtő alkalmazás célja, hogy egy GPS-szel felszerelt tableten futtatva lehetővé tegye a terepen egy robothelikopteres küldetés előkészítést, a felmérendő és kizárandó zónák meghatározását.
Funkciói
• Projekt kezelés (mentés, betöltés): A felhasználó a munkát projektekben végzi, melynek paraméterei egy projektfájlban tárolódnak. Ez az összes hasznos adatot tartalmazza.
• Adatbetöltés csv-ből, shp-ből és/vagy kml-ből: A felhasználó képes meglévő adatot betölteni shapefilebol, vagy kml-ből. A betöltött adat tartalmazhat poligonokat (bejárandó, kitiltott terület), vagy pontokat (melyekből a területek kialakíthatók). A polygonok esetén megadható, hogy melyik attribútum mezőből vegye a polygon típusát (bejárandó, kitiltott, egyéb).
• Térképnézet: alaptérkép betöltés, polygonok és pontok típus szerinti színkódokkal
• Térképkezelés: Zoom, pan, zoom window, zoom to extent, info, típus szerkesztés (bejárandó, kitiltott, egyéb).
• GPS kezelés: GPS pozíció megjelenítése térképen. GPS pozíció mentése 3D pontként. Polygon digitalizálása körbejárással.
• Polygonok kezelése: polygonok, pontok szerkesztése, törlés, hozzáadás, digitalizálás, snappelés meglévő polygon törésponthoz, egyéb betöltött, megmért ponthoz.
• Google/Bing/OSM háttér betöltés, amennyiben Google/Bing térképlicensszel megrendelő rendelkezik. OpenStreetmap térképi háttér szabadon használható.
• Pontok, polygonok exportja shp, kml, csv-be.
• Távolság, területmérés digitalizálással, meglévő objektumokra snappelve
• Pufferzóna készítés pontra, vagy poligonra adott távolsággal (pl. kizárt terület megadásához)
2. Küldetés tervező szoftver
A küldetéstervező célja, hogy a terepi adatgyűjtővel felvett, vagy egyéb forrásból származó
terepi információ alapján megtervezze a robothelikopter küldetését a helikopter robotpilótája által fogadott formátumban.
Funkciói
• Küldetés alap input adatainak kezelése:
o Elvárt terepi felbontás (max/min/átlagos terepi magasságon)
o Kamera látószög, pixelszám
o Max repülési idő
o Home pozíció digitalizálása, vagy lat/lon bevitele
o Küldetésben résztvevő bejárandó területek
o Sorok iránya északhoz képest
o Magasság min/max értékei, vagy meghatározott ponthálóra interpolálva o Sorok túlrepülése m-ben
o Plusz sorok repülése db.
o Maximális süllyedés, emelkedés változó magasságú sorok esetén.
• Küldetés mentése/betöltése fájlból
• Megszakítási pont kijelölése, csak a fennmaradó területre új küldetés generálása
• Outputok generálása:
o Repülési terv/küldetés számítása: egy repüléssel bejárható terület a sorok
home pozícióra oda-visszatéréssel, sorok bejárási sorrendjével, a küldetéshez rendelt bejárandó területekre, a kizárt területek figyelembe vételével.
Fényképezési helyek közötti idő számítása.
o Export: átnézeti rajz, szöveges report, wepilot betölthető küldetésfájl.
Egyéb feltételek:
• Részletes tervezés: A projekt kezdetén részletes műszaki terveket készítünk, melyet
egyeztetünk Megrendelővel melynek elemei:
o Funkcionális specifikáció
o Logikai rendszerterv (komponensek és kapcsolataik)
o Képernyőtervek
• A fejlesztés iteratív módon valósul meg az egyes funkciók folyamatos implementálásával és tesztelésével. Az egyes fázisok eredménye a Megrendelő számára követhető. Szükség szerint egyeztetünk az egyes fázisok tartalmáról.
• A folyamatnak fejlesztői unit és integrációs tesztelés is része.
• A rendszer által kezelt tablet típusa: Algiz 10X terepálló tablet Windows 7 Operációs rendszerrel
• A fejlesztői környezet .NET Visual Basic és C#
• Az operációs környezet: Windows 7 és Windows 8 és 8.1