|
Albatros w geodezji
Innowacyjne rozwiązania geoinformatyczne stymulują m.in. zmiany w technikach pomiarowych wykorzystujących drony. W ostatnich latach odnotowano także ugruntowanie pozycji płatowców typu VTOL (Vertical Take-Off and Landing), czyli tzw. pionowzlotów.
VTOL Trinity F90+ wykonujący start lub lądowanie w pionie
Bezzałogowe statki powietrzne (BSP) typu VTOL charakteryzują się możliwością precyzyjnego, w pełni automatycznego pionowego startu oraz lądowania. Jest to szczególnie przydatne na terenach zabudowanych czy zadrzewionych. Podczas startu i lądowania wszystkie trzy silniki odchylane są do pionu, a następnie płynnie opuszczane do poziomu, co pozwala na przejście z lotu pionowego w poziomy (przy starcie) i odwrotnie (przy lądowaniu).
W górę!
Trinity F90+ to przykład pionowzlotu o napędzie elektrycznym (eVTOL). Dron ten charakteryzuje się również bardzo długim czasem szybowania podczas wykonywania misji fotogrametrycznych (powyżej 90 min), co przy prędkości 17-20 m/s przekłada się na bezkonkurencyjną efektywność w swojej klasie. W trakcie lotu ciąg wytwarzany jest przez ruch śmigieł tylnego silnika umieszczonego na stateczniku pionowym, podczas gdy dwa przednie silniki na skrzydłach są automatycznie wyłączane, zapewniając maksymalną oszczędność zużycia akumulatora.
Duża rozpiętość skrzydeł (2,4 m) i długi czas szybowania w powietrzu dzięki dopracowanym na Uniwersytecie Technicznym w Monachium właściwościom aerodynamicznym (doskonałość aerodynamiczna 14:1) powodują, że pionowzlot Trinity F90+ porównywany jest z albatrosem zmagającym się z wiatrem. Bezpieczny lot możliwy jest przy prędkości wiatru do 9 m/s podczas startu i 12 m/s w powietrzu. Trinity F90+ ma bardzo lekki (< 5 kg), a zarazem trwały korpus wykonany z materiału Elapor na sztywnej konstrukcji z włókna węglowego. Wprowadzony do produkcji pod koniec 2019 roku model VTOL Trinity F90+ (producent: Quantum-Systems, Monachium, Niemcy) oferowany jest na polskim rynku przez autoryzowanego przedstawiciela – spółkę ProGea Sky z Krakowa.
Zaplanowana misja fotogrametryczna w oprogramowaniu QBase3D
Klik-klik i najlepiej już niczego nie dotykać
Producent VTOL Trinity F90+ wyszedł z założenia, że ograniczając ingerencję operatora do minimum (wymagany jest oczywiście jego nadzór i sprawdzenie wszystkich podzespołów), będzie można stworzyć bezpieczny i niezawodny w obsłudze statek powietrzny. Pilot nie potrzebuje żadnych narzędzi do szybkiego złożenia Trinity F90+ – umożliwia to przemyślana konstrukcja i system zatrzasków. Montaż trwa zaledwie kilkadziesiąt sekund. Dron jest łatwy w obsłudze, a oprogramowanie QBase3D (Quantum-Systems) pozwala na:
- wybór konkretnego modelu BSP oraz kamer (niemiecki producent oferuje jeszcze inne modele),
- wybór map bazowych,
- dodawanie i łączenie ze sobą obszarów do nalotów korytarzowych i powierzchniowych,
- zaprogramowanie automatycznej misji fotogrametrycznej – miejsca startu i lądowania,
- aktualizację danych meteorologicznych (kierunek i siła wiatru) importowanych z najbliższych stacji pomiarowych,
- śledzenie BSP podczas lotu na ekranie monitora wraz ze wszystkimi informacjami niezbędnymi do monitorowania nalotu (prędkość wiatru dzięki wbudowanej rurce Pitota, prędkość przelotowa BSP, liczba dostępnych satelitów GNSS, pozycja XYZ, czas lotu, stan baterii, liczba wykonanych zdjęć); większość tych parametrów wyświetlana jest również na kontrolerze (RC), którego zasięg wynosi aż 7,5 km.
To samo oprogramowanie QBase3D pozwala na użycie modeli wysokościowych – automatyczne wczytanie modeli DTED pozyskanych w czasie misji SRTM lub import własnych opracowań czy NMPT z projektu ISOK. Dodatkowo w oprogramowaniu zaimplementowano moduł do korekcji w postprocessingu zapisanej trajektorii oraz geotagowania zdjęć. Zestaw Trininty F90+ zawiera również własną stację bazową (dwusystemowy odbiornik GNSS) iBase umożliwiającą realizację misji w trybie PPK.
Sony RX1R-II – przykład kamery montowanej na Trinity F90+
Oczy Trinity F90+, czyli szybka wymiana kamer
W pracach geodezyjnych z zakresu opracowań fotogrametrycznych w zasadzie największe znaczenie ma dokładność pozyskiwanych danych. Niewątpliwie elementem decydującym o doborze właściwego BSP jest możliwość stosowania kamer o odpowiednio zaawansowanych matrycach. Do VTOL Trinity F90+ proponowany jest system wymiennych kamer zintegrowanych z przedziałem ładunkowym (montaż na jeden zatrzask, maksymalna waga do 700 g). Sensorem steruje komputer pokładowy, realizując założenia zaprogramowanej misji z uwzględnieniem prędkości wiatru, zadanej wysokości, pokrycia podłużnego i poprzecznego, wysokości powyżej powierzchni terenu (AGL) czy wielkości piksela terenowego. Rejestracja środków rzutów zdjęć odbywa się automatycznie w odpowiednio zaplanowanych lokalizacjach. Czytniki kart SD montowane są na zewnętrznej stronie obudowy przedziału ładunkowego, co umożliwia szybką ich wymianę bez konieczności jego demontażu.
- VTOL Trinity F90+ przystosowany jest do obsługi kamer:
- Sony RX1R-II (42 Mpix; 1,3 cm GSD przy 100 m AGL) – kamera najczęściej wykorzystywana w profesjonalnej geodezji, pozwalająca na pokrycie 200 ha przy zasięgu lotu do 100 km,
- Sony UMC-R10C (20,1 Mpix; 2,6 cm GSD przy 100 m AGL),
- Sony UMC-R10C + Micasense RedEdge-MX – zestaw kamer: RGB + 5 kanałów spektralnych (R, G, B, RedEdge, NIR),
- MicaSense Altum (5 kanałów spektralnych + sensor termalny),
- MicaSense Dual Camera System (10 kanałów spektralnych dla projektów wykorzystujących dane Sentinel-2).
ADS-B OUT, czyli gdzie jest Trinity F90+
Dzięki standardowemu wyposażeniu w transponder typu ADS-B In oraz opcjonalnemu aktywnemu transponderowi ADS-B Out pionowzlot Trinity F90+ idealnie nadaje się do nalotów wykonywanych w misjach poza zasięgiem wzroku (BVLOS). System Live-Air-Traffic-Info jest automatycznie integrowany z oprogramowaniem QBase3D po podłączeniu klucza ping USB i pozwala na śledzenie „na żywo” ruchu lotniczego w promieniu kilkadziesięciu kilometrów od realizowanej misji. Transponder aktywny ADS-B Out nadaje natomiast identyfikator i pozycję Trinity F90+, co zwiększa bezpieczeństwo innych użytkowników przestrzeni powietrznej (pozycja dostępna jest m.in. w aplikacji Flightradar24).
Położenie GCP i punktów kontrolnych oraz rozkład błędów pomiarowych (RMSE) na przykładzie ortofotomapy dla obszaru położonego koło Bochni
Dokładność opracowań i czas nalotu
Lokalnie uruchamiana przez pilota stacja bazowa iBase (w standardowym wyposażeniu) zapewnia niezależność i niezawodność w sytuacji awarii innych serwisów poprawek GNSS lub dużej odległości do najbliższej stacji referencyjnej. W trybie PPK precyzyjnie zarejestrowane środki rzutów zdjęć oraz dane z IMU pozwalają na osiągnięcie dokładności opracowania ortofotomapy na poziomie 2-5 cm (bez pomiaru fotopunktów GCP, z użyciem lokalnej stacji iBase). Zastosowanie odpowiednio rozmieszczonych w obszarze nalotu sygnalizowanych fotopunktów podnosi znacząco jakość opracowania ortofotomapy cyfrowej (tab. 1 i 2).
Podczas ponad 90-minutowego lotu na jednej baterii (wymienny dziób samolotu z akumulatorem 12 000 mAh) Trinity F90+ może pozyskać z wysokości 120 m zdjęcia do opracowań fotogrametrycznych (kamera RGB, piksel 3,2 cm GSD) dla aż 700 ha. Przy czasie ładowania akumulatora około 60 minut do realizacji większych projektów wystarczą w zasadzie 2 baterie.
A co poza geodezją?
VTOL Trinity F90+ idealnie sprawdza się w nalotach korytarzowych (obiekty liniowe) na potrzeby monitoringu linii energetycznych, rurociągów czy infrastruktury kolejowej. Przykładem może być realizowany w Niemczech projekt polegający na monitorowaniu uszkodzeń trakcji energetycznej linii kolejowych (Deutsche Bahn) powstałych w wyniku nagłych zjawisk atmosferycznych. W takich sytuacjach dron startuje automatycznie ze specjalnego hangaru do misji autonomicznej w celu pozyskania zdjęć obrazujących rozmiar szkód. Pozwala to na podjęcie szybkich działań w zakresie oceny zniszczeń i przywrócenia zablokowanego ruchu kolejowego.
Szerokie zastosowanie VTOL Trininty F90+ znajduje również w rolnictwie precyzyjnym, leśnictwie i ochronie przyrody, czyli wszędzie tam, gdzie potrzebna jest informacja spektralna o kondycji zdrowotnej roślinności lub o jej stanie fenologicznym. Pionowzlot okazuje się przydatny w monitoringu szkodników czy zniszczeń w uprawach powodowanych przez zwierzęta. Z wykorzystaniem nalotów Trinity F90+ powstają platformy obliczeniowe bazujące na zaawansowanych algorytmach uczenia maszynowego (ML), jak np. rozwiązanie firmy Hummingbirds Technologies. W tym celu wykorzystywane są kamery wielospektralne MicaSense, a niebawem także termalne.
Więcej szczegółów technicznych i przykładów projektów znaleźć można na stronie www.progeasky.pl.
Artykuł ukazał się w bezpłatnym niezbędniku sprzętowym DRONY DLA GEODETY 2020
| 
