Московский государственный университет геодезии и картографии ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИРОТОРНЫХ БПЛА В ЦЕЛЯХ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Студенты ФПКиФ 2-4: Барбасов В. К. Гаврюшин Н.М. Батаев М.С. Научный руководитель: проф. Алтынов Александр Ефимович. тел.: +7 (909) (906)

Аннотация. В данной работе рассмотрены возможности мультироторных БПЛА и способы их применения в крупномасштабном мониторинге местности Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БПЛА) мультироторные, многомоторные БПЛА, аэрофотосъемка. Abstract : The goal of our project is to focus the readers attention to the possibilities of multi rotor UAV and methods of its usage in large-scale terrain monitoring. Keywords: unmanned aerial vehicle (UAV), multi rotor, multiengined UAV, aerial photography.

БПЛА мультироторного типа (Гексалет)

Беспилотный летательный аппарат - летательный аппарат без экипажа на борту, использующий аэродинамический принцип создания подъемной силы с помощью фиксированного или вращающегося крыла (БПЛА самолетного и вертолетного типа), оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач Аэростатические АэродинамическиеРеактивные Гибкое крыло Фиксированное крыло Вращающееся крыло БезмоторныеАэростаты Воздушные змеи и аналоги безмоторных аппаратов сверхлегкой авиации (парапланы, дельтапланы и др.) Планер МоторныеДирижаблиАналоги моторных аппаратов сверхлегкой авиации (парапланы, дельтапланы и др.) БПЛА самолетного типа БПЛА вертолетного типа Космические реактивные аппараты Типы беспилотных летательных аппаратов

Классификация БПЛА в РФ включает следующие категории (классы): Нано БПЛА ближнего радиуса действия- взлетная масса до 0.25кг, дальность действия до 2км Микро- и мини- БЛА ближнего радиуса действия - взлетная масса до 5кг, дальность действия до 25…40 км Легкие БЛА малого радиуса действия- взлетная масса 5-50 кг, дальность действия 10…70 км Легкие БЛА среднего радиуса действ - взлетная масса кг, дальность действия 70…150 (250) км Средние БЛА -взлетная масса кг, дальность действия 150…1000 км Средне-тяжелые БЛА -взлетная масса кг, дальность действия 70…300 км Тяжелые БЛА среднего радиуса действия - взлетная масса 500 кг, дальность действия 70…300 км Тяжелые БЛА большой продолжительности полета - взлетная масса 1500 кг, дальность действия 1500 км Беспилотные боевые самолеты (ББС)- взлетная масса более 500 кг, дальность около 1500км

Размер рынка геоинформационных и геопространственных продуктов составил 4,4 млрд. $ по данным на 2010 год. Рынок геоинформатики и дистанционного зондирования состоит из космической съёмки, наземной съемки, съёмки с полноразмерных летательных аппаратов (ЛА), съёмки с легких ЛА в т.ч. БПЛА. На российском рынке оказания услуг в сфере аэрофотосъёмки наблюдается высокий уровень конкуренции.

Данный БПЛА представляет собой радиоуправляемую летающую платформу на которой установлено от бесколлекторных двигателей с пропеллерами. В полете платформа занимает горизонтальное положение относительно поверхности земли, может зависать над определенным местом, перемещаться влево, вправо, вперед, назад, вверх и вниз. В настоящее время, благодаря разработанному дополнительному оборудованию аппарат имеет возможность осуществлять фактически полуавтономные и автоматические полеты. БПЛА вертолетного типа

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: Полетный вес: 1.5 кг Диаметр: 85 см Тяга: 6x850 грамм Длительность полета: 25 минут Максимальная скорость: 50 км/ч Максимальная дальность: – Управление: 2 км – Видео: 3 км

РЕЖИМЫ ПОЛЕТА Ручной (без стабилизации) Ручной (со стабилизацией) Удержание высоты Удержание позиции Круговой облет вокруг точки Полет в заданную точку Полет в автоматическом режиме по заданному маршруту Автоматический взлет / посадка

Рассмотрим + применения мультироторного БПЛА для целей аэрофотосъемки: Возможность снимков с малых и очень малых высот, вблизи объектов приближаясь к ним буквально вплотную, и как следствие высокое разрешение снимков. Оперативность получения снимков.(Возможно получать снимки во время или сразу после полета) Возможность применения в зонах чрезвычайных ситуаций без риска для жизни и здоровья пилотов. Немалым плюсом коптера как и практически любого БПЛА является его рентабельность: обучение персонала сильно упрощается из-за большой автоматизации процесса

Взаимодействие элементов системы управления

Каналы взаимодействия мультироторного БПЛА с наземной станцией Пульт управления Наземный модуль телеметрии Электронная начинка БПЛА Видеоочки

Информация получаемая операторами

Сравнение БПЛА, вертолетов и мультироторных. Мультироторный: Более стабилен (хотя это в немалой степени зависит от электроники и конструкции аппарата) Дешевле и проще в ремонте, имеет меньше механических узлов и меньше подвержен механическим воздействиям. Легче в управлении. Менее прожорлив, чтобы вертолет мог нести такую же полезную нагрузку он должен быть с ДВС.

Способы использования мультироторного БПЛА в задачах мониторинга окружающей среды: Картографический мониторинг Топографическая съемка Многозоональная съемка Тепловизионная съемка Геология Кадастр (стереопара) Контроль ЧС Задачи агропромышленнго комплекса снимки для создания 3D контроль условий сельскохозяйственных угодий (полей) Экологический мониторинг: - радиоактивного излучения; - химического загрязнения; - бактериологического загрязнения.

Для целей картографического мониторинга мультироторный БПЛА должен рассматриваться в совокупности с его приборным оснащением и полезной нагрузкой – БАС (Беспилотная авиационная система) БАС, помимо самого БПЛА, в котором установлен бортовой комплекс управления, состоит из полезной нагрузки и наземной станции управления. Функции наземного пункта управления: - Автоматическое управление полетом; - Навигационное обеспечение полета; - Ввод и обработка задания на полет; - Организация беспроводного канала связи с оператором; - Приём, обработка и хранение полученной информации (видеоданные и телеметрия); - Выдача сигналов управления БПЛА. Функции и элементы наземной станции

К полезной нагрузке для задач БПЛА могут относится: - цифровая фотокамера (видеокамера) -тепловизор -ИК-камера - радиолакационное обурудование (эхолот) - счетчик Гейгера

Полетное задание БПЛА

В МИИГАиКовской СИГ Кречет ведется разработка платформ для целей картографического мониторинга. п/п ХарактеристикиБАФК Кречет Самолет БАФК Кречет Мультиротор ный БАФК Кречет Аэростат 1Рабочий Размер д*ш*в, мм1800*1500* *720* *2000* Транспортировочный размер д*ш*в, мм 720*170*150400*400*400 3Скорость горизонтального полета км/ч 40…1000…600..ветра 4Рабочая высота полёта над уровнем земли, м 60…10005… Продолжительность полета в мин, кгдо 50До 30неограничен но 6Макс взлетный вес, кг3,52,58 7Макс масса полезной нагрузки1,20,85 8Диапазон рабочих температур,°C-25°.. +50°C -20°.. +50°C 9Скорость ветра на старте, не более, м/c Скорость ветра на высоте 300м, не более чем м/c Размер посадочной площади, не менее м*м 2*301*13*3 13Обслуживающий персонал, чел Двигательная установка электромотор, шт 16-

Существующие разновидности:

Фотка красивая такая Фото мультироторного БПЛА разработанного в СИГ «КРЕЧЕТ»

Выводы: Использование мультироторного БПЛА типа в качестве аэросъемочной платформы снимков с малых и очень малых высот, вблизи объектов приближаясь к ним буквально вплотную, и как следствие высокое разрешение снимков, имеет большие перспективы при съемке небольших по протяженности площадных (точечных) объектов и при съемке линейных объектов в большом разрешении. Отсутствие перегрузок характерных для самолетных БПЛА таких как удары, возникающие во время таких экстремальных этапов полета, как взлёт с катапульты, или посадка на парашютной системе посадки\спасения, негативным образом влияют на незащищенные элементы ПН и в особенности на Фотооборудование. Элементы внутреннего ориентирования камеры определенные во время калибровки с высокой точностью способны изменяться, и особенно это заметно у малогабаритных камер - компактов. Согласно инструкции, если аэрофотокамера подверглась удару, или даже толчку – необходимо произвести повторную калибровку, что мешает производственному процессу.

Возможности мультироторных БПЛА. - в зависимости от решаемых задач аппарат может иметь конфигурацию от 3-х до ти) двигателей - поднимать на высоту до 350 метров полезную нагрузку весом до 2 кг (в зависимости от конфигурации аппарата). В качестве полезной нагрузки может быть фото-, виде­ооборудование, датчики, сенсоры, арматура для их кре­пежа и др.; - «зависать» на заданной оператором высоте с возможностью ее плавного увеличения и уменьшения; - перемещаться во всех направлениях с полезной нагрузкой со скоростью до 50 км/ч (на данный момент рекорд скорости 120км/ч); - полетное время аппарата зависит от конфигурации аппарата и его полезной нагрузки, но в пределах от 5 до 50 минут; - максимальное удаление аппарата от оператора ограничено возможностями радиосвязи (Стандартные пульты рассчитаны на связь до 2.5км, потом на передатчик можно ставить патч антенну, но в городских условиях безопасное использование до 700 м,) но прежде всего – возможностями оператора по определению ориентации аппарата и его контроля; - при управлении аппаратом посредством изображения, передаваемого бортовой видеокамерой дальность полета ограничена только дальностью радиосвязи может составлять от 100 м до 3-5 км (с антеннами клеверами и патчами). (Управление аппаратом на основании получаемого с борта изображения требует высокой квалификации оператора); - эксплуатироваться в широком диапазоне температур наружного воздуха, а также при ветре до м/с, эксплуатация в дождливую погоду и во время снегопада затруднительна, но возможна; - осуществлять автономный полет по маршруту, обозначенному точками на карте с остановками в данных точках на заданное оператором время и совершение в местах остановки действий по аэро­фотосъемке и т.п. в зоне, удерживать заданную оператором высоту и положение по координатам GPS; - возвращаться к месту взлета от любой точки маршрута и от любого удерживаемого положения по сигналу оператора; - осуществлять преследование объекта с размещенной на нем меткой и поворота подвеса камеры на этот объект; - удержание позиции по сигналам GPS; - осуществлять полет с зафиксированной в определенном направлении осью аппарата; - имеется возможность телеметрического контроля оператором на земле всех параметров полета летящего аппарата (его положения по координатам GPS, заряд батареи, полетное время, ориентацию по сторонам света, количество спутников в системе GPS и др.); - при потере радиосвязи аппарат осуществляет снижение с заранее запрограммированной скоростью или возвращаться в точку старта по GPS; - осуществлять полеты с поверхности для взлета, находящейся на высоте до 2 тыс. метров над уровнем моря; - аппарат может иметь мобильную конструкцию (примерно 30х30х50 см в сложенном состоянии), позволяющую привести его в рабочее состояние из походного за 1-5 минут; - система передачи видео-изображения с борта мультикоптера может обеспечить контроль оператором территории, по которой осуществляется полет, а также обеспечить наведение объектива установленной на аппарате камеры на объект съемки; - конструкцией аппарата может быть предусмотрена возможность компенсации подвесом фото-, видеооборудования наклона летающей платформы в 2-3-х направлениях, для обеспечения горизонтальности снимков, а также кругового поворота подвеса камеры (полезной нагрузки). Во время полета оператором возможно осуществление наклона камеры вниз и вверх, а также осуществление поворота подвеса камеры вокруг собственной оси;

Способы использования мультироторных БПЛА Видео и фотографирование с воздуха. Мультикоптер может быть использован как дешевое и безопасное средство для получения фото и видео изображений с воздуха для многих целей, таких как: снимки археологических участков; видео и фотографии для топографической съемки как GoogleEarth или Maps; снимки с воздуха актуальных новостей и событий для размещения в различных сервисах, таких как YouTube; инспекция крыш и труб; снимки для создания 3D поверхностей (позиционирование камеры осуществляется при помощи возможностей основной платы); контроль популяций диких животных; контроль условий сельскохозяйственных угодий (полей). Основная плата мультикоптеров обеспечивает управление подвесом камеры для получения стабильных снимков. Полетно-измерительная платформа Без пилота на борту, мультикоптер может летать в места и на территории небезопасные для человека: загрязненные радиоактивным излучением; химически загрязненные; с загрязнением воздуха. Помощь в обеспечении безопасности. В случаях естественных или технологических катаклизмов, на территорию которых доступ людей ограничен в связи с пожаром, наводнением или землетрясением, мультикоптеры, как любые беспилотные аппараты, способные нести видеокамеру, могут быть использованы в качестве воздушной разведки для помощи в обследовании и нахождении потерпевших, а также для координации спасательных действий. Небольшой полезный груз, который могут нести мультикоптеры еда, медицинские препараты и др. могут быть с помощью мультикоптеров переправлены людям, доступ спасателей к которым ограничен, а использование вертолетов невозможно и опасно. Мультикоптеры могут обеспечивать мобильный беспроводной доступ к удаленным местам. Для этого необходимо использовать два мультикоптера, для обеспечения непрерывного обслуживания (с поочередной сменой и зарядкой батарей). Имеется много других случаев, при которых снимки с воздуха, таких объектов как лесные и другие большие пожары, происшествия могут быть полезны для поддержки служб спасения и документирования нанесенного ущерба. Строительство. Мультикоптеры могут быть использованы для протяжки первых тонких веревок через реки и каньоны, которые потом будут использованы для натяжения крепких мостовых тросов. Установка объектов. Возможные способы использования: установка отражателей радаров на лед для более легкого обнаружения льдин кораблями; исследование кратеров вулканов и размещение сенсоров предупреждения об извержениях. Информирование: В случае недоступности обычных каналов информирования населения, мультикоптеры могут применяться в качестве альтернативного способа информирования. Для примера: «Не пейте воду из этой реки – заболеете!». Для этого необходимо загрузить мультикоптеры листовками, которые они поднимут и донесут до необходимого места, после чего сбросят их в нужном месте. Военная сфера: Все вышеперечисленные возможности также применимы в военной сфере