Московский государственный университет геодезии и картографии Московский государственный университет геодезии и картографи

Студенты ФПКиФ 2-4:
Барбасов В. К.
Гаврюшин Н.М. Батаев М.С.
Научный руководитель:
проф. Алтынов Александр Ефимович.
E-mail: тел.:
[email protected]
[phone]
[email protected]
[phone]
[email protected]
[phone]

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
Типы беспилотных летательных аппаратов

Классификация БПЛА в РФ включает следующие категории (классы):

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 3 - 16 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.

Существующие разновидности:

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 12-16-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 20-25 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