UAV

UAV, sau Unmanned Aerial Vehicle (Vehicul Aerian Fara Pilot), este o drona ce actioneaza la distante mari, operand in primul rand in baza autopilotului preprogramat.

Dronele UAV au avantajul de a extrage date si de a efectua masuratori intr-o maniera noninvaziva, de la o distanta sigura care nu afecteaza scena studiata.

ACCESIBILITATE

Cu ajutorul UAV se poate patrunde in zone inaccesibile, dificile sau periculoase pentru operatori umani.

SIGURANTA

Protectia personalului prin efectuarea de masuratori de la o distanta sigura.

NONINTRUZIVA

Masuratorile se fac printr-o maniera noninvaziva, dronele nelasand urme sau emisii de orice natura, in timpul sau dupa efectuarea masuratorilor.

RAPIDITATE

Masuratorile sunt efectuate intr-o perioada scurta de timp si cu o rezolutie temporala ridicata.

AUTONOMIE RIDICATA

Gratie vitezei reduse de zbor si a posibilitati de a plana, combinata cu un traseu de zbor programabil, se pot studia zone de interes ce acopera suprafete relativ mari.

AUTOPILOT

Integrat perfect cu aeronava, poate respecta cu acuratete planul de zbor prestabilit, controland camera in asa fel incat sa se obtina acoperirea intregii suprafete studiate.

1.Precizie GPS si IMU Problema cu sistemele GPS si IMU aeriene este ca acestea nu vor fi niciodata la fel de precise ca cele stationare. Motivul este ca masuratorile sunt mai prost coordonate in timp si obiectul este supus in mod constant accelerarilor verticale din cauza turbulentelor atmosferice. Vestea buna este ca nu e neaparat necesar, dat fiind ca precizia vine de la imagini, pana la trei mii de poze, fiecare adnotata cu pozitia si orientarea ei. Masuratorile sunt legate una de alta cu atata precizie, incat numarul mare confera precizie.Practica a aratat ca utilizarea DGPS ar adauga complexitate inutila sistemului, necesitand un robust uplink (comunicare cu un satelit) de raza lunga care nu poate fi furnizat data fiind restrictia puterii majoritatii utilizatorilor de modem-uri (amatori, neinregistrati) din majoritatea tarilor, pentru distante operationale tipice. GPS-ul montat pe drone Pteryx UAV utilizeaza date ionosferice de corectare a transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS si EGNOS, care sunt transmise prin satelit. Poate urmarii pana la 22 din maxim 66 sateliti achizitionati simultan cand pornesc, precizie de 2,5 m cu rata de actualizare de 10Hz.

Precizia GPS si IMU nu reprezinta un factor de definire a succesului sistemului UAV de cartare. Capacitatea de a furniza fotografii clare, contrastante, nedistorsionate cu grad ridicat de suprapunere care da precizia geometrica si datele inaltimii.

Imagine 1 stanga sus: 500-2500 m altitudine de zbor acoperire larga, dar mai putine caracteristici per obiect in vederea corectarii orientarii

Imaginea 1 dreapta sus: 100-300m altitudine tipica de zbor Numar mare de masuratori GPS corespunzand caracterisiticilor terenului furnizeaza precizie ridicata

Imaginea 1 stanga jos: Masurare traditionala cu GPS Fiecare punct de masurare este static, dar necorelat cu masuratorile vecine, astfel ca se cere precizie ridicata.

Imaginea 1 dreapta jos: Peste o mie de caracteristici leaga fiecare imagine una de alta creand a harta de precizie geometrica global sub-pixel. Optional, 3-4 puncte de control pot misca harta, reducand eroarea de la cativa metri la precizia GPS-ului stationar (aproximativ 10cm).2. Aviatie la scara mare vs. imagini furnizate de un UAV mic

Imaginea 2 stanga: 2011, echipament recent la bordul unui avion, altitudine de zbor aproximativ 1500m, verde vizibil pa toata suprafata hartii. Rezolutie de 10cm/pixel. Umbrele influenteaza serios datele.

Imaginea 2 dreapta: Pteryx, altitudine de zbor de 300m AGL. Mult mai putin aer intre senzor si tinta, aceeasi rezolutie, definire a culorilor semnificativ mai buna. Mai multa informatie per pixel.

Imaginea 3 stanga: Toate constructiile sunt inclinate uniform spre lateral, oricat de mic ar fi unghiul atata vreme cat altitudinea de zbor este inalta.

Imaginea 3 dreapta: Distoriunea este indeparatata datorita pozelor care acopera tinta din toate unghiurile. Standardul il reprezinta adevarata ortofotografie.

Avion de scara largaPteryx UAV

Durata zboruluiPana la 2 orePana la 2 ore

Implicarea personalului2 piloti tipici cu calificari bi-motor CPL(A), IFR, MEP(L), 1 operator de sistem la bord1 pilot, cateodata cu un ajutor/observator

Aria acoperita per zborSute de km patratiAproximativ 9 km2 (900 ha) de harta dreptunghiulara per zbor, pana la 72 km2 (7200 ha) per zbor in linie dreapta (depinzand de rezolutie)

Rezolutie500-2500 m AGLAltitudine joasa limitata de zgomot, reglementari si riscul implicat (zone urbane, timpul la sol)4cm/pixel la 100m AGL11cm/pixel la 300m AGL

Limita superioara a altitudinii impusa adesea de legile traficului aerian.

Investitie de capitalEchipament obisnuit, tipic, avion general bi-motor de 4 locuriDe 100..200 de ori mai putin capital investit, UAV refoloseste calculatoare deja existente, inscriere posibila la serviciu de procesare online cloud, senzorul il reprezinta un aparat foto din comert de calitate ridicata

Impactul asupra mediuluiLimitari de zgomot. Foloseste combustibilNu se aude de loc peste 200 m, c exceptia noptii cand nu bate vantul. Energie electrica regenerativa.

Promptitudine de indeplinire a misiuniiTrebuie sa se intoarca la pista de aterizarePoate fi depozitat in apropiere de zona misiunii in asteptarea vremii bune

UAV poate furniza harti de calitate superioara acolo unde un avion la scara larga ar deranja. UAV opereaza local dar acopera zone inaccesibile anumitor solutii aeriene ocazionale inclusiv planoare, instalatii de avion RC ad-hoc sau zmei.Traseu de zbor tipic pentru UAV

Imaginea 4

Pg. 7 Imaginea 5 stanga: Tot ce se afla intre sol si orbita satelitului apare pe harta. De data aceasta apare o replica a unui bombardier din al doilea razboi mondial in mijlocul unui oras din Anglia. Daca am avea de-a face cu date UAV, pur si simplu s-ar sterge o poza.

Imaginea 5 dreapta: Imagini suprapuse provenind de la un UAV duc la eliminarea automata a unor obiecte intamplatoare o masina in miscare vizibila doar in toate cele 4 poze consecutive dar pe harta finala este vizibila doar daca trece cel mai aproape de axa optica. Odata cu dezvoltarea metodelor de procesare va fi posbila eliminarea oricarui tip de trafic folsind exact aceleasi date de intrare.

Imaginea 6 stanga sus: un nor vizibil in imaginea de satelit acopera anumite obiecte. Umbra norului se vede foarte bine.

Imaginea 6 dreapta sus: harta UAV iarna, lunmina scazuta, cer innorat, schimbandu-se incontinuu intre 1/8 si 7/8 (de la stanga la dreapta). Balansul la culori are de suferit, dar contrastul si detaliile sunt inca bine definite din moment ce aparatele foto din comert confera adancimea culorii mai buna decat scanner-ul oricarui avion de scara larga.

Imagine 6 stanga jos: Imaginile disponibile furnizate de sateliti pot fi recente, dar chiar si cea mai universala harta va prezenta culori arbitrare. Totusi, granitele dintre hartile furnizate in perioade diferite sunt greu de utilizat.

Imagine 6 dreapta jos: In realitate, lumea se schimba semnificativ de la anotimp la anotimp. Cheia succesului este de a realiza o harta a obiectului dorit la momentul potrivit.4. Rezolutie, megapixeli si altitudinea de zbor

Pteryx Pro are un aparat foto integrat de 10MPIX, cu lentile standard. Acest fapt se traduce printr-un unghi orizintal de observatie de 66 grade. Utilizatorul determina altitudinea de zbor in vederea: Evitarii obstacolelor cu cel putin 80m interstitiu/degajare. Asigurarii unei distante unghiulare optime intre obstacole (contact vizual)

Respectarii legii

Precizia geometrica este asigurata de multitudinea de poze care acopera orice unghi astfel dand precizie. Rezolutia texturii proiectiei de sol va scadea in regiunile de munte.

Pentru aparat foto digital de 10MPIX:

Altitudune

[m] (picioare)Rezolutie

[cm/pix] (inci/pix)Latimea fotografiei la sol

[m] (picioare)

100 (330)3,5 (1,4)129 (423)

122 (400)4,3 (1,7)157 (515)

140 (466)5 (2,0)180 (590)

200 (660)7,1 (2,8)257 (843)

280 (920)10 (3,9)360 (1181)

420 (1380)15 (5,9)540 (1771)

560 (1840)20 (7,9)720 (2362)

5. Setarile camerei foto si timpul de expunere

Pentru ca pozele sa iasa clare, timpul de expunere trebuie sa ramana constant, balansul la alb stabil, sau sa se foloseasca un format RAW, sa fie permisa selectia deschiderii automata, si focalizarea sa fie fixata la infinit.Pentru o viteza de zbor de 50 km/s:

Rezolutie

[cm/pix] (inci/pix)Cel mai lung timp de expunere posibil, in absenta vantului [1/s] (rotunjit)Cel mai lung timp de expunere posibil, la vant de 7m/s [1/s] (rotunjit)

3.5 (1.4)787 (1/800)1184 (1/1250)

4.3 (1.7)645 (1/640)971 (1/1000)

5 (2.0)562 (1/640)846 (1/1000)

7.1 (2.8)394 (1/400)592 (1/640

10 (3.9)281 (1/320)423 (1/500)

15 (5.9)187 (1/200)282 (1/320)

20 (7.9)141 (1/160)211 (1/250)

6. Suprafata, forma hartii si altitudinea de zbor

Imaginea 7 stanga: atunci cand cartografiati un obiect liniar, prin dublarea altitudinii dublati suprafata acoperita

Imaginea 7 mijloc: Daca decideti sa faceti doua zboruri, in speranta imbunatatirii potrivirii geometrice, datorita cerintelor de suprapunere, zborul inalt reduce doar cu o treime timpul de zbor, deoarece regiunile din exterior au un bitmap valid, dar geometrie proasta.

Imaginea 7 dreapta: la forma obisnuita a hartii si zboruri multiple, daca zborul este de doua ori mai inalt se injumatateste numarul necesar de zboruri si se asigura o suprafata mai mara la marginea hartii. Insa suprafata cartata ar trebui sa fie plana, deoarece nu se pot cumula informatii multi-unghiulare in vederea ortonormalizarii obiectelor inalte localizate la marginile hartii.

Imaginea 8 stanga: Misiune cu un singur segment de zbor (leg). Suprapunerea verticala tipica este ridicata, de 75..90%

Imaginea 8 mijloc: Misiune cu 2 segemente de zbor. Suprapunere laterala tipica de 60%. Suprapunerea vertical de 75..90%

Imaginea 8 dreapta: Suprapunere laterala tipica de 60%.

La o suprapunere tipica de 60%, viteza in aer de 50km/h, absenta vantului si 2h de zbor, vor rezulta urmatoarele cifre, in functie de numarul de segmente de zbor:

Grafic 1 Zona cartata vs. numar de segmente de zbor, 2h de zbor, suprapunere de 60%

Suprafata hartii km2 / numar de segmente de zbor

Grafic 2 acelasi lucru, dar focalizat

Grafic 3 Zona cartata vs. numar de segmente de zbor, 1h de zbor, suprapunere de 60%, 2h de zbor, suprapunere de 80%

Suprafata hartii km2 / numar de segmente de zbor

Grafic 4 acelasi lucru, dar focalizat

7. Suprapunere laterala a fotografiei

La Pteryx camera foto este aranjata cu baza paralela cu aripile.

Imaginea 9 stanga: grafic Zona cartata vs. suprapunere laterala, la o suprapunere de 60% (suprafata relativa a hartii / suprapunere laterala)

Imaginea 9 dreapta: graphic Durata zborului vs. suprapunere laterala, la o suprapunere de 60% (durata de zbor la o suprafata de zbor constanta / suprapunere laterala)

8. Importanta stabilitatii aparatului fotoDin moment ce suprapunerile din timpul misiunii sunt costisitoare, foarte important mai ales in zone urbane, Pteryx utilizeaza o camera fixa, care nu se roteste si are un design aerodinamic care reuseste sa atenueze cu success oscilatiile axelor laterala (de tangaj) si transversala (de giratie).Utilizarea unui camere fixe creste suprafata utila pe timpul virajelor si creste rata succesului procesarii datorita unor proprietati foto previzibile.Din pacate toate apratele mici de zbor, oricat de avansate, sunt mici in raport cu dimensiunea unei celule tipice de turbulente din aer, de aceea rulajul si tangajul depinde mai mult de conditiile de vant. Controlul automat rigid al micilor platforme aeriene cu suprafate active de control, duce la miscari semnificative pe termen scurt, cauzand neclaritatea ocazionala a fotografiilor. O camera foto fixa si un corp aerodinamic special cu proporietati exceptionale de atenuare pot fi de mare ajutor.

Imaginea 10 stanga: Cu o camera fixa, suprapunerea este garantata chiar si la viraje.

Imaginea 10 mijloc: Cu o camera instabila deviatiile tipice de cateva grade deja necesita planificarea extra a unor procente de suprapunere. Aceasta ia din timpul de zbor, situatia inrautatindu-se in caz de vreme proasta.

Imaginea 10 dreapta: Cu o camera instabila fotografiile facute in timpul virajelor sunt complet inutile in vederea reconstructiei, suprapandu-se in mod normal pe un procentaj mic si doar la colturi. Nici un avion nu poate realiza un viraj complet care sa fie neted (cu o raza rezonabila). Acele poze nu pot contribui la cresterea geometriei hartii in interiorul ariei de interes.Atat UAV cu aripi de mica cat si cele cu aripi de cativa metri anvergura, tind sa raspunde la navigatie cu schimbari de 0-5 grade in ambele directii, chiar si cand primesc comanda de a zbura drept deasupra solului. Motivul este ca, pe cand calea la sol este dreapta, vantul bate in orice directie, de obicei pana la o diferenta de 45 grade la altitudine fata de sol, cu o mica deviere de directie, dar cu o variatie mult mai mare in viteza vantului. Acest lucru determina necesitatea UAV-ului de a se inclina cand la dreapta cand la stanga pentru a-si putea pastra directia de zbor. Pe de alta parte s-a constatat mai sus ca un numar crescator de segmente de zbor implica un cost ridicat al timpulu de zbor, astfel ca este posibil (si implementat cu Pteryx UAV) dar foarte nepractic sa se efectuaze modele de zbor alungite impotriva vantului. Prin utilizarea unei camere foto fixe, puteti zbura unde doriti.