Търговска дейност свързана с БЛА за нуждите на аерозаснемането и създаването на карти във Великобритания

Вторник, 04 Юни 2013

Проф. Гордън Петри  

 

Гордън Петри е заслужил професор по топография в училището за география и науки за земята в Гласгоу, Шотландия

 Този имейл адрес е защитен от спам ботове. Трябва да имате пусната JavaScript поддръжка, за да го видите. ; уебсайт http://web2.ges.gla.ac.uk/~gpetrie/

 

 

През последните няколко години ползването на безпилотни летателни апарати (БЛА ) стана много популярно във Великобритания. Тази статия очертава регулаторните и оперативните предпоставки за на подобно развитие.  Описани са различните платформи и камери, използвани във Великобритания за изработване на карти и планове, въз  основа на снимки, направени с БЛА . Обсъждат се и различни фотограметрични подходи, използвани при обработката на тези данни.

Интересно е да се наблюдават големият брой снимки и картографски материали, получени  чрез използване на БЛА, които са публикувани на конференции и в академични списания напоследък. За много академични изследователи това е „горещата" тема. Авторът на тази статия смята, че онова, което липсва в много от тези публикации, е каквото и да е позоваване на ползването на  безпилотни летателни апарати за  въздушно картографиране. Още по-необичайно е, че в  продължение на доста години в тази област се развива съществена дейност в почти всички страни в Европа.

За разлика от ситуацията в САЩ, където до сега е имало почти пълно ембарго от Федералната въздухоплавателна администрация (FAA) за разрешаване на търговски полети с БЛА, ситуацията в някои европейски страни е доста по-различна, със значително сътрудничество между (а) конструктори и търговски оператори на безпилотни летателни апарати от една страна, и (б) регулаторните органи за гражданското въздухоплаване, отговорни за цивилно използване на въздушното пространство. Това сътрудничество се отразява във формирането на политики и развитието на нормативната уредба, които да позволят търговска експлоатация на БЛА за събиране на данни, макар и под строго контролиран режим. Тези правила се различават в отделните европейски страни. Тази статия се занимава със ситуацията във Великобритания в контекста на леките (под 7 кг) невоенни БЛА. Определението „лек" се различава в отделните страни, но в момента предложението в ЕС е за леки да се смятат апаратите под 5 кг.

Условия за опериране

Британската политика спрямо БЛА е описана от Хедън и Уитъкър и може да бъде свалена от интернет на адрес http://www.caa.co.uk/ docs/1995/srg_str_00002-01-180604. pdf. Допълнителна информация се съдържа в документа, озаглавен Безпилотните летателни системи във въздушното пространство на Великобритания (Unmanned Aircraft System Operations in UK Airspace), поместен на адрес http://www.caa. co.uk/docs/33/CAP722.pdf.

 

А) Регулация на БЛА

На територията на Великобритания разрешенията на полетите на БЛА се дават от Гражданската въздухоплавателна администрация (ГВА) в чл. 166(5) и 167(1) на Закона за въздухоплаването на Великобритания (Air Navigation Order - CAP 393), обнародван през 2009 г. Тези документи определят специалните условия, при които могат да се извършват подобни полети. Най-общо може да се обобщи, че се предоставя разрешение за БЛА до (I) височина от 120 м над нивото на земята; (II) до максимален визуален обхват от 500 м; (III) до 150 м на сбор от хора до 1000 души. (IV) Освен това БЛА не бива да се намира в рамките на петдесет метра над хора, които не са уведомени за полета. Това изискване е занижено до 30 м при излитане и кацане на самолета. (V) Излишно е да се отбелязва, че на нито един оператор не е разрешено да лети в зони с ограничен достъп без разрешение на ГВА. (VI) Освен това БЛА полети над претоварени зони, например в градовете, са много силно ограничени и изискват предварително разрешение.

Пълният текст е на адрес http:// www.caa.co.uk/docs/33/CAP393.pdf, където специфични членове 166 и 167 се отнасят до БЛА.

Б) БЛА разрешения

На територията на Великобритания в схемата Light UAS Scheme (LUASS), където UAS е акроним за безпилотни летателни системи, се застъпват темите (I) дизайн, конструкция (включително и функционалност на вградения софтуер), летателната годност и оперативност на БЛА; (II) квалификациите на пилота/екипажа; (III) право и разрешение за експлоатация на БЛА във въздушното пространство на Великобритания. За поподробна информация ръководството на LUASS може да бъде изтеглено от уеб сайта на Европейския център за безпилотни системи (EuroUSC), който е организацията, разрешаваща на ГВА да издава сертификати за дизайн и конструкция (и летателна годност) за тези леки БЛА за Великобритания и териториите, които попадат под компетентност на ГВА на Великобритания (http://eurousc.com/documents/ LUASS_Brochure_2010_web_lck.pdf).

В) Квалификация на пилотите и екипажа

Центърът EuroUSC осигурява курсове и изпити за квалификация и издаване на основния сертификат BNUC, даван от ГВА за пилот и екипаж на БЛА. Има две нива на този сертификат. (I) BNUC-S (ниво 1), въведен през април 2010 г., за леки самолети БЛА (под 20 кг) и (II) BNUC (ниво 2), въведен през 2008 г., за поголеми БЛА (между 20 и 150 кг). В практиката, ако един търговски оператор на БЛА държи да се застрахова, той почти сигурно, ще има документите (I) разрешително за полети; (II) гаранция, че БЛА е сертифициран; (III) че пилот с подходяща квалификация BNUC управлява БЛА.

Г) Търговски оператори на БЛА

Независимо от описаните регулаторни изисквания и ограничения, множество търговски оператори на леки БЛА вече предлагат услуги свързани с аерозасснемане. Те могат да бъдат систематизирани като (I) БЛА, работещи с фиксирани крила; (II) БЛА, работещи с въртящо крило. Във Великобритания има най-малко 19 компании от първия тип и повече от 50 от втория тип. Компаниите са отбелязани в базата данни за геоинформатика за двата типа: http://www. weblinks.spakka.net/db/97 и http:// www.weblinks. spakka.net/db/124.   Разбира се, възможно е  съществуването и на други компании.

 

БЛА Платформи

Като обобщим и пропуснем апаратите като дирижабли, задвижвани от хвърчила и балони, както беше казано БЛА могат да бъдат разделени в две основни категории - (а) с фиксирано крило и (б) с въртящо се крило.

А) С фиксирано крило

БЛА с фиксирани крила са известни много добре от военното им приложение, особено големите самолети като Predator и Global Hawk, оборудвани с мощни двигатели. Леките БЛА са в другия край на спектъра заради техния размер и сила. За картографията най-интересни са електрическите БЛА с неподвижно крило. Те осигуряват сравнително стабилни платформи, лесно се контролират и дават  възможност за  систематично и точно картографиране. Все пак те трябва да имат достатъчно пространство за излитане и за приземяване.

Б) С въртящо се крило

БЛА с въртящо се крило са много по-нестабилни и неконтролируеми при полет. Те обаче могат да да летят вертикално и да останат на фиксирана позиция на определена височина - съществено за дейностите за панорамно заснемане. Излитат и кацат на малко пространство и в точно определено местоположение. Тези системи са разработени специално за нуждите на картографията.

Пример за това е Schiebel Camcopter S-100 с въртящо се крило, оборудван с батиметричен лазерен сканер RIEGL CP-820-GU батиметричния лазерен скенер (Фиг. 1) и (отделно) с мултиспектралната камера Quest_Innovations Condor-1000 MS5. Друг пример е Aeroscout Scout B1-100, използващ въздушно охлаждащ се бензинов двигател, с лазарен скенер RIEGL LMS-Q160. Трети пример е SwissDrones Waran TC-1235 с двоен двигател, оборудван с среден формат цифров фотоапарат Leica Geosystems RCD30 (Фиг. 2). Това са сравнително големи БЛА, движени от механични двигатели, които заедно със сензорите си, тежат 130 кг (Schiebel), 60 кг (Aeroscout) и 50 кг (SwissDrones). Така те не попадат в леката категория. А и по отношение на разходите са съвсем различна категория. Нито един от тези апарати не са в експлоатация във Великобритания.

I.                     БЛА с фиксирани крила

По отношение на средствата с фиксирани крила, които не са от класата на леки БЛА, има основно два типа планери: (а) с крило, но без опашка и (б) с по-обикновен дизайн - с фюзелаж, крила, стабилизатор и опашка като на обикновени самолети, но в умален мащаб

А) С крило

Този тип самолети са навлезли доста широко в картографирането в Европа, най-вече като представителите Gatewing X100 Trimble (Белгия), а senseFly swinglet CAM (Швейцария) (Фиг. 3); и SmartOne SmartPlanes (Швеция) (Фиг. 4).

Всеки от гореописаните е задвижван с електричество, има крило с много малка перка на всеки край на крилото. По разпереност на крилата тези три примера са: 80 см (swinglet CAM); 1 метър (Gatewing X100) и 1,2 м (SmartOne). (Не бива да се подминава, че компанията senseFly обяви на Intergeo 2012, че ще въведе новия си БЛА с eBee летящо крило в началото на 2013.). И трите посочени самолети се ползват във Великобритания. Екземплярите на senseFly swinglet CAM се използват за картографиране от Bluesky International Ltd.; The Geoinformation Group; McKenzie Geospatial Surveys; Digital Mapping & Survey; exeGesIS Spatial Data Management Ltd.; SixWest Ltd.; Walker Ellis Associates; и много други компании, както и от  университета на автора. Минимален фюзелаж е инкорпориран в крилата на всички тези БЛА, за да се постави електрическият мотор, батерията, камерата, радио връзката и GPS/IMU и/или частта за автопилот. Тези БЛА използват електромотори, задвижващи перките. Въпреки това големината на полезният  товар е сравнително ограничена.  За да се носи повишен полезен товар като втора камера, някои от операторите на БЛА във Великобритания са проектирали и изградени други самолети с фиксирано крило. Примери за това са Quest 100, 200 и 300 (Фиг. 5), направени от QuestUAV с размах на крилата 1,5 м и 2,1 м. Друг пример е G2 на Callen-Lenz (Фиг. 24 (а)), с размах на крилете 2 м и полезен товар до 2 кг. Тези БЛА  са значително по-големи по размер от гореописаните. Досега БЛА на Quest са изпробвани в университети и изследователски агенции на Острова (Нортъмбрия, Нюкасъл, Лийдс, Exeter и Стърлинг) и в Европа (Австрия и Финландия).

(Б) С обикновен фюзелаж

Трите представителни примера, използвани в Европа, са MAVinci Sirius (Германия); Trigger Composites Pteryx (Полша); CropCam БЛА (Канада) с размах съответно 1,6 м, 2,8 м и 2,4 м и фюзелаж с дължина 1,2 м, 1,4 м и 1,2 м. Самолетът CropCam е по същество версия на планер. Много малко от тези БЛА обаче работят във Великобритания, като има само един MAVinci Sirius (Фиг. 6) и един CropCam. И тук са произведени подобни съмолети. Например LLEO Maja UAV (Фиг. 7), на компанията G2way, базирана в Нотингам. Отново мотивацията е да носи по-голям полезен товар за мултиспектрална фотография.

II. Леки БЛА с въртящо се крило

Във Великобритания в употреба има  редица леки БЛА с въртящо се крило  (а) Част от тяс  с един ротор - умален модел на традиционните хеликоптери. Те ще бъдат групирани заедно с тези, които имат коаксиални ротори с участието на два обратни въртящи се ротори, които се монтират един над друг на една и съща ос. (б) Друга  част са с повече от един ротор,  монтирани на отделни оси.

(А) С един или с коаксиални ротори

Във Великобритания тези БЛА са много използвани, основно за развлекателни дейности. Намират  широко приложение и за аерозаснемане.  Те са предимно модели Joker,  произведени от германската Minicopter и различни модели от Mikado (Фиг. 8) и Vario. Има и БЛА на Align Trex от Хонг Конг, Тайван и Китай  използвани за събиране на данни от въздуха. Те се захранват главно от електрически двигатели, макар да има и с бензинови двигатели, които се използват за тежко оборудване при професионално заснемане, а не на пренос на цифрови фотоапарати за заснемане с цел картографиране.

По-голямата част от БЛА с един ротор, които се използват за панорамна въздушна фотография във Великобритания, го правят с цел реклама; при отразяване на спортни събития; или при картиране на имоти за строителните предприемачи (като оценка на изграждането на даден обект). За тези приложения, способността за задържане на една позиция на хеликоптера е наистина полезно. Интересно е да се отбележи, че някои фирми , които се занимават с тези дейности, имат и камери,  оборудвани с телескопични мачти,  които са монтирани на превозни средства, ремаркета (Фиг. 9) или стативи, където използването на безпилотни летателни апарати или е забранено, или не е възможно. Има над 100 търговски оператори на полюсни камери. Малко от тях обаче работят и с БЛА.

(Б) Хеликоптери с повече от един ротор

За разлика от БЛА с един ротор, мултироторните мини хеликоптери не изискват специален контрол за хоризонталност при придвижването. По този начин простите механизми за контрол могат да се допълнят с електронни компоненти за подобряване на устойчивостта, необходими за постигане на стабилен полет. БЛА е  силно маневрен с потенциал да стои и излита от малки пространства. Поради това и паради способността да носят товари, мултироторните БЛА се използват все по-широко за аерозаснемане. Много от тях се използват основно от компании, занимаващи се с недвижими имоти и за екологични цели, но също и за наблюдаване на инфраструктурата, промишлена или строителна инспекция. По-рядко, за целите на  фотограметрията, малък брой са оборудвани с GPS/IMU подсистеми и се движат с автопилот. Те са способни на безпилотни полети като покриват територията с кадри с напречно и надлъжно застъпване така че аерозаснемането да позволи фотограметрична обработка.

Най-използваните са отново от Германия - Aibotix, AirRobot, Ascending Technologies; HiSystems (MikroKopter) и компаниите Microdrones. Например Microdrones MD4 (с четири ротора) се ползват от следните компании: Bonnington Aerial Surveys, MW Power Systems, Skydrones и Skylens companies. Големият Falcon-8 с осем ротора (Фиг. 10) на Ascending Technologies се ползва от Cyberhawk Innovations, Flying Scotscam и компанията Skylens. Канадската Dragоnfly, хонгконгската DJI Innovations и китайската XAircraft предлагат шест и осем роторни БЛА. Както и новозенландската Droidworx, макар тя да предлага основно камерата, а електрониката е доставена от MikroKopter (Фиг. 11). Друг доставчик са Freefly Systems от САЩ с техния БЛА Cinestar-8. Често описа ни БЛА с осем ротора се смятат за тежкотоварни, защото могат да носят между 2,5 и 5 кг, макар че типичната товароподемност на четирироторните да е между 1 и 1,5 кг. Камери

 

Камери

 

Съществуват много въпроси за цифровите камери, които могат да бъдат разположени на леки БЛА. Те засягат (I) теглото на тези камери в сравнение с достъпния полезен товар на БЛА; (II) най-малките формати на изображенията; (III) множество неметрични характеристики на камерите; (IV) необходимостта от много кратка експозиция, за да се преодолее размазването заради нестабилността; и (V) изискванията за скоростта на БЛА над земята заради много ниската височина на летене на БЛА и на много големи надлъжни и странични припокривания, които трябва да бъдат използвани за целите на картографиране.

Тъй като статията се занимава с използването на БЛА за нуждите на картирането,трябва да се  отбележи, че камерите, които се използват, варират от леки и евтини модели - с тегло 150 грама и цена 200 паунда, до над 2000 паунда, с високо качество, подходящи за фотограметрично заснемане.

Почвайки от камерите за потребителите, ползвани при БЛА с фиксирано крило, и двете swinglet Cam и Smart One ползват Canon IXUS като стандартна камера (Фиг. 12). Те са с лещи с фокусно разстояние около f = 25 mm и генерират цветни снимки, които са между 10 и 12 мегапиксела големина. Gatewing X-100 ползва камерата Ricoh GRD IV, която е с почти същите специфики.

В случаите с леките с въртящо се крило БЛО има различни възможности. Най-разпространена е GoPro Hero 2, която е с 12 мегапиксела, както и различни модели на Panasonic Lumix, отново със същите показатели. В другия край на скалата са камерите Canon EOS 5D (Фиг. 13) и вариациите им Mk I (12 мегапиксела), Mk II (21,1 мегапиксела) и Mk III (22,3 мегапиксела). Те са ползвани с ArcVideo; Flying Fern Films; Flying Video/ Skylens; Helicam Media; High Spy; Horizon AP; Microdrones; и други компании. Някои потребители използват Sony NEX-7 (с неговите 24,3 мегапиксела). На средно ниво Canon EOS 7D и моделите 550D, както и Sony NEX-5N са най-разпространени. Не може да се каже, че има други подобни камери на пазара.

Освен тези стандартни дигитални камери, които дават цвят трябва да се обърне внимание и на по-специалните камери. Например на топлинните инфрачервени, които са забранени за използване над населените територии на Великобритания, и така не могат да се ползват за регистриране на топлинните загуби в градовете. Въпреки това има няколко оператора, които имат подобни камери. Един от примерите е работата на фирмата Overshoot Photos, които използват FLIR Tau 320, монтиран на Draganflyer X4 UAV (Фиг. 14), който прави снимки с размер 320x256 пиксела. Съществуват още няколко оператори на многоспектърни камери във Великобритания. При Quest БЛА 2 камери са монтирани на Quest 300 и дават едновременно снимки. Едната произвежда цветни RGB изображения, а другата - прави близки до инфрачервената част от спектъра. За да се получат четириканални данни, отделните снимки от червения, зеления и синия канал от първата камера са комбинирани със снимките от близките до инфрачервения спектър. От тези данни стойностите по нормализираният относителен вегетационен индекс (NDVI) могат да бъдат получени от озеленените части на терена. Quest БЛА също ползват шестканалната многоспектрова камера Tetracam Mini-MCA (MultiCamera Array) (Фиг. 15 (a)) на една от БЛАQuest 300 UAV. Други оператори монтират същата камера на многороторните БЛА (Фиг. 15 (b)).

Продължава в следващия брой

uav_Fig1.jpg
фиг. 1 - Schiebel Camcopter, оборудван с батиметрична лазерна сканираща система RIEGL VQ-820-GU.
Снимка RIEGL
uav_Fig2.jpg
фиг. 2 - SwissDrones Waran TC-1235 UAV със среден формат дигитална камера Leica Geosystems RCD30
Снимка Leica Geosystems
uav_Fig3.jpg
фиг. 3 - swinglet CAM с преносим компютър, който контролира полета и обработва данните.
Снимка senseFly
uav_Fig4.jpg
фиг. 4 -SmartOne
Снимка SmartPlanes
uav_Fig5_a_.jpg
 
uav_Fig5_b_.jpg
фиг. 5 - (a) По-стар модел от серията Quest Manta 300 с вертикални контролери на крилата. (b) Последен модел на Quest с монтиран елевон. Шефът на компанията Найджъл Кинг (вдясно).
Снимка QuestUAV
uav_Fig6.jpg
фиг. 6 -  MAVinci Sirius
Снимка Grupoacre
uav_Fig7.jpg
фиг. 7 -LLEO Maja снабден с обикновена и инфрачервена камера
Снимка G2way
uav_Fig8.jpg
фиг. 8 - Mikado Logo 600SE с стабилизирана камера Photoship One, ползван от фирмата Aerial Photographers
Снимка Jed Servo
uav_Fig9.jpg
фиг. 9 - Телескопична мачта (30 м, снабдена с хоризонтална и вертикална камера, може да се ползва за заснемане с автомобил.
Снимка Cloud 9 Photography
uav_Fig10.jpg
фиг. 10 -Многороторен БЛА Falcon-8 с камера Panasonic Lumix на Ascending Technologies.
Снимка Cyberhawk Innovations
uav_Fig11.jpg
фиг. 11 - Droidworx octocopter със стабилизирана камера с жироскоп.
Снимка Flying Eye UK
uav_Fig12.jpg
фиг. 12 - Камера Canon IXUS на swinglet CAM, на носа на апарата е литиева батерия.
Снимка senseFly
uav_Fig13.jpg
фиг. 13 - Камера Canon EOS 5D, монтирана под въртящото се крило
Снимка Eyera
uav_Fig14.jpg
фиг. 14 - Инфрачервена камера FLIR Tau 320, монтирана на Draganflyer X4
Снимка Draganfly Innovations
uav_Fig15_a_.jpg
фиг. 15 - (a) Quest 300 с шестканална многоспектърна камера Tetracam Mini-MCA
Снимка QuestUAV Ltd.
uav_Fig15_b_.jpg
(b) Tetracam Mini-MCA монтирана на Microdrones MD4-1000
 Снимка Microdrones
 
 
Прочетена 2601 пъти Последно променена в Четвъртък, 23 Юли 2015 13:11

"Първа отговорност на всеки гражданин е да оспорва властта."

Бенджамин Франклин

Редакцията не носи отговорност за съдържанието на коментарите. Призоваваме ви за толерантност и спазване на добрия тон.


Условия за ползване на коментарите

geomax l

Baner GEOPORTAL

Със съдействието на Камарата на инженерите по геодезия и Асоциацията на геодезическите фирми

 

Връзка с нас

map

Списание ГЕОМЕДИЯ

Всичко за геодезията

София 1303
ул. "Св. Св. Кирил и Методий" 146,
ет. 3, ателие 6; тел: 02/ 831 90 01;
e-mail: geomedia@abv.bg
office@geomedia.bg

Банкова сметка

ЕИК 175378844
Банкова сметка
Уникредит Булбанк, клон Европа
BIC - UNCRBGSF
IBAN - BG74UNCR 7000 1500 6707 03
ISSN - 1313-3365

Абонамент

27 лв. за една година

15 лв. за половин година

Свържете се с нас, ако искате да се абонирате.