Αποστολή πτήσης drone: σχεδιασμός και βέλτιστες πρακτικές

Εισαγωγή

Στη γεωργία ακριβείας, το μη επανδρωμένο αεροσκάφος αποτελεί πλέον αναντικατάστατο εργαλείο: επιτρέπει την παρατήρηση των καλλιεργειών από ψηλά, τη συλλογή οπτικών, πολυφασματικών και θερμικών δεδομένων και τη μετατροπή των πληροφοριών σε στοχευμένες γεωπονικές αποφάσεις. Ωστόσο, η ποιότητα των δεδομένων που λαμβάνονται και η ασφάλεια του χειριστή εξαρτώνται άμεσα από τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζεται η πτήση.
Υπάρχει συχνά η τάση να θεωρείται η πτήση ως η "κεντρική" στιγμή της αποστολής, αλλά στην πραγματικότητα το πιο σημαντικό μέρος λαμβάνει χώρα πριν από την απογείωση. Ο προσεκτικός σχεδιασμός επιτρέπει όχι μόνο να διασφαλιστεί η ποιότητα των δεδομένων που συλλέγονται, αλλά και να λειτουργήσει σύμφωνα με τους κανονισμούς του ENAC, αποφεύγοντας κινδύνους για ανθρώπους, ιδιοκτησία και εξοπλισμό.

Η σωστή ρύθμιση μιας πτήσης σημαίνει τον εκ των προτέρων καθορισμό ορισμένων παραμέτρων που επηρεάζουν άμεσα το τελικό αποτέλεσμα: ανάλυση εικόνας, επικάλυψη εικόνας, ύψος πτήσης, ταχύτητα πτήσης και ποιότητα των επεξεργασμένων δεδομένων.

Βασικές παράμετροι για την αποστολή πτήσης

Οι τεχνικές παράμετροι που καθορίζουν άμεσα την ποιότητα των δεδομένων είναι το ύψος πτήσης, η πλευρική και μετωπική επικάλυψη και η ταχύτητα πτήσης. Αυτές οι παράμετροι μπορούν να διαμορφωθούν μέσω της διεπαφής ραδιοελέγχου. Υπάρχουν και άλλες παράμετροι που συνδέονται έμμεσα με τις προηγούμενες: ο εκτιμώμενος χρόνος πτήσης και η επίγεια ανάλυση.

• Το ύψος πτήσης επηρεάζει άμεσα τη χωρική ανάλυση (ή GSD, Ground Sampling Distance) και τη διάρκεια της αποστολής (όσο χαμηλότερο είναι το ύψος πτήσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της αποστολής). Από τη μία πλευρά, η πολύ υψηλή πτήση μειώνει την ποιότητα της λεπτομέρειας. Από την άλλη πλευρά, η πτήση σε πολύ χαμηλό ύψος σημαίνει ότι πρέπει να γίνουν περισσότερες λήψεις και κατά συνέπεια μεγαλύτερη κατανάλωση μπαταρίας και μεγαλύτερος χρόνος. Ανάλογα με τον στόχο της έρευνας, είναι απαραίτητο να επιλεγεί ένα ύψος πτήσης που να παρέχει επαρκή ανάλυση για αυτήν (π.χ. για μια έρευνα ζιζανίων, το ύψος πτήσης θα μπορούσε να είναι αρκετά χαμηλό για να ανιχνεύονται ακόμη και μικρές λεπτομέρειες).
• Η διαχείριση της μετωπικής και πλευρικής επικάλυψης (side-overlap και frontal-overlap) μεταξύ των εικόνων είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη σωστά επεξεργάσιμων δεδομένων και συμβατών χαρτών και μοντέλων. Η επικάλυψη αναφέρεται στην πραγματική επικάλυψη της εικόνας που λαμβάνεται σε ένα σημείο με τις παρακείμενες εικόνες (εμπρός, πίσω, πλάγια). Μια καλή επικάλυψη για καλή φωτογραμμετρική ανακατασκευή είναι 70-80%. Η ανεπαρκής επικάλυψη δημιουργεί τρύπες και τεχνουργήματα στα αποτελέσματα της έρευνας, με μόνη λύση την επανάληψη της πτήσης με επαρκή επικάλυψη.
• Η ταχύτητα πτήσης μπορεί να ρυθμιστεί εντός ενός συγκεκριμένου εύρους που καθορίζεται από τους κατασκευαστές των drone σύμφωνα με τις άλλες παραμέτρους που αναφέρθηκαν παραπάνω, οπότε στην πραγματικότητα είναι μια μεταβλητή που εξαρτάται από το ύψος πτήσης (ανάλυση) και την επιθυμητή επικάλυψη. Η πολύ υψηλή ταχύτητα μπορεί να προκαλέσει το φαινόμενο "θόλωσης της κίνησης", δηλαδή το θόλωμα των εικόνων λόγω της πολύ γρήγορης προώθησης σε σύγκριση με την ταχύτητα με την οποία λαμβάνονται οι εικόνες. Αντίθετα, η πολύ χαμηλή ταχύτητα μειώνει την αποτελεσματικότητα της πτήσης με μεγαλύτερη διάρκεια αποστολής.

Σχήμα 1: Κύριες παράμετροι μιας αποστολής μη επανδρωμένου αεροσκάφους.

Ο εκτιμώμενος χρόνος πτήσης εξαρτάται από το ύψος και την ταχύτητα πτήσης. Είναι σημαντικό να ελέγχετε αυτή την παράμετρο, καθώς επηρεάζει τη διαχείριση της μπαταρίας.

Η χωρική ανάλυση (cm/pixel) εξαρτάται από το ύψος πτήσης και την ποιότητα του αισθητήρα. Γενικά, ένας πολυφασματικός αισθητήρας απαιτεί μεγαλύτερη σταθερότητα και ακρίβεια, ενώ μια ορατή (RGB) κάμερα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έρευνα κάλυψης.

Σχ.2: Μετωπική και πλευρική επικάλυψη μεταξύ των εικόνων. Με πράσινο χρώμα, η περιοχή ενδιαφέροντος. Με γκρι χρώμα, η αποστολή πτήσης με τις κουκκίδες που προσδιορίζουν τις λήψεις του αισθητήρα.

Τα πιο συνηθισμένα σφάλματα

Η γνώση των συνηθέστερων λαθών χρησιμεύει ακριβώς για την αποτροπή τους.
Το πρώτο λάθος είναι να εργάζεστε με μπαταρίες που δεν είναι πλήρως φορτισμένες ή μη επαληθευμένες και αποτελεί μια από τις πιο συχνές αιτίες αιφνίδιων διακοπών και απώλειας δεδομένων. Ομοίως, ο καθορισμός λανθασμένων υψών πτήσης δεν επηρεάζει μόνο την ποιότητα της έρευνας, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε παραβιάσεις των κανονισμών του εναέριου χώρου, με όχι αμελητέες συνέπειες.
Μια άλλη πτυχή που συχνά υποτιμάται είναι η βαθμονόμηση του αισθητήρα: αν την ξεχάσετε σημαίνει ότι κινδυνεύετε να συλλέξετε άχρηστες ή μη συγκρίσιμες εικόνες με την πάροδο του χρόνου. Οι καιρικές συνθήκες παίζουν επίσης καθοριστικό ρόλο: ο δυνατός άνεμος, ο μεταβλητός φωτισμός και η συννεφιά (μερική ή ολική) μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο την ποιότητα των εικόνων που λαμβάνονται. Τέλος, η παρουσία εμποδίων , όπως δέντρα, καλώδια ηλεκτροδότησης ή κτίρια, εάν δεν εκτιμηθεί σωστά, μπορεί να μετατρέψει μια απλή πτήση σε πιθανό επιχειρησιακό κίνδυνο.

Η προσοχή σε κάθε λεπτομέρεια πριν από την απογείωση σημαίνει δραστική μείωση της πιθανότητας λάθους και εξασφάλιση της συλλογής συνεπών, ομοιογενών και πραγματικά χρήσιμων δεδομένων για τη γεωπονική ανάλυση.

Λίστα ελέγχου πιλότου
Για να αποφύγετε απρόβλεπτα γεγονότα, είναι χρήσιμο να έχετε πάντα έναν κατάλογο ελέγχου. Είναι εξίσου σημαντικό να προσαρμόζετε τον κατάλογο ελέγχου ανάλογα με τον στόλο των μη επανδρωμένων αεροσκαφών και τον τύπο της έρευνας.

Ένα παράδειγμα καταλόγου ελέγχου για τη χρήση του μη επανδρωμένου αεροσκάφους σε γεωργικές έρευνες είναι το ακόλουθο:

Τις ημέρες που προηγήθηκαν της αποστολής πτήσης:

• Ελέγξτε τον εναέριο χώρο (απαγορευμένες ζώνες, NOTAM, CTR κ.λπ.).
• Ελέγξτε για εμπόδια στην περιοχή έρευνας (ψηλά δέντρα, πυλώνες κ.λπ.), πολυσύχναστες περιοχές ή ευαίσθητες υποδομές.
• Ελέγξτε την κατάσταση φόρτισης των μπαταριών του μη επανδρωμένου αεροσκάφους και του ασύρματου ελέγχου.
• Ελέγξτε το ωφέλιμο φορτίο, τους έλικες, τους κινητήρες και τη δομή του μη επανδρωμένου αεροσκάφους για ζημιές.
• Μορφοποιήστε κάρτες SD και βεβαιωθείτε ότι έχετε αρκετή μνήμη για φωτογραφίες
• Ελέγξτε την πρόγνωση καιρού και τον δείκτη Κ (ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές).
• Προσομοιώστε την αποστολή πτήσης στην ειδική εφαρμογή
• Ορίστε τις παραμέτρους πτήσης και επιλέξτε τον καλύτερο συνδυασμό
• Αποθηκεύστε την αποστολή πτήσης με τις καθορισμένες παραμέτρους
• Βεβαιωθείτε ότι διαθέτετε τα έγγραφα για να πετάξετε με ασφάλεια (άδεια, ασφάλιση) και τυχόν απαραίτητες άδειες.

Στο πεδίο κατά τη στιγμή της αποστολής πτήσης:

• Να έχετε διαθέσιμες εφεδρικές μπαταρίες και κιτ έκτακτης ανάγκης (κιτ πρώτων βοηθειών, πυροσβεστήρα).
• Έλεγχος της περιοχής της πτητικής αποστολής για τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς
• Έλεγχος και εκκαθάριση των χώρων απογείωσης και προσγείωσης
• Έλεγχος για την παρουσία μη ενημερωμένων ατόμων στην περιοχή υπερπτήσης
• Βαθμονόμηση πολυφασματικών αισθητήρων με χρήση πάνελ βαθμονόμησης
• Εκτελέστε την αποστολή διατηρώντας ανά πάσα στιγμή τον οπτικό έλεγχο του μη επανδρωμένου αεροσκάφους και της γύρω περιοχής.

Σχήμα 3: Τυπική αποστολή μη επανδρωμένου αεροσκάφους σε γεωργικό περιβάλλον.

Συμπεράσματα

Ο σχεδιασμός της πτήσης είναι ένα βασικό βήμα. Ο σωστός καθορισμός των παραμέτρων πριν από την απογείωση σημαίνει την εξασφάλιση ποιοτικών δεδομένων από τα οποία μπορούν να παραχθούν αξιόπιστοι χάρτες. Οι χάρτες πρέπει να υποστηρίζουν τις γεωπονικές αποφάσεις. Για το λόγο αυτό, οι φάσεις του σχεδιασμού πτήσης και της πτήσης πεδίου πρέπει να θεωρούνται αναπόσπαστο μέρος της εργασίας: τότε συναντώνται η τεχνική εμπειρογνωμοσύνη, η γνώση πεδίου και η προσοχή στην ασφάλεια.

Χάρη στην iDroneη ομάδα Agrobit σκέφτεται τα πάντα. Η μέθοδός μας περιλαμβάνει τον προγραμματισμό της πτήσης, τη λήψη αεροφωτογραφιών και, τέλος, τη μετατροπή των συλλεχθέντων δεδομένων σε χάρτες για την υποστήριξη των γεωπονικών αποφάσεων.
Με αυτόν τον τρόπο, ο αγρότης και ο γεωπόνος μπορούν να επικεντρωθούν σε αυτό που πραγματικά έχει σημασία: την ερμηνεία των χαρτών και τη χρήση αντικειμενικών δεδομένων για τη λήψη πιο τεκμηριωμένων, βιώσιμων και κερδοφόρων αποφάσεων.