- анотація У статті описані всі важливі технічні характеристики моделей безпілотних літальних апаратів...
- вага апаратів
- Розміри і форма апаратів
- двигуни
- Висота польоту
- швидкість
- Зліт і посадка
- Автопілот
- знімальне обладнання
- Продуктивність побутових камер при аерозйомки БПЛА
- навігаційне обладнання
- експлуатаційні обмеження
- додаткове навантаження
- Гарантія та страхування
- Ліцензування та сертифікація
- Основні критерії вибору БПЛА
- Наказ Міністерства економічного розвитку Російської Федерації від 17 серпня 2012р. N 518 м Москва
анотація
У статті описані всі важливі технічні характеристики моделей безпілотних літальних апаратів їх вплив на одержуваний результат, наведені розрахунки продуктивності та нормативні документи, описані критерії вибору БПЛА для вирішення певних картографічних завдань.
Класифікація БПЛА
При виборі безпілотних систем для вирішення задач картографування важливим є розуміння відмінностей в конструкторських і технічних рішеннях різних як типів так і моделей БПЛА. В огляді будуть розглянуті характеристики БПЛА літакового типу (моделі тільки з можливістю вільного старту і приземлення, без необхідності аеродромного базування); мультіроторов і вертольотів. Незалежно від типів і моделей, основними характеристиками апаратів є розмір, вага і форма. Саме ці параметри визначають спосіб старту, посадки, вантажопідйомність і, найголовніше, поведінка борту в процесі польоту і зйомки.
вага апаратів
Маса порожнього борту і максимальна злітна маса показують, яку апаратну частину можна використовувати для виконання аерофотозйомки. Чим більше злітна маса, тим більше точне обладнання можна використовувати для отримання якісного результату. Від ваги апарату залежить сила коливань БПЛА потоками повітря, тому чим важче борт, тим стабільніше траєкторія руху і тим стабільніше геометрія зображення.
Розміри і форма апаратів
Від довжини і розмаху крила залежать аеродинамічні властивості БПЛА. За формою БПЛА літакового типу діляться на літаюче крило і фюзеляжні. Переваги фюзеляжного типу - можливість нести більше корисного навантаження і більш стабільно виконувати зйомку, тому що вага саме таких бортів, як правило, більше. Мінусом такого типу БПЛА є складність конструкції, що підвищує вимоги до правил експлуатації і вартість ремонту. Плюси типу літаючого крила в простоті конструкції і експлуатації. Мінуси - невеликі розміри і вагу, що не дозволяють нести додаткову корисне навантаження.
Для мультіротов важливою характеристикою є кількість гвинтів. Вважалося, що кількість гвинтів впливає на стабільність польоту, так коптери з 8-ю гвинтами літали набагато стабільніше 4-х і 6-ти гвинтових, але на сьогоднішній день, завдяки розвитку алгоритмів польоту, все коптери літають однаково стабільно, навіть в разі відмови одного гвинта.
двигуни
Більшість моделей БПЛА використовують електродвигуни. Характеристики двигуна відповідають за максимальну дальність і час польоту. Електродвигуни харчуються від акумуляторних батарей різного типу і залежать від розмірів БПЛА. Компактні моделі можуть провести в повітрі 40 хвилин, великі моделі-до 4 годин, долаючи відстань до 300 км. Деякі моделі використовують двигун внутрішнього згоряння. Як правило, це важкі моделі (від 20 кілограм), тривалість польоту яких досягає 10 годин, що дозволяє їм долати до 1000 км. Для бензинових двигунів використовується суміш бензину Аі-92,95 з синтетичним маслом для двотактних двигунів. Витрата палива становить приблизно 0,5 л / год в режимі горизонтального польоту. Обсяг штатного паливного бака - 5 л. Для зйомки великих майданних об'єктів рентабельно використовувати саме моделі з двигунами внутрішнього згоряння.
Приклад результату: ортофотоплан, ЦФС PHOTOMOD, Заокскій геополігон МІІГАіК, 36,5 кв.км., БПЛА Птеро-Е4 2011р., Камера Canon EOS 5D Mark 2, 653 знімка, 13 см / піксель
Висота польоту
Висота зйомки впливає на розмір пікселя і кількість зображень. Російське законодавство не обмежує варіанти польотних завдань, на відміну від більшості європейських країн, де є жорстке регулювання використання повітряного простору до 100 м. З особливостями регулювання польотів можна ознайомитися в доповіді Валієва Аміра Вільйович, генерального директора компанії «АФМ-Серверс» на кадастрової конференції Гіс -асоціація за 2012 рік тут . Максимальний практична стеля польоту апаратів актуальний для російських просторів, тому що коригуючи висоту зйомки, можна змінювати значення розміру пікселя і кількість зображень.
швидкість
Максимальна і крейсерська швидкість впливають на можливість використання БПЛА в вітряну погоду і на продуктивність зйомки. Середня крейсерська швидкість невеликих моделей (літаючих крил) становить близько 50 - 60 км / год, швидкість більших моделей становить близько 100 км / ч. Обмеження використання БПЛА по швидкості вітру при старті і посадці в середньому складають близько 10 м / с. Передбачити швидкість і пориви вітру на висоті польоту, як правило, складно. Вони впливають на геометрію зйомки і витримування перекриттів, а так само на якість зображень, наприклад, смаз.
Зліт і посадка
БПЛА класифікуються за способом старту і посадки. Основні способи старту: з рук і з катапульти. Основні способи посадки: з парашутом і на корпус.
На відміну від пілотованих літаків і вертольотів, безпілотні системи не вимагають аеродромного базування, виконання льотного завдання здійснюється в автоматичному режимі, вони безпечні для екіпажу.
Останнім часом практично всі моделі БПЛА мають автоматичний режим роботи, починаючи від старту до повного завершення завдання і посадки. Для деяких моделей існує можливість ручного управління через наземну станцію і напівавтоматичного управління (можливість коригувати маршрут, висоту і точку посадки під час виконання завдання).
Автопілот
Автопілот є «мозком» БПЛА. До недавнього часу, в більшості випадків використовувалися найпростіші автопілот, призначені для аматорських авіамоделей, що не задовольняє вимогам при аерофотозйомки. На даний момент більшість розробників БПЛА працюють над розробкою власних автопілотів, що відповідають запитам аерофотозйомки.
Приклад результатів: тепловизионная зйомка, ЦФС PHOTOMOD, БПЛА Птеро-Е5 2013р., Тепловізор, 88 знімків, 20 см / піксель
знімальне обладнання
Більшість БПЛА це невеликі за розмірами і вантажопідйомністю апарати. У зв'язку з цим для аерофотозйомки часто використовуються камери класу «мильниця». На моделі з великою вантажопідйомністю встановлюють дзеркальні повноформатні фотокамери, такі як Canon (EOS) або Nikon (D800). Важливим в процесі аерозйомки виступає робота затворів камер, для виконання картографо-геодезичних робіт рекомендовано використовувати камери з центральним або електронним затвором.
Деякі моделі БПЛА обладнають професійними аерокамерамі, створеними спеціально для використання на БПЛА, такий як Phase One. Дана камера забезпечує потрібну якість зображень, але має високу вартість (35-45 000 Євро) і важить 2,9 кг. Розмір матриці і продуктивність камери впливають на кількість знімків і, отже, на час, необхідний на постобработку. Приклад продуктивності деяких камер представлений в таблиці:
Продуктивність побутових камер при аерозйомки БПЛА
Параметри Nikon D800 Ricoh GR Canon IXUS Sony RX1 Sony NEX5 Canon_EOS 5D mark2 Phase One IXU 150 Площа (кв. Км.) 30 Ширина кадру (пікс.) 4912 2736 3000 4000 3264 3744 6208 Довжина кадру (пікс.) 7360 3168 4000 6000 4912 5616 8280 Мпікс. 36 9 12 24 16 21 51 Фіз. розмір пікселя (мкм) 5,0 2,0 1,5 6,0 4,9 6,5 5,3 GSD, cм 5 Площа кадру (кв. км.) 0,09 0,02 0,03 0,06 0,04 0,05 0,13 Поздовжнє перекриття (%) 80 Поперечний перекриття (%) 60 Фокусна відстань (мм) 50 6 4 35 16 50 55 Інтервал фотографування (с) 0,6 0,6 0,6 1 1 0 , 8 0,8 Кількість фотографій 4149 17306 12500 6250 9356 7134 2918 Час зйомки (годину) 0,7 2,9 2,1 1,7 2,6 1,6 0,6 Висота зйомки (м) 500 150 133 292 163 385 519
навігаційне обладнання
Для навігації БПЛА використовуються дешеві одночастотні прилади GPS / IMU (Global Positioning System / Inertial Measurement Unit). Так само їх використовують для елементів зовнішнього орієнтування знімків. Останнім часом деякі розробники використовують двочастотні GPS приймачі та зрівнюють їх вимірювання з даними від базових GNSS станцій. Оскільки більшість моделей БПЛА не мають можливості використовувати стабілізуючі платформи для камер через недостатню вантажопідйомності, рекомендовано використовувати точні інерціальні системи INS, які дозволять визначати елементи орієнтування зйомки з задовільною точністю. Для зв'язку з БПЛА під час польоту використовуються радіоканали. Частоти таких каналів варіюють від 433 МГц до 2,4 ГГц. Зв'язок необхідна для контролю оператором виконання завдання в режимі реального часу і коригування завдання. Іноді за допомогою радіоканалу передають відео та фотоматеріали, отримані під час зйомки.
експлуатаційні обмеження
Використання БПЛА має широку географію. Температурний діапазон експлуатації (від -30 ° C до + 50 ° C), дозволяє використовувати БПЛА в різних кліматичних зонах. Єдиним експлуатаційним обмеженням у виробників, покликаний забезпечити дбайливу експлуатацію, є швидкість вітру на старті і посадці. В середньому, вона варіює від 4 до 15 м / с в залежності від типу і ваги апарату.
Приклад результатів: цифрова модель рельєфу, ЦФС PHOTOMOD, Казань, кар'єр, БПЛА ZALA 421F 2013р., Камера Canon EOS 550D, 71 знімок, 5 см / піксель
додаткове навантаження
Крім фотокамер на борт БПЛА можуть бути встановлені різні інші прилади, такі наприклад як тепловізор, лазерний сканер, відеокамера. Використовуючи ці прилади можна вирішувати виробничі завдання, пов'язані з моніторингом та технічним діагностуванням об'єктів.
Гарантія та страхування
Як правило, гарантія на всі моделі БПЛА становить 12 місяців. При цьому останнім часом з'явилася можливість страхувати БПЛА як повноцінний геодезичний інструмент.
Ліцензування та сертифікація
В даний момент питання державної сертифікації БПЛА як інструменту для проведення інженерно-геодезичних і картографічних робіт не вирішене. Крім сертифікації самого апарату, необхідна сертифікація експлуатуючих організацій. Для габаритних БПЛА бригада обслуговування повинна складатися як мінімум з оператора і техніка. Для маленьких моделей достатньо однієї людини. Сертифікацію на даний момент проводять безпосередньо фірми розробники. Без отримання сертифіката, експлуатація БПЛА для виконання інженерно-геодезичних і картографічних робіт виробниками не рекомендована.
Приклад результатів: цифрова модель місцевості, ЦФС PHOTOMOD, Кемерово, кар'єр, БПЛА Птеро-Е5 2013р., Камера Nikon D 800, 413 знімків, 8 см / піксель
Основні критерії вибору БПЛА
Основні критерії вибору можна визначити виходячи з виду робіт. Оскільки розглядаються моделі для високоточних вимірювань, то матеріал повинен відповідати чинній нормативній документації для фотограмметричних, геодезичних та землевпорядних робіт. Згідно ГКІНП (ГНТА) -02-036-02 інструкції з фотограмметричних робіт при створенні цифрових топографічних карт і планів, картографічним матеріалом вважається планова зйомка до 3˚ від надира, яка задовольнить встановленими ознаками дешифрування в залежності від масштабу. В даний момент спеціальної документації з контролю якості матеріалів, одержуваних з БПЛА, не створено, таким чином необхідно враховувати чинні інструкції з фотограмметричних робіт. Подібним вимогам до зйомки відповідають моделі з достатньою вагою або стабілізуючої платформою. У наступній таблиці наведено вимоги до точності і методів визначення характерних точок меж земельної ділянки, а також характерних точок контуру будівлі, споруди або об'єкта незавершеного будівництва на земельній ділянці, що використовуються в землеустрій.
Наказ Міністерства економічного розвитку Російської Федерації від 17 серпня 2012р. N 518 м Москва
п / п Категорія земель Середня квадратична помилка розташування характерних точок, не більше, м 1 Землі населених пунктів 0,10 2 Земельні ділянки, надані для ведення особистого підсобного господарства, садівництва, городництва, індивідуального гаражного або індивідуального житлового будівництва на землях населених пунктів і землях сільськогосподарського призначення 0,20 3 землі сільськогосподарського призначення 2,50 4 землі промисловості, енергетики, транспорту, зв'язку, радіомовлення, телебачення, інформатики, землі забезпечення до мической діяльності, землі оборони, безпеки та іншого спеціального призначення 0,50 5 Землі особливо охоронюваних природних територій та об'єктів 2,50 6 Землі лісового фонду, землі водного фонду, землі запасу 5,00
Для отримання необхідної якості і геометрії зйомки населених пунктів і промислових об'єктів необхідні моделі БПЛА з розміром і вагою, що дозволяє використовувати високоточні прилади (GPS / INS) і камери з великою матрицею і центральним затвором. Дуже важливо, щоб алгоритми автопілота моделей були адаптовані під зйомку зі строго заданими параметрами. Для вирішення таксаційних або моніторингових завдань сільськогосподарських земель або земель лісового, водного фонду можна використовувати моделі меншої ваги і розміру і знехтувати більш точними приладами, однак виникає питання продуктивності, тому що подібні категорії земель займають великі території. Тут важливо, щоб моделі БПЛА мали високу стійкість до погодних умов.
Увага. Зведені таблиці характеристик БПЛА різних типів можна отримати за посиланнями нижче. (Інформація отримана особисто від розробників кожної моделі)
