Zasady zdalnego kierowania BSP

przegląd zasad

Zdalne kierowanie bezzałogowym statkiem powietrznym

Kierowanie bezzałogowym statkiem powietrznym oddalonym od jego pilota może odbywać się na dwa sposoby: 

• przewodowy
• bezprzewodowy

Loty na uwięzi

O lotach na uwięzi mówimy, gdy dron jest połączony przewodem elektrycznym z modułem naziemnym, który dostarcza zasilanie, przesyła dane oraz sygnały sterujące. W takich operacjach zasięg drona jest ograniczony długością kabla, co oznacza, że może on poruszać się tylko w obszarze wyznaczonym przez długość tego przewodu.

Drony na uwięzi są specjalnym rodzajem bezzałogowych statków powietrznych (BSP) wykorzystywanym głównie do długotrwałych misji, które wymagają ciągłego monitorowania lub nadzoru, takich jak statyczny monitoring lub transmisja na żywo. Kabel pełni wiele funkcji jednocześnie: dostarcza energię do drona, przesyła dane z jego sensorów do stacji kontrolnej na ziemi i umożliwia operatorowi wysyłanie poleceń sterujących. W zależności od systemu, niektóre rozwiązania wykorzystują kabel zarówno do zasilania, jak i do sterowania, podczas gdy inne mogą używać kabla tylko do zasilania i przesyłania danych, a sterowanie odbywa się bezprzewodowo. Dzięki temu drony na uwięzi mogą być niezwykle efektywne w zadaniach wymagających nieprzerwanej pracy bez konieczności wymiany baterii. Drony mogą przebywać w przestrzeni powietrznej nieprzerwanie przez wiele godzin, dni, czy tygodni.

Główne funkcje kabla w dronach na uwięzi:

1. Zasilanie: Kabel zapewnia stałe zasilanie z naziemnego źródła energii, co pozwala dronom na uwięzi na długotrwały lot bez potrzeby lądowania i wymiany baterii. Zasilanie to jest zwykle elektryczne i jest kluczowe w misjach wymagających długotrwałego przebywania w powietrzu, takich jak nadzór, reagowanie na katastrofy czy monitoring​.
2. Transmisja danych i sterowanie: Kabel pełni również funkcję stabilnego i bezpiecznego łącza do transmisji danych oraz sygnałów sterujących. Obejmuje to przesyłanie wideo w wysokiej rozdzielczości, danych z czujników i telemetrii do stacji naziemnej oraz umożliwienie kontroli ruchów drona. Dane i sygnały sterujące są przesyłane przez kabel, co zapewnia niezawodne połączenie, mniej podatne na zakłócenia niż połączenia bezprzewodowe​.

Podsumowanie

Podsumowując, drony na uwięzi zazwyczaj polegają na kablu do zasilania, transmisji danych i sterowania. Taki układ zapewnia stabilną i ciągłą operację, co jest szczególnie cenne w sytuacjach wymagających długiego czasu lotu i niezawodnej komunikacji danych. Użycie kabla zmniejsza ryzyko związane z komunikacją bezprzewodową, takie jak utrata sygnału lub zakłócenia, co sprawia, że drony na uwięzi są odpowiednie do misji, gdzie niezawodność i bezpieczeństwo są priorytetem.

Sterowanie bezprzewodowe Łączność radiowa

Sterowanie bezprzewodowe BSP wykorzystuje łączność radiową do przesyłania sygnałów sterujących i odbierania informacji z drona. Zasięg takiego połączenia zależy od mocy nadajnika, kierunku rozchodzenia się fal, warunków atmosferycznych i przeszkód terenowych. Wymagana jest stała linia widoczności radiowej, zwana LOS (Line-of-Sight), co oznacza, że przesył sygnału nie może być blokowany przez fizyczne przeszkody. Dla większości operacji VLOS (Visual Line-of-Sight), gdzie pilot musi mieć wizualny kontakt z dronem, LOS jest również kluczowy.

Sterowanie bezzałogowym statkiem powietrznym możliwe jest jeżeli jest utrzymywana łączność radiowa pomiędzy statkiem, a aparaturą w nim sterującą. Musi więc być utrzymana linia łączności radiowej tak zwany LOS (line-of-sight). Ww zasadzie pokrywa się to z widocznością wzrokową VLOS, dlatego też narzędzia programistyczne które pozwalają określić widoczność wzrokową są pomocne również dla określenia widoczności radiowej przykład SORA - Grey.aero.

Częstotliwości i widma łączy danych

W instrukcji producenta powinna być podana częstotliwość, na jakiej pracuje aparatura sterująca, czyli częstotliwość fal, które zapewniają łączność pomiędzy aparaturą sterującą a bezzałogowym statkiem powietrznym, najczęściej są to:

•  2,4 GHz (od 2400 do 2483 MHz ) - 
•  5,0 GHz / 5,8 GHz (od 5150 do 5350 MHz oraz od 5470 do 5725 MHz)

Każde z tych pasm ma swoje zalety i wady, więc nie można jednoznacznie stwierdzić, które jest lepsze. Każde może okazać się korzystniejsze w innej sytuacji.

• 2,4 GHz: Generalnie fale 2,4 GHz lepiej radzą sobie z pokonywaniem przeszkód takich jak drzwi, meble i ściany.
• 5,0 GHz / 5,8 GHz: Fale te zapewniają wyższe prędkości przesyłu danych niż 2,4 GHz oraz są mniej popularne, co zmniejsza prawdopodobieństwo nakładania się i zakłócania fal w eterze. Ma to szczególne znaczenie w środowisku miejskim, gdzie występuje duża liczba urządzeń Wi-Fi, które najczęściej są domyślnie ustawiane na 2,4 GHz przez producentów.

‍

Automatyczne tryby lotu

APAS

Zaawansowany System Wspomagania Operatora

System ten pozwala automatycznie omijać przeszkody lecąc do przodu za pomocą aparatury sterującej. Podczas lotu do przodu dron, nieprzerwania skanuje otoczenie w poszukiwaniu przeszkód. Gdy takie przeszkody zidentyfikuje, a pilot cały czas daje drążkiem kierunek do przodu to dron sam obliczy najlepszę trajektorię lotu i nią podąży, bez zatrzymywania się. Dopiero w sytuacji, gdy ma jednak za mało miejsca na ominięcie przeszkody przy danej prędkości wtedy zatrzyma się i zawiśnie w oczekiwaniu na inny kierunek nadany przez pilota. Jest przydatna również w lataniu w miejscu takim jak las.

Funkcję tę można manualnie włączać i wyłączać w aplikacji sterującej.

RTH (Return to Home):

Tryb "Return to Home" polega na automatycznym powrocie drona do zaprogramowanego punktu "domowego" (najczęściej jest to miejsce, z którego dron wystartował lub punkt ustalony przez operatora przed lotem lub w trakcie lotu np. miejsce znajdowania się aparatury sterującej). Tryb RTH jest aktywowany, gdy dron traci sygnał z aparaturą sterującą, gdy poziom baterii jest niski, lub gdy operator ręcznie włączy tę funkcję. Po uruchomieniu trybu RTH dron automatycznie wraca do punktu domowego.

Podczas trybu Return to Home (RTH), nie każdy dron automatycznie omija przeszkody. Funkcja omijania przeszkód podczas RTH zależy od konkretnego modelu drona i jego wyposażenia w odpowiednie czujniki oraz oprogramowanie.

RTL (Return to Launch)

Tryb "Return to Launch" jest bardzo podobny do RTH, ale w tym przypadku dron wraca dokładnie do miejsca, z którego wystartował. Jest to przydatne w scenariuszach, gdzie dokładność powrotu do konkretnego miejsca jest kluczowa. Funkcja RTL jest często używana w sytuacjach awaryjnych, takich jak utrata sygnału GPS lub problem z kontrolą drona.

Inne Tryby Automatycznego Pilotażu Dronów

Oprócz trybów Return to Home (RTH) i Return to Launch (RTL), drony wyposażone są w inne zaawansowane tryby automatycznego pilotażu, które umożliwiają łatwiejszą i bardziej efektywną obsługę, zwłaszcza w trudnych warunkach lub podczas skomplikowanych misji. Oto niektóre z nich:

1. Tryb Follow Me:
   • Opis: W trybie "Follow Me" dron automatycznie podąża za operatorem lub innym obiektem, takim jak pojazd, na podstawie sygnału GPS z kontrolera lub innego urządzenia (np. smartfona).
   • Zastosowanie: Idealny do filmowania dynamicznych scen, takich jak jazda na rowerze, bieganie czy jazda na nartach, gdzie dron utrzymuje stabilną pozycję za obiektem, jednocześnie go śledząc.
2. Tryb Orbit (Point of Interest):
   • Opis: Dron automatycznie okrąża wybrany punkt zainteresowania (Point of Interest - POI) na zadanej wysokości i odległości. Operator może ustawić parametry, takie jak prędkość i kąt kamery.
   • Zastosowanie: Użyteczny do filmowania obiektów statycznych, takich jak budynki, pomniki czy naturalne formacje, z różnych kątów, tworząc dynamiczne ujęcia panoramiczne.
3. Tryb Waypoints (Trasa):
   • Opis: W trybie "Waypoints" operator planuje trasę lotu, wyznaczając serię punktów (waypoints) na mapie, które dron ma przelecieć w określonej kolejności. Można zaprogramować wysokość, prędkość oraz działania, jakie dron ma wykonać na każdym punkcie (np. zatrzymanie, zmiana kierunku, wykonanie zdjęcia).
   • Zastosowanie: Idealny do skomplikowanych misji, takich jak inspekcje przemysłowe, mapowanie terenu, czy automatyczne patrole nad obszarami o wysokim ryzyku, gdzie precyzyjna trasa jest kluczowa.
4. Tryb Gesture Control:
   • Opis: Dron reaguje na gesty operatora, takie jak ruchy rąk, do wykonywania podstawowych poleceń, takich jak start, lądowanie, robienie zdjęć czy zmiana kierunku lotu.
   • Zastosowanie: Przydatny w sytuacjach, gdy operator nie ma dostępu do pilota zdalnego sterowania lub chce wykonywać proste polecenia z odległości bez konieczności bezpośredniego dotykania kontrolera.
5. Tryb TapFly:
   • Opis: Operator dotyka ekranu urządzenia mobilnego lub kontrolera, aby wyznaczyć punkt, do którego dron ma polecieć. Dron automatycznie podąża w tym kierunku, utrzymując stałą wysokość i unikając przeszkód na swojej drodze.
   • Zastosowanie: Ułatwia nawigację w trudnym terenie lub w sytuacjach, gdy operator chce precyzyjnie wskazać miejsce docelowe, bez potrzeby ręcznego sterowania.
6. Tryb Terrain Follow:
   • Opis: Dron automatycznie dostosowuje swoją wysokość lotu do ukształtowania terenu, co jest możliwe dzięki czujnikom mierzącym odległość od ziemi.
   • Zastosowanie: Idealny w terenach górskich lub nierównych, gdzie utrzymanie stałej wysokości nad ziemią jest kluczowe, aby uniknąć kolizji i zachować stabilność lotu.

Podsumowanie

Automatyczne tryby pilotażu znacząco ułatwiają operacje dronem, zwłaszcza w trudnych warunkach lub podczas realizacji skomplikowanych zadań. Umożliwiają one operatorom wykonywanie zadań z większą precyzją i bezpieczeństwem, minimalizując ryzyko błędów ludzkich i optymalizując wykorzystanie dronów w różnych scenariuszach. Wybór odpowiedniego trybu zależy od specyfiki misji oraz preferencji operatora, ale wszystkie mają na celu zwiększenie efektywności i bezpieczeństwa operacji.

‍

Manualne sterowanie dronem

Manualne sterowanie dronem odnosi się do sytuacji, w której operator ma pełną kontrolę nad wszystkimi aspektami lotu drona, w tym jego pozycją, wysokością, prędkością oraz kierunkiem. W przeciwieństwie do lotów automatycznych, takich jak Return to Home (RTH) czy inne tryby automatycznego pilotażu, gdzie dron wykonuje określone zadania samodzielnie, loty manualne wymagają ciągłej interakcji i decyzji pilota.

‍

‍

Zasady zdalnego sterowania BSP w lotach BVLOS

W kontekście lotów BVLOS (Beyond Visual Line of Sight), czyli operacji dronem poza zasięgiem widoczności wzrokowej, istnieje kilka kluczowych aspektów zdalnego sterowania, które warto omówić:

1. Obserwatorzy Przestrzeni Powietrznej:
   • Podczas operacji BVLOS, pilot może być wspierany przez obserwatorów przestrzeni powietrznej, którzy monitorują przestrzeń wokół drona i komunikują się z pilotem w celu uniknięcia kolizji z innymi statkami powietrznymi. Obserwatorzy muszą być rozmieszczeni w taki sposób, aby pokryć całą przestrzeń operacyjną drona, a komunikacja między nimi a pilotem musi być niezawodna i skuteczna​.
2. Automatyzacja i Programowanie Trasy:
   • Loty BVLOS często są wykonywane na podstawie zaprogramowanych tras, co minimalizuje ryzyko błędów ludzkich i zapewnia większą precyzję w wykonywaniu misji. Drony muszą być wyposażone w systemy, które umożliwiają im automatyczne kontynuowanie operacji zgodnie z zaprogramowaną trasą nawet w przypadku utraty łączności z operatorem​.
3. Systemy Zapewniające Bezpieczeństwo:
   • Bezzałogowe statki powietrzne wykorzystywane w lotach BVLOS muszą być wyposażone w technologie pozwalające na zmniejszenie ryzyka kolizji, takie jak kamery lub inne urządzenia do obserwacji otoczenia. Drony te muszą mieć również możliwość automatycznego wykonania procedury awaryjnej, takiej jak awaryjne lądowanie lub powrót do zaprogramowanego miejsca​.
4. Zarządzanie Przestrzenią Powietrzną i Ryzykiem:
   • Przed rozpoczęciem lotu BVLOS konieczne jest zgłoszenie planowanej operacji, jej miejsca, czasu i wysokości lotu do odpowiednich organów zarządzających przestrzenią powietrzną, takich jak Polska Agencja Żeglugi Powietrznej. Ponadto, operacje BVLOS muszą być zgodne z instrukcjami operacyjnymi i procedurami opracowanymi przez operatora drona, co obejmuje ocenę ryzyka operacyjnego na miejscu​.
5. Ograniczenia Wysokości i Odległości:
   • Loty BVLOS są często ograniczone do określonej maksymalnej wysokości i odległości od pilota lub obserwatorów, aby zapewnić kontrolę nad dronem i zminimalizować ryzyko kolizji z innymi użytkownikami przestrzeni powietrznej​​.
6. Środki Komunikacji i Koordynacja:
   • Operacje BVLOS wymagają niezawodnych systemów komunikacji między pilotem a obserwatorami oraz innymi uczestnikami operacji, aby zapewnić bezpieczne zarządzanie przestrzenią powietrzną i skuteczne reagowanie na dynamicznie zmieniające się warunki operacyjne​​.

Te aspekty są kluczowe dla bezpiecznego i efektywnego przeprowadzania operacji dronem poza zasięgiem wzroku operatora, zapewniając zarówno zgodność z przepisami, jak i minimalizację ryzyka związanego z takimi lotami.

‍