В коммерческой, производственной и государственной сферах растет потребность в автоматическом получении информации из предварительно не определенных точек на земле или крупных по размеру территорий. Особенно интересно постоянное автоматическое наблюдение: мониторинг лесных пожаров, экологический контроль, незаконные проникновения, мониторинг крупной территории, линий электропередач, нефте- и газопроводов. Беспилотные летательные аппараты (далее БПЛА) очень эффективны и экономичны в этой сфере, но существуют препятствия для их внедрения: ограниченное время работы и необходимость в обслуживании. Наш проект направлен на решение этой проблемы, а именно на автоматизацию обслуживания БПЛА. Это парадигма автоматизации, помимо прочего, открывает новые возможности для использования БПЛА, в частности такую систему можно использовать для оперативной доставки малогабаритных грузов (документы между корпусами, быстрая доставка лекарств в карантинных условиях).
Предлагается разработать программно-аппаратный комплекс (далее ПАК) для автономной посадки дрона, снабженный автоматической зарядной системой. Это позволит сделать процесс мониторинга полностью автономным, уменьшить его финансовую стоимость и ускорить время его выполнения. ПАК будет включать в себя следующие элементы:
1. Посадочная станция (Рисунок 1), снабженная блоком датчиков для оценки геопозиции и измерения метеоданных;
Рис. 1. Посадочная станция
Станция будет представлять собой универсальное посадочное устройство, то есть ее можно будет использовать с различными моделями БПЛА, работающими под автопилотом PX4 версии не ниже 1.9.0.
2. Блок питания, который будет непосредственно стыковаться с подвесным устройством дрона и производить автоматическую зарядку (Рисунок 2);
Рис. 2. Блок питания
3. Управляющий микроконтроллер, которые регулирует процессы во всей станции;
4. Блок связи 4G/5G для возможности доступа к станции через интернет;
5. Система центровки контактов питания дрона с соответствующими контактами посадочной станции. (Рисунок 3);
Рис. 3. Система центровки
Конструкция представляет из себя систему из четырех балок, вращающихся попарно синхронно и независимо, способные центрировать дронов имеющих сложную форму посадочных шасси. Система имеет возможность бездатчикого силомоментного управления для центровки дрона. Для этого к приводам подключены аналоговые датчики тока, позволяющие при известной модели двигателя определять момент нагрузки, создаваемый при центровке дрона. ДПТ двигатели данной серии имеют небольшие габариты и обладают высоким крутящим моментом
6. Серверное устройство
В качестве серверного устройства выступает второй микроконтроллер Raspberry Pi 4, который позволяет получить данные с любой точки планеты, где есть выход в интернет. Также для обеспечения удобного дистанционного управления разрабатывается веб интерфейс, который можно видеть на рисунке 4;
Рис. 4. Веб интерфейс
Сервер для этого сайта также запускается на серверном устройстве.
7. Подвесное устройство с системой крепления к дрону (Рисунок 5), включающее:
Аблок зарядки;
Бблок оптической навигации;
Служит для точного центрирования дрона относительно станции.
Вблок связи 4G/5G для доступа в интернет;
Гуправляющий микроконтроллер.
Рис. 5. Подвесное устройство
На подвесном устройстве будут размещены оптический дальномер TFmini LiDAR, камера Raspberry Pi Camera Board v2.1 и камера PX4FLOW Smart Camera, модем Huawei E3372 Original и вычислительный блок Intel Neural Compute Stick, предназначенный для задач машинного зрения.
Система зарядки способна регулироваться в зависимости от параметров используемого дрона, что расширяет диапазон выбора модели БПЛА, а значит и расширяет возможный перечень задач, где ПАК может быть использован.
Среди возможных кейсов использования программно-аппаратная платформы можно привести полную автоматизацию мониторинга территорий; контроль хода строительства объектов; контроль изменений показателей растительности на сельскохозяйственных объектах; быструю, безопасную и экономичную транспортировку легковесных приоритетных грузов; аэросъемку и фотограмметрию гражданских и государственных территорий различного назначения. Также ПАК может применяться в научных, исследовательских и образовательных целях.
