headerphoto

Cvičení 2 - Předletová příprava, plánování mise

Plánování a příprava letu je nedílnou součástí provozu UAV, jejíž opomenutí může vést až k poškození či havárii stroje. Příprava zahrnuje několika aspektů a probíhá typicky nejprve předem v kanceláři a následně na samotném místě realizace letu. Součástí tohoto cvičení není řešení výběru vhodného UAV, sensorového vybavení a jeho nastavení pro konkrétní účely, pouze obecný popis aspektů, kterými by se měl zabývat každý, kdo se chystá létat s UAV (a pořizovat prostorová data).

Cíle cvičení

  • seznámit se s dostupnými informačními zdroji umožňujícími plánovat let s UAV
  • seznámit se se základními meteorologickými podmínkami provozu UAV
  • vyzkoušet si plánování letecké kampaně v prostředí aplikace DJI GS Pro

Úkoly

Pro zadanou lokalitu vytvořte v aplikaci DJI GS Pro letový plán pro kvadrokoptéru DJI Phantom 3 Advanced takovým způsobem, aby snímky díky němu pořízené měly rozlišení lepší než 3 cm/px, byl zajištěn jejich překryv v podélném i příčném směru alespoň na úrovni 75 % a během letu byly dodrženy všechny platné legislativní aspekty provozu UAV na území České republiky.

Obsah cvičení

Příprava letu s využitím dostupných informačních zdrojů

Tato část přípravy je obvykle realizována dopředu z kanceláře či domova a zahrnuje záležitosti představené v následujících odstavcích.

1, Studium lokality s využitím mapových podkladů

S ohledem na samotný let s UAV nás zajímá zejména vertikální členitost terénu a typy krajinných pokryvů na potřebné lokalitě. Oboje může mít vliv na stanovení výšku letu (případně její změny v průběhu letu) a výběr vhodného místa pro vzlet a přistání UAV. Z pohledu legislativy provozu UAV a možných zdrojů rušení systémů UAV či komunikace mezi UAV a ovladačem pilota je důležité hodnotit blízkost jakékoliv zástavby či míst vhodných ke shromážďování lidí, liniových staveb (zejména komunikace, železnice, elektrická vedení), vysílačů, průmyslových areálů, letišť, vojenských újezdů, apod.

Upozornění: vyjmenování konkrétních legislativních pravidel provozu UAV není předmětem tohoto cvičení, ale samostatné přednášky věnované tomuto tématu!

Pro popsané studium lokality je vhodné využít volně dostupné mapové podklady, kterými jsou například:

2, Zhodnocení trvalých a dočasných bezletových zón

Řízení letového provozu ČR provozuje webovou mapovou službu http://dronview.ans.cz/, kde jsou nad volitelným mapovým podkladem zobrazeny všechny trvalé i dočasně vyvolané zóny omezující či zcela zakazující let s UAV - realizace letu v nich často vyžaduje získání výjimky vydané Úřadem pro civilní letectví, ÚCL. Zatímco mezi trvalé zóny patří zejména okolí všech letišť, národní parky, vojenské újezdy, zóny s dočasnou platností jsou typicky vyvolané žádostí vybraných složek státu (armáda, složky IZS) či soukromými institucemi. Jejich časová platnost je typicky v řádu hodin či několika málo dní.

Kontrolu těchto zón omezujících či zakazujících provoz UAV je potřeba dělat vždy před samotným letem UAV!

Poznámka: Kromě webu http://dronview.ans.cz/ existuje také web http://aisview.rlp.cz/, který je po vizuální stránce totožný, avšak řeší celkový letový provoz! Některé bezletové zóny v něm zobrazené tak nemusí zasahovat do vzdušného prostoru třídy G (do 300 m nad zemským povrchem), ve kterém jsou až na výjimky provozovány lety s UAV.

Webová mapová služba http://dronview.ans.cz/ zobrazující bezletové a vyhrazené zóny

Obr. 1: Ukázka okna webové mapová služby http://dronview.ans.cz/ zobrazující bezletové a vyhrazené zóny

3, Výběr vhodné lokality pro vzlet a přistání s ohledem na vlastnictví pozemků

Dle legislativy platné na území České republiky je potřebné mít pro vzlet a přistání s UAV na soukromém pozemku souhlas jeho majitele. Pokud není let realizován na objednávku samotného majitele, je vhodné pro vzlet a přistání (samozřejmě s ohledem na charakter a typ povrchu) vybírat pozemky ve vlastnictví státu a jeho samosprávných orgánů (obce, kraje). Tento výběr je možno jednoduše realizovat pomocí online nahlížení do katastru nemovitostí na adrese https://nahlizenidokn.cuzk.cz/.

Meteorologické podmínky letu s UAV

Z meteorologických veličin mají na realizaci letu s UAV vliv zejména následující:

1, teplota - rozsah teplot, za kterých je možné létat s konkrétním typem UAV určuje primárně jeho výrobce. ÚCL však může v provozní příručce daného UAV povolit vyšší rozsah teplot, zpravidla u spodní hranice intervalu, aby byla zajištěna možnost provozu i v zimním období roku. Proto ačkoliv pro kvadrokoptéru DJI Phantom 3A uvádí výrobce rozsah teplot 0 až 40 °C, v provozní příručce stroje vydané ÚCL je uvedeno -10 až 40 °C. Létání při teplotách blížících se bodu mrazu či pod bodem mrazu je však potřeba věnovat zvýšenou opatrnost, jelikož dochází například k rychlejšímu vybíjení akumulátorů. Za těchto teplot je také velmi vhodné uchovávat baterie v terénu před letem v teple, aby se zamezilo nutnosti zahřívání baterie na provozní teplotu (okolo 20 až 25 °C) ve stroji samotném a tím ke zbytečnému vybíjení baterie.

Stabilitu letu UAV při foukání větru o vyšší rychlosti dokáží značně vylepšit jeho podpůrné systémy, zejména GNSS (GPS) přijímač. Jeho vypnutí či (dočasná) ztráta funkčnosti může viditelně ztížit ovládání UAV za letu.

2, vítr - rychlost a síla větru mohou výrazně ovlivnit letové vlastnosti UAV a také kvalitu obrazových dat jím pořízených. Pro standardně dostupné UAV na trhu je jako limitní hodnota pro bezpečný provoz UAV uváděna rychlost větru okolo 10 m/s, tedy 36 km/hod. Pro sběr dat je však vždy, kdy je to možné, vhodné vybírat podmínky s co nejnižší rychlostí větru. A to zejména pokud má být pořizován záznam objektů, které se vlivem větru pohybují (typicky listy vegetace), jelikož se jejich podoba může mezi jednotlivými snímky mírně lišit a tím zkomplikovat či zamezit úspěšné zpracování dat. Pro aktuální zjištění rychlosti větru je možno využít přenosný anemometr, vždy je však potřeba mít na paměti, že rychlost větru může být výrazně vyšší v samotné výšce letu UAV, než při zemském povrchu.

3, srážky - ačkoliv některé typy UAV jsou schopny létat za deště, obecně je nutné se vyvarovat létání při vypadávání jakéhokoliv typu kapalných či pevných srážek jakékoliv intenzity

4, oblačnost - dle Doplňku X Leteckého předpisu L 2 "let bezpilotního letadla smí být ve vzdušném prostoru třídy G prováděn jen vně oblaků." Jinými slovy, oblačnost (včetně mlhy) nesmí jakkoliv zamezit či znemožnit neustálý vizuální kontakt pilota s UAV.

5, možnost vzniku námrazy - námraza na vrtulích či jiných částech stroje může vést k havárii bezpilotního leteckého prostředku. Nejvyšší pravděpodobnost vzniku námrazy je při styku povrchu s teplotou 0 °C a nižší s vlhkým vzduchem. S rostoucím mrazem obecně klesá pravděpodobnost vzniku námrazy.

Pro výběr vhodného dne či části dne pro létání s UAV je vhodné využít dostupné zdroje poskytující předpověď počasí či informace o aktuálním stavu počasí. Pro zjištění předpovědi počasí v časovém rozsahu přibližně 6 až 48 (72) hodin do budoucnosti jsou v současnosti ideální numerické předpovědní modely počasí (Numerical Weather Model, NWM). Pro území České republiky je možné doporučit výstupy modelu ALADIN-CZ (http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/ov/aladin/results/ala.html), Medard (http://www.medard-online.cz/) či výstupy regionálních modelů dostupné například na webu https://www.windy.com/. Zhodnocení aktuální stavu a vývoje srážkové činnosti umožňují snadno realizovat výstupy meteorologických srážkoměrných radarů, viz web http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/rad/inca-cz/short.html či https://www.windy.com/. Výstupy z většiny uvedených zdrojů jsou k dispozici také v podobě aplikací pro mobilní zařízení.

Ukázka meteogramu s předpovědí počasí pro město Ostrava ve dnech 9. - 11. 8. 2019 ze tří různých regionálních NWM, zdroj: https://www.windy.com/

Obr. 2: Ukázka meteogramu s předpovědí počasí pro město Ostrava ve dnech 9. - 11. 8. 2019 ze tří různých regionálních NWM, zdroj: https://www.windy.com/

Plánování letecké kampaně v prostředí aplikace DJI GS Pro

Aplikace DJI GS Pro je ve své základní verzi dostupná zdarma a nabízí značnou funkcionalitu využitelnou při sběru obrazových dat s cílem odvodit mračno 3D bodů (a z něj 3D model objektu a/nebo digitální model reliéfu) či ortofotomapu. Jednotlivé letové plány jsou realizovány formou samostatných misí, které zůstávají uloženy v paměti aplikace. Při potřebě opakovaného sběru dat na totožné lokalitě je tak možné vždy využít identický letový plán.

Letový plán je možno definovat pomocí několika základních variant:

  • vytvořením polygonu pokrývajícího oblast zájmu (volba PhotoMap nebo 3DMapArea): jednotlivé letové řady jsou automaticky vypočteny na základě zadaných parametrů letu (výška letu, překryvy snímků, rychlost letu, atd.) a použitého sensoru (ovlivněno rozlišením sensoru, úhlem záběru, schopností kontinuálního pořizování snímků, atd.)
  • manuálním zadání jednotlivých bodů (waypoint) definujících trasu letu (volba WayPointRoute), maximální počet bodů v jednom letovém plánu je omezen na 99
  • vyhrazením oblasti, kterou nesmí UAV opustit (volba VirtualFence), vhodné například při výskytu bezletové zóny, do které nesmí UAV vstoupit, či pro tréninkové účely. Je možné také specifikovat maximální rychlost letu UAV a maximální povolenou výšku letu.

Pro vytvořený letový plán jsou vypočteny základní informace jako například předpokládaná doba letu, vzdálenost, kterou UAV urazí a velikost plochy, která bude nasnímána, počet snímků, které budou pořízeny a jejich prostorové rozlišení (cm/px), odhadovaný potřebný počet baterií, atd.

Po vytvoření letového plánu je možné přejít k samotné realizaci letu. Po nahrání letového plánu do UAV následuje jeho automatický vzlet, provedení letového plánu a ukončení letu způsobem definovaným uživatelem (typicky návrat na výchozí pozici (tzv. home point) nebo fixace polohy UAV v místě ukončení letového plánu). Pilot UAV má během celého procesu realizace letového plánu možnost okamžitě plně převzít řízení UAV či let ukončit. Pilot během letu také nepřetržitě sleduje a kontroluje samotné UAV a celý prostor, ve kterém je let realizován, a také informace poskytované aplikací DJI GS Pro (zejména mód letu UAV, stav zbývající kapacity baterií v UAV a jeho ovladači, úroveň splnění letového plánu).

Ukázka pracovního okna aplikace DJI GS Pro

Obr. 3: Ukázka pracovního okna aplikace DJI GS Pro

Placená verze aplikace DJI GS Pro nabízí navíc zejména:

  • možnost importu a použití vlastního letového plánu uloženého v souboru typu KML či SHP
  • 360° nasnímání definovaného bodu zájmu (socha, budova, apod.) (volba 3DMapPOI u typu letu) pro následné vytvoření 3D modelu daného objektu. Na základě uživatelem zadané specifikace velikosti objektu (poloměr kruhu), požadované vzdálenosti UAV od objektu při letu, podélných a příčných překryvů snímků a rozsahu výšky letu (dle výšky objektu) aplikace automaticky vypočte vhodný letový plán a realizuje sběr snímků
  • funkcionalitu vytvoření kompozitního snímku složeného z jednotlivých pořízených snímků (panorama z jednotlivých snímků, nejedná se o ortofotomapu)
  • správu letových plánů v cloudovém uložišti, řízení přístupu uživatelů týmu k tomuto uložišti (role projektový manažer, pilot)

Jednotlivá uvedená rozšíření funkcionality základní verze lze dokupovat samostatně.

Publikace a jiné informační zdroje