Институт авиации и решений для БПЛА
Летающий аппарат системы Феникс (1:10). Хорошо видны солнечные элементы на крыльях, обеспечивающие питание полезной нагрузки.
Институт авиации является одним из старейших и самых выдающихся институтов польских авиационных и космических технологий. Обычно связанный с пилотируемыми самолетами, он годами следит за временем, занимаясь, среди прочего, также беспилотные летательные аппараты. Речь идет не обязательно о создании полных систем, а о внедрении конкретных решений, адаптирующих БПЛА для выполнения специализированных задач.
Лаборатория беспилотных систем, входящая в состав Центра транспорта и преобразования энергии Института авиации, в настоящее время интенсивно развивается, и результатом ее деятельности являются новые патенты на беспилотные летательные аппараты и различные устройства, составляющие их полезную нагрузку. Это ни в коем случае не искусство ради искусства, а создание совершенно нового специализированного оборудования по программам Института, именно под нужды других подразделений и заказчика (обычно институционального), подавшего конкретный запрос.
BSP в проекте HESOFF
Прекрасным примером этой операции является экологический проект Life + HESOFF (LIFE11 ENV/PL/000459), софинансируемый Европейской комиссией в рамках программы Life + Instrument и Национального фонда охраны окружающей среды и управления водными ресурсами. Он был проведен в сотрудничестве между отделом дистанционного зондирования Института авиации в Варшаве и Институтом лесных исследований в Старом Сенкоцине. Целью проекта HESOFF была оценка санитарного состояния дубрав и воздействия на них лечебных фосфитов. Экологической проблемой, которую здесь пытались решить, было известное в Европе с XIX века явление сокращения популяции дуба. Исследование охватило деревья в трех районах Великопольского воеводства, а мониторинг районов исследования и внедрение методов дистанционного зондирования осуществлялись с помощью беспилотного летательного аппарата Phoenix (1:10).
Phoenix (1:10) представляет собой электрическую платформу с неподвижным крылом и толкающим электроприводом, а благодаря автопилоту модель может выполнять миссии как в автоматическом, так и в полуавтоматическом режимах. Его важнейшие технические параметры: размах крыла: 3,85 м, грузоподъемность: 4,2 кг, максимальная продолжительность полета: 45 мин, максимальная дальность: 30 км, крейсерская скорость: 21-25 м/с, максимальная скорость: 35 м/с. При этом Phoenix (1:10) по-прежнему соответствует требованиям законодательства о максимальной взлетной массе, не превышающей 25 кг при полной загрузке. Благодаря этому его использование не требует ряда дополнительных процедур и разрешений.
Phoenix (1:10) адаптирован для интеграции с различными системами наблюдения, в т.ч. с мультиспектральными платформами QUERCUS.6 и QUERCUS.2, которые были построены в Отделе ДЗЗ для проекта HESOFF. QUERCUS.6 состоит из шести основных камер с чувствительностью матрицы 460-950 нм (в зависимости от используемого светофильтра) и весит 4 кг; с другой стороны, QUERCUS.2 — это более легкая версия (0,8 кг), оснащенная двумя камерами. Эти устройства были интегрированы с бортовым компьютером и системой связи, созданной в Институте авиации, что позволяло осуществлять передачу данных на наземную станцию и анализ полученного изображения в режиме реального времени. В ходе проекта беспилотный летательный аппарат пролетал над нанесенной на карту территорией со скоростью 20 м/с, делая снимки с периодичностью 0,5 с, в результате чего был значительно увеличен продольный охват блока фотографий. Большая избыточность наблюдений облегчила работу алгоритмов и повысила точность формируемых ортофотопланов.
Шестилетний проект HESOFF завершился 1 августа этого года и был признан успешным. С одной стороны, поскольку исследования показали, что дубы, подвергнутые фосфитной терапии, более жизнеспособны (более высокая жизнеспособность и меньшая дефолиация) — был найден способ улучшения их состояния. С другой стороны, разработка новых, инновационных методов оценки состояния леса и эффективности культивации путем получения и обработки изображений с БПЛА оказалась успешной. Все эти элементы были работой отдела дистанционного зондирования Авиационного института. Ее представители подчеркивают, что созданная ими система наблюдения создавалась как универсальное решение, с использованием отдельного источника питания, и в ходе программы HESOFF она была протестирована с более чем 10 различными летательными аппаратами — пилотируемыми и беспилотными. По словам сотрудников Авиационного института, перекалибровка аппарата на совершенно новую летающую платформу требует всего около десятка часов работы. Мультиспектральные платформы QUERCUS также могут использоваться как автономные устройства, например, для дистанционного зондирования Земли.
Спектральные диапазоны, в которых работают камеры, определены в отделе ДЗЗ как ключевые при проведении оперативных исследований растительности. На основе анализа спектральных кривых был разработан алгоритм, способный оценить единичную крону дерева, зарегистрированного на фотографии. При этом созданные в результате работы алгоритмы позволяли анализировать предоставленные изображения пахотных или лесных участков. Работа специалистов отдела ДЗЗ основана на спутниковых съемках, аэрофотоснимках и наземных данных — только данные этих трех источников дают полную картину того, что происходит в окружающей среде. Благодаря полученному опыту Институт авиации теперь может проводить различные виды анализов – как для проэкологической деятельности, так и, например, для сельского хозяйства. Недавно в Институт авиации также поступил запрос о возможности мониторинга водоемов. Нет недостатка в перспективах использования полученных решений – таких, как Повестка ЕС по реализации целей устойчивого развития в 2030-х гг.. Она включает 17 целей, несколько из которых – в т.ч. повышение продуктивности сельского хозяйства и безопасная и чистая окружающая среда – это в русле деятельности отдела дистанционного зондирования Авиационного института.
В рамках проекта HESOFF были разработаны два инновационных решения: объективная оценка активности фосфитов как элиситоров устойчивости деревьев к патогенам рода Phytophtora и использование БПЛА для оперативного мониторинга лесных массивов. Между тем, традиционные методы оценки деревьев основаны на том, что лесники просто выезжают в лес и используют визуальные методы для оценки степени его дефолиации. Таким образом, прогресс, достигнутый с проектом, огромен. В настоящее время Институт авиации хочет следить за ударом и подает заявку на дополнительные средства. Уже сегодня имеет подтверждение финансирования на уровне, позволяющем дальнейшую работу и содержание команды специалистов. С сентября стартует еще один трехлетний проект с использованием разработанных решений. Финансовой единицей является Национальный центр исследований и разработок (NCBiR). Цель работы – создание дистанционных средств контроля состояния посевов в сельском хозяйстве, которые будут поддерживать работу полевых инспекторов. Отныне им не придется проводить трудоемкие крупномасштабные полевые миссии. Часть работы будет заменена анализом данных ДЗЗ (авиационных и спутниковых). Потенциал предлагаемых решений огромен — мультиспектральные и гиперспектральные фотографии имеют очень высокую интерпретационную ценность. Реализованные задачи направлены на повышение эффективности работы полевых инспекторов и тем самым на повышение конкурентоспособности польского сельского хозяйства.
У Института авиации есть потенциал для коммерческого использования технологий, разработанных в рамках проекта HESOFF. На карту может быть поставлена продажа полной системы дистанционного зондирования (полная производственная линия), включающей как дистанционно управляемую платформу, систему сбора данных, так и необходимое программное обеспечение и собственные алгоритмы анализа данных. Однако сотрудники отдела ДЗЗ считают, что с точки зрения потенциальных клиентов гораздо выгоднее будет арендовать услуги и заказать исследования, так как это не потребует обучения собственных операторов БПЛА или специалистов по анализу данных. Несмотря на множество возможных решений, основанных на различных бизнес-моделях, ключевые решения зависят от потенциальных заказчиков и директора Авиационного института. Производственная линия уже полностью протестирована и эксплуатируется в ходе более чем нескольких десятков полевых наблюдательных миссий. Подготовка включает в себя процедуры, связанные с разработкой миссии, надлежащей подготовкой команды, работающей в поле, и использованием самолета «Феникс» (1:10). Институт авиации является пионером на польском рынке в области оперативного использования дистанционно управляемых летательных аппаратов для дистанционного зондирования. Разработанные решения дистанционного зондирования могут быть успешно применены в лесном хозяйстве, сельском хозяйстве и в широком понимании защиты окружающей среды. Институт авиации в партнерстве с субподрядчиками может создавать и калибровать инструменты дистанционного зондирования, готовые к широкомасштабному внедрению. Предложение необработанных спутниковых данных увеличивается, однако информированность населения о преимуществах использования современных решений на основе авиационных и спутниковых технологий остается низкой.
