DJI делает приложение для поиска дронов и определения операторов | Пикабу

Как работают дроны и что представляет из себя технология дронов?

В данной статье простым языком рассказывается о том, что такое дрон и как они работают. Технология БПЛА постоянно развивается, так как новые инновации и инвестиции являются двигателем совершенствования дронов, новые модели которых выпускаются каждые несколько месяцев.

Ниже мы обсудим технологию БПЛА на примере самых популярных дронов, в которых использованы все новейшие технологии. У большинства дронов очень похожие системы.

Технология БПЛА охватывает все: от аэродинамики дрона и материалов изготовления до печатных плат, чипсета и программного обеспечения, которые являются мозгами дрона.

Одним из самых популярных дронов на рынке является DJI Phantom 3. Этот дрон был очень популярен среди профессиональных воздушных операторов. Хотя сейчас он считается устаревшим, в нем использованы передовые технологии, которые присутствуют в самых последних моделях БПЛА.

Этот беспилотник можно использовать для описания технологии БПЛА, поскольку в нем есть все: сам дрон, карданов подвес и камера. Также, в нем применены передовые технологии.

Всего через несколько месяцев после написания этой статьи на рынке появилось несколько новых дронов, таких как DJI Mavic 2, Mavic Air, Phantom 4 Pro, Inspire 2 и Walkera Voyager 5.

Инновации в технологии БПЛА развиваются в быстром темпе. Данная статья охватывает самые последние технологические достижения в сфере БПЛА. Так что эта статья, как и все ссылки здесь, актуальны.

Как работают дроны

Типичный беспилотный летательный аппарат изготовлен из лёгких композитных материалов с целью уменьшения веса и повышения манёвренности. Прочность композитного материала позволяет военным дронам совершать полёты на чрезвычайно больших высотах.

Беспилотники оснащены различными современными технологиями, такими как инфракрасные камеры, GPS и лазер (бытовой, коммерческий и военный БПЛА). Дроны управляются с помощью систем дистанционного управления с земли (GSC), который также называется «наземный пульт управления».

Система БПЛА включает: сам дрон и систему управления.

В носовой части дрона расположены все датчики и навигационные системы.   Так как нет необходимости в размещении человека внутри, остальная часть корпуса заполнена системами БПЛА.

Конструкционные материалы, использованные для создания дрона, представляют собой очень сложные композиты, предназначенные для поглощения вибраций, которые уменьшают производимый шум. Эти материалы очень легкие.

Что такое дрон — технология БПЛА

Ниже мы рассмотрим научное обоснование и технологии, использованные в беспилотнике DJI Phantom 3. Также, мы владеем информацией о технологиях, применяемых в новейших моделях на рынке дронов.

Существует множество ссылок, по которым вы можете пройти, чтобы изучить различные компоненты технологии дронов. Например, вот потрясающая статья о компонентах дронов. Здесь приведён обзор отдельных компонентов, которые встречаются в большинстве дронов.

Типы и размеры дронов

Дроны бывают самых разных размеров, причём самые большие, такие как беспилотник Predator, используются в военных целях. Следующими по размеру являются дроны, которые имеют фиксированные крылья и требуют коротких взлётно-посадочных полос. Они обычно используются для охвата больших территорий, например, для географической съёмки или для борьбы с браконьерством в дикой природе.

Дроны ВВП

Следующими по размеру являются так называемые дроны ВВП. Многие из них — квадрокоптеры, но не все. Беспилотники ВВП могут взлетать, летать, зависать в воздухе и приземляться вертикально. Точное значение ВВП — «Вертикальный взлет и посадка».

Большинство последних моделей, такие как DJI Mavic Air и DJI Spark, вывели технологию ВВП на новый уровень и теперь запускаются даже с ладони.

Вывод в заданную точку с помощью РЛС и Функция возвращения домой

Большинство последних моделей дронов оснащены двойными глобальными навигационными спутниковыми системами (GNSS), такими как GPS и ГЛОНАСС.

Дроны могут летать как в GNSS, так и в не спутниковых режимах. Например, дроны DJI могут летать в режиме P (GPS & ГЛОНАСС) или ATTI, который не использует спутниковую навигацию.

Высокоточная навигация очень важна при полете, особенно, если дрон применяется для создания 3D-карт, съёмки ландшафта и миссии SAR (Search & Rescue).

При первом включении, квадрокоптер ищет и обнаруживает спутники GNSS. Высококачественные системы GNSS используют технологию. По сути, спутниковая группировка — это группа спутников, работающих синхронизированно, и обеспечивающих скоординированное покрытие. Заход (прохождение) и покрытие — это периоды, в течение которых спутник виден над местным горизонтом.

Радиолокационная технология будет сигнализировать на дисплее пульта дистанционного управления о следующем;

• обнаружение достаточного количества спутников GNSS и готовность к полёту

• текущее положение и местоположение дрона по отношению к пилоту

• фиксирование исходной точки для функции «Возвращения домой»

Большинство последних моделей беспилотных летательных аппаратов имеют 3 типа технологии «Возвращения домой»:

• Пилот инициировал возвращение домой, нажав кнопку на пульте дистанционного управления или в приложении.

• Низкий уровень заряда батареи, при котором беспилотник автоматически летит обратно в исходную точку.

• Потеря передачи между БПЛА и пультом дистанционного управления, когда БПЛА автоматически возвращается в исходную точку.

Новейшая функция Mavic Air RTH позволяет обнаруживать препятствия во время автоматического возвращения домой. Mavic Air RTH позволяет избежать препятствий, если достаточно освещения;

  1. Mavic Air замедляется при обнаружении препятствия
  2. Он останавливается и зависает в воздухе, а затем летит обратно и поднимется вверх, пока не обнаружит, что препятствий на пути нет.
  3. Затем процесс RTH возобновляется, и Mavic Air возвращается в исходную точку на новой высоте.

Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

Многие дроны оснащены системами предотвращения столкновений. В      системе искусственного зрения использованы датчики обнаружения препятствий для сканирования окружающей среды, в то время как программные алгоритмы и технология SLAM переносят изображения в трёхмерные карты, позволяя контроллеру полёта обнаруживать объект и избегать его. Эти системы объединяют один или несколько следующих датчиков для обнаружения и обхода препятствий;

• Датчик изображения

• Ультразвуковой

• Инфракрасный

• Лидар

• Время полёта (ToF)

• Монокулярное зрение

Последние модели DJI Mavic 2 Pro и Mavic 2 Zoom способны обнаруживать препятствия с 6 сторон. В Mavic 2 используются как датчики изображения, так и инфракрасные датчики, встроенные в систему наблюдения, известную как всенаправленное распознавание препятствий.

Система обнаружения препятствий DJI Mavic 2 переходит на следующий уровень, где она может фактически облетать препятствия спереди или при обратном движении. Если дрон не сможет определить траекторию полёта вокруг объекта, он зависнет в воздухе перед препятствием. Это называется APAS (усовершенствованная система помощи пилотам), которая применяется на дронах DJI Mavic 2 и Mavic Air.

Гироскопическая стабилизация, IMU и контроллеры полета

Технология гироскопической стабилизации является одним из компонентов, обеспечивающих беспилотный полет дрона. Гироскоп должен мгновенно реагировать на силы, оказывающие давление на дрон. Гироскоп предоставляет необходимую навигационную информацию центральному контроллеру полета.

Инерциальный измерительный блок (IMU) работает посредством определения текущей скорости ускорения с использованием одного или нескольких акселерометров. IMU обнаруживает изменения атрибутов вращения, таких как тангаж, крен и рыскание, используя один или несколько гироскопов. Некоторые IMU включают в себя магнитометр , чтобы упростить каллибровку при сбоях ориентации.

Гироскоп является компонентом IMU, а IMU является важным компонентом контроллера полёта дронов. Контроллер полёта является «мозгом» дрона.

Вот потрясающая статья, которая описывает гиростабилизацию и технологию IMU, применяемую в дронах.

Направление двигателя дрона и конструкция пропеллера

Двигатели и пропеллеры — это технология БПЛА, которая поднимает дрон в воздух и позволяет летать в любом направлении, а также зависать в воздухе. На квадрокоптере двигатели и пропеллеры работают в паре: 2 двигателя/пропеллера, вращающиеся по часовой стрелке (пропеллеры CW) и 2 двигателя, вращающиеся против часовой стрелки (пропеллеры CCW). Они получают команды с контроллера полёта и электронных регуляторов скорости (ESC) о направлении движения дрона либо зависнуть в воздухе, либо лететь.

Экранные параметры полёта в реальном времени

Почти во всех дронах встроен контроллер наземной станции (GSC) или приложение, позволяющее отслеживать текущую телеметрию полёта и видеть на вашем мобильном устройстве то, что видит ваш дрон.

Бесполетная зона

what-is-drone-technology-and-how-does-it-work-300x248.jpgЧтобы повысить безопасность полетов и предотвратить случайные полеты в запрещенных зонах, последние модели дронов от DJI и других производителей включают функцию «Бесполетная зона».

Бесполетные зоны были разделены на две категории: A и B. Производители могут обновить и изменить эту технологию с помощью обновлений микропрограмм.

Режим GPS «Готов к полету»

Когда компас откалиброван, дрон ищет местоположение спутников GPS. Когда найдено более 6, дрон переходит в режим «Готов к полёту».

Внутренний компас и отказоустойчивая функция

Позволяет БПЛА и системе дистанционного управления точно знать местоположение дрона в полёте. Калибровка компаса необходима, чтобы установить исходную точку. Исходной точкой является место, куда дрон вернётся в случае потери сигнала между дроном и системой дистанционного управления (также известна как «отказоустойчивая функция»).

Онлайн Передача Видео. Режим FPV

FPV означает «вид от первого лица» (First Person View). На БПЛА установлена ​​видеокамера, которая транслирует видео в реальном времени пилоту на земле. Пилот летает на дроне и видит картину так, будто он находится на борту самолёта, а не находится на земле.

FPV позволяет летать намного выше и дальше, чем вы если смотреть на дрон с земли. Режим FPV позволяет летать более аккуратно, особенно это касается обхода препятствий.

FPV позволяет запускать дрон в помещении, пролетать через леса и вокруг зданий, где было бы невозможно летать, наблюдая за ним с земли.

Исключительно быстрый рост и развитие индустрии БПЛА был бы невозможен без технологии прямой передачи видео FPV. Эта технология использует радиосигнал для передачи и приёма видео в реальном времени.

Дрон оснащен встроенным многодиапазонным беспроводным передатчиком FPV с антенной. В зависимости от дрона, приемником видеосигналов может быть пульт дистанционного управления, компьютер, планшет или смартфон. Прямая трансляция видео напрямую зависит от уровня сигнала на наземном управлении дрона. Диапазон передачи видео в реальном времени с дрона DJI Mavic 2составляет FPV 5 миль (8 км) с передачей видео в качестве 1080p.

Другие, более старые дроны, такие как DJI Mavic и Phantom 4 Pro, передают видео на расстоянии до 4,3 мили (7 км). В Phantom 4 Pro и Inspire 2 используется новейшая система DJI Lightbridge 2.

В таких дронах, как DJI Mavic, используются встроенные контроллеры и интеллектуальные алгоритмы, которые устанавливают новый стандарт беспроводной передачи изображений высокой чёткости за счёт снижения задержки и увеличения максимальной дальности и надёжности.

Передача видео в реальном времени и максимизация диапазона передачи — это захватывающая технология. В статье «Понимание передачи видео в реальном времени FPV» вы можете узнать больше об этой технологии.

FPV в сети 4G / LTEI

В 2020 году была анонсирована новая возможность трансляции видео по сети 4G / LTE с неограниченным диапазоном и с низкой задержкой. Эта технология БПЛА называется Sky Drone FPV 2. Она включает в себя модуль камеры, модуль данных и модем 4G / LTE.

Смотрите про коптеры:  Каталог автономных сельскохозяйственных роботов для работы в поле, в саду или теплице

Прошивка и Ассистент

Система управления полётом обменивается данными с помощником, установленным на ПК, через кабель Micro-USB. Это позволяет настраивать БПЛА и обновлять прошивку дрона.

Дрон проще всего описать так: летающий компьютер с прикреплённой камерой или датчиком.

Как и компьютеры, дроны оснащены встроенным программным обеспечением, которое отправляет команды физическим компонентам дрона или удалённого контроллера. Производители БПЛА выпускают обновления прошивки для исправления ошибок и добавления новых функций к дрону, пульту дистанционного управления или программному обеспечению, если оно используется для управления дроном.

Светодиодные индикаторы полета

Они расположены в передней и задней части дрона. Обычно светодиоды зелёного, жёлтого или красного цвета.

Передние светодиоды показывают, где находится дрон. Задние светодиоды загораются, чтобы показать состояние дрона при включении питания, обновлении прошивки и полете.

Важно понимать, о чём уведомляют светодиоды на вашем квадрокоптере. Например, медленно мигающий красный светодиод может обозначать низкий уровень заряда батареи, а постоянный красный цвет указывает на ошибку. Все дроны поставляются с руководством по эксплуатации, в котором перечислены значения каждого светодиода.

Система дистанционного управления БПЛА

Remote-Control-Drone-Technology-261x300.jpgНа DJI Phantom 3 это устройство беспроводной связи, использующее частоту 5,8 ГГц. Дрон и система дистанционного управления должны быть подключены ещё на заводе.

Дистанционное управление БПЛА, Ресивер

Расположение кнопки связи технологии ресивера на чистоте 5,8 ГГц расположена под БПЛА.

Почти все последние модели дронов работают на частоте 2,4 или 5,8 ГГц.

Расширитель диапазона БПЛА

Это устройство беспроводной связи, которое обычно работает на частоте 2,4 ГГц. Оно используется для расширения диапазона связи между смартфоном или планшетом и дроном в открытой местности.

Дальность передачи может достигать до 700 метров. Каждый расширитель диапазона имеет уникальный MAC-адрес и имя сети (SSID).

Последние модели дронов DJI способны летать на расстояние до 5 миль (8 км).

Многие старые модели или дроны других ведущих производителей не летают так далеко. Однако набирает популярность такой продукт, как расширитель диапазона, который способен увеличить расстояние полета.

Приложение для смартфона с функцией наземной станции

Сегодня многими дронами возможно управлять с пульта дистанционного управления или из приложения для смартфона, которое можно загрузить из Google Play или Apple Store. Приложение предоставляет полный контроль над дроном. Каждый производитель предлагает свое фирменное приложение, среди них Go 4 от DJI.

Высокопроизводительная камера

В последние дроны от DJI, Walkera, Yuneec и многих других производителей встроены камеры, которые могут снимать видео в формате 4k и могут делать 12-мегапиксельные кадры.

Многие из более ранних моделей дронов использовали камеры, которые не были пригодны для съемок с воздуха. Многие из этих аэрофотоснимков имели бочкообразное искажение из-за широкоугольного объектива.

Тем не менее, дроны серии DJI Mavic, DJI Inspire 1, Phantom 3 Professional и Phantom 4, оснащены, 4-к камерой предназначенной для съемки с воздуха.

Лучший дрон для профессиональной воздушной съемки — DJI Inspire 2, с камерой DJI Zenmuse X7. При использовании этой камеры, система обработки изображений Inspire 2 CineCore 2.1 записывает видео весом до 6 КБ в CinemaDNG / RAW и 5,2 К в Apple ProRes.

Inspire 2 используют продюсеры и ведущие рекламные фирмы в Голливуде. Фактически, на Inspire 2 сняты все воздушные и наземные кадры в короткометражном фильме «Сфера». Вы можете узнать больше о дроне № 1 для аеросъемок в потрясающем обзоре DJI Inspire 2.

Дроны с зум-камерами

В 2020, 2020 и 2020 годах на рынок поступил ряд интегрированных подвесов с оптическим и цифровым зумом.

DJI выпустил Zenmuse Z3, который является встроенной камерой для аэросъёмок с зумом, оптимизированной для фотосъёмки. Zenmuse Z3 с 7-кратным зумом, состоящим из 3,5-кратного оптического и 2-кратного цифрового зума без потерь, создаёт эквивалентный диапазон фокусных расстояний от 22 до 77 мм, что делает его идеальным для промышленного применения.

В октябре 2020 года DJI выпустили камеру Zenmuse Z30. Мощная камера Zenmuse Z30 представляет собой встроенную камеру для аэросъёмок, имеет 30-кратный оптический и 6-кратный цифровой зум для увеличения до 180x. Благодаря этим параметрам, камера подходит для промышленного использования, такого как осмотр вышек сотовой связи или ветряных турбин, для более детального осмотра конструкции, проводов, модулей и компонентов, и обнаружения повреждений. Zenmuse совместим с дронами DJI Matrice.

Walkera Voyager 4 поставляется с камерой с 18-кратным зумом. Камера с 18-кратным оптическим зумом на Voyager 4 обеспечивает беспрепятственную съёмку на 360 градусов. Она может снимать в формате 4k , 30 кадров в секунду. Система передачи изображений высокой чёткости использует 3-осевую бесщёточную стабилизирующую технологию подвеса. Walkera также выпустила Voyager 5. У него невероятная камера с 30-кратным оптическим зумом. Он включает в себя множество систем резервирования, таких как двойной GPS, двойной гироскоп и система с 3 аккумуляторами. Он также имеет дополнительную тепловую инфракрасную камеру и камеру ночного видения для съёмки при слабом освещении.

Подвес и регулировка наклона

Технология карданного подвеса очень важна для получения качественных аэрофотоснимков, видео или 3D-изображений. Подвес сохраняет камеру от вибраций. Используя подвес можно наклонять камеру во время полёта, делая уникальные ракурсы. Подвесы, в основном, — это 3-х осевые стабилизированные карданы с 2 режимами работы. Режим не-FPV и режим FPV.

Практически во всех последних дронах встроен карданные подвесы и камеры. Лидером в технологии воздушных подвесов является DJI в линейке Zenmuse. Вы можете прочитать больше о конструкции карданного подвеса здесь.

Съемка с дронов без карданного подвеса

На CES 2020 компания под названием Ambarella анонсировала чип H22 для камер в дронах. Этот чип позволяет снимать видео в формате 4K HD и включает в себя электронную стабилизацию изображения, устраняя необходимость в подвесе.

Дроны с сенсорами для создания 3D карт и моделей с использованием Sensor Fusion

Лидарные, мультиспектральные и фотограмметрические датчики используются для создания трёхмерных моделей зданий и ландшафтов. Датчики ночного видения для работы при слабом освещении и тепловизионные датчики используются для сканирования зданий и ландшафтов и для оказания помощи в сельском хозяйстве, пожаротушении, поисковых и спасательных операциях. У большинства дронов разные датчики с программным обеспечением, объединяющим полученные данные для лучшего результата. Эта технология известна как сенсорный синтез и работает следующим образом;

Sensor fusion — это программное обеспечение, которое комбинирует данные, полученные с нескольких датчиков, например, с тепловизоров и датчиков RGB-камеры, с целью улучшения производительности приложения или системы. Объединение данных полученных с нескольких датчиков понижает погрешности отдельных датчиков при расчете точной информации о положении и направлении движения дрона.

Например, мультиспектральные датчики на дронах могут создавать цифровые карты рельефа (DEMS), чтобы предоставлять точные данные о состоянии сельскохозяйственных культур, цветов, фауны, кустарников и деревьев.

В 2020 году на рынке появились дроны с Time-of-Flight (ToF)
камерами. Камеры ToF с лидарными датчиками могут использоваться отдельно или с RGB и обычными лидарными датчиками для выполнения целого ряда функций. ToF-камеры могут использоваться для сканирования объектов, навигации в замкнутом пространстве, обхода препятствий, распознавания жестов, отслеживания объектов, измерения объёмов, для измерения высоты, для 3D-съёмки, для игр с дополненной реальностью и т.д.

Time-of-Flight камеры с лидарными датчиками имеют огромное преимущество перед другими технологиями, так как способны измерять расстояния до объектов в пределах зоны за один снимок.

С помощью лидарного и фотограмметрического картографирования дрон запрограммирован на полёты над определённой областью с использованием автономной навигации по GPS. Камера на дроне будет делать фотографии с интервалом 0,5 или 1 сек. Эти фотографии затем соединяются вместе с помощью специализированного программного обеспечения для создания 3D-изображений.

DroneDeploy
является одним из лидеров в создании программного обеспечения для 3D картографирования. Их мобильное приложение и карты в реальном времени используются во многих секторах для создания 3D-карт и моделей. У них есть специализированное решение для сельскохозяйственного сектора, и их программное обеспечение работает с большинством новейших дронов.

Захват изображений с высоким разрешением на стабилизированном дроне очень важен. Использование лучшего программного обеспечения фотограмметрии для обработки изображений в реальные карты и модели также важно. Ниже приведены одни из лучших программ для картографирования с использованием дронов:

• DroneDeploy 3D Mapping Solutions

• Pix4D Mapper Фотограмметрия

• AutoDesk ReCap Фотограмметрия

• Карты Made Easy — Ортофото и 3D-модели

• 3DF Zephyr Фотограмметрия

• Agisoft PhotoScan Фотограмметрия

• PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer

• Open Drone Map

• ESRI Drone2Map для ArcGIS

В этой статье вы можете прочитать обзор программного обеспечения для фотограмметрии для 3D-карт.

Комплект против падения

Помогает держать стабилизатор и камеру подключёнными к БПЛА.

Программное обеспечение для редактирования видео

Наличие качественного программного обеспечения для видео имеет важное значение для последующей обработки. Большинство последних моделей дронов снимают в формате Adobe DNG raw, что означает, что вся исходная информация об изображении сохраняется для дальнейшей обработки.

Операционные системы

Большинство беспилотных летательных аппаратов используют Linux и только несколько — MS Windows. В 2020 году Linux Foundation запустили проект под названием Dronecode project.

Dronecode Project — это проект с открытым исходным кодом, который объединяет существующие и будущие проекты БПЛА с открытым исходным кодом в рамках некоммерческой структуры, управляемой The Linux Foundation. Результатом является общая платформа с открытым исходным кодом для БПЛА.

Безопасность и возможность взлома

Дроны напоминают летающие компьютеры с операционной системой, контроллерами полета и основными платы с программируемым кодом. Именно поэтому их также можно взломать. Существуют такие дроны, которые летают в поисках других дронов и взламывают их беспроводную сеть, отключая владельца и захватывая дрон. Однако есть несколько способов, как защитить свой беспилотник от хакеров.

Новейшие инновационные технологические дроны

DJI располагает огромным ассортиментом продуктов на рынке потребительских и профессиональных БПЛА. Ниже приведён список новейших дронов с запатентованными технологиями:

  • DJI Mavic 2 — поставляется в 2 моделях. Камера 4k и зум. Это позволяет предотвратить столкновения со всех сторон.
  • DJI Mavic 2 Enterprise или M2E — модели с зумом или тепловизором. Включает в себя дополнительные компоненты, такие как маяк, прожекторы и громкоговоритель. Разработан специально для применения в поисково-спасательных операциях или подобных работ.
  • DJI Mavic Air — это малогабаритный профессиональный дрон. Оснащён 4k камерой, очень стабильный в полёте. Есть функция предотвращения столкновений. Также способен летать, используя жесты рук, и имеет технологию распознавания лиц.
  • DJI Phantom 4 Pro — с технологией предотвращения столкновений «Vision». Многоцелевой дрон, включая 4k воздушную съемку, фотографию и фотограмметрию.
  • DJI Inspire 2 — запатентованный дизайн и двигатели. Многоцелевой дрон для профессиональной 5k воздушной съемки, фотографии, фотограмметрии, мультиспектральных и тепловизионных изображений.
  • Yuneec Typhoon H Pro — использует запатентованную технологию предотвращения столкновений Intel Realsense. Отлично подходит для профессиональной аэрофотосъемки.
  • Walkera Voyager 5 — потрясающий последний дрон от Walkera. Можно выбрать камеру с 30-кратный оптический зум, инфракрасным зумом, а также ночного видения для работы при слабом освещении.
  • Walkera Vitus Starlight — новейший малогабаритный потребительский дрон от Walkera с датчиками предотвращения столкновений и камерой ночного видения для работы при слабом освещении.
  • DJI Matrice 600— коммерческий мультикоптер, представляет собой платформу для аэросъемки с возможностью установки 7 различных камер Zenmuse.
  • Коммерческий квадрокоптер DJI Matrice 200 — резервирование с двойной батареей, IMU и спутниковой навигационной системой. Под квадрокоптером можно установить 2 камеры (например, тепловизионную и с зумом). Кроме того, установите камеру сверху на Matrice 200, что упростит съемку мостов. Matrice 200 предоствращает столкновения с 6 направлений благодаря ToF-лазеру, ультразвуковому датчику и датчику Vision.
Смотрите про коптеры:  Роботы и робототехника в современном обществе

Умные системы полета

Все эти новейшие дроны оснащены умными контроллерами полета и работают в таких режимах: Follow Me, Active Tracking, Waypoints, Return To Home и т.д. Phantom 4 Pro от DJI оснащен умными режимами полета с наивысшим уровнем автономности, по сравнению с другими дронами. Phantom 4 Pro имеет следующие умные режимы полета;

• Наблюдаемая цель (профиль, прожектор, круг)

• Ориентир местности

• TapFly

• Режим отслеживания местности

• Режим штатива

• Режим жестов

• S-Mode (Спорт)

• P-режим (Позиционироание)

• A-Mode (Отношение)

• Режим новичка

• Course Lock

• Home Lock

• Облет препятствий

Применение

Дроны можно применять как угодно. Если вы устанавливаете камеру или датчики, такие как LiDAR, Thermal, ToF, Multispectral и многие другие, диапазон применения дронов расширяется. Здесь вы найдете список применения дронов.

Учимся собирать и программировать дроны

Существует немало потрясающих дронов, наборов, а также онлайн-материалов, с помощью которых можно научиться собирать и программировать их. Есть много языков программирования дронов, которые очень легко выучить, такие как Scratch, Swift, Blockly и Tynker. Вы также можете программировать дроны, используя текстовые языки, такие как Python и JavaScript. Существует множество приложений, с помощью которых можно настраивать те или иные компоненты дронов, такие как калибровка IMU и вращение двигателей. Многие из этих образовательных дронов продаются по разумной цене и оснащены всем необходимым для сбора и программирования БПЛА. Здесь вы сможете узнать всю информацию о лучших образовательных дронах.

Лучшие видео о технологии БПЛА

Ниже я прикрепил 2 видео, в которых подробно рассказывается о технологии БПЛА. Первое видео от ведущего учёного-исследователя БПЛА Раффаэлло Д’Андреа, который потрясающе рассказывает о программном обеспечении технологии БПЛА с научной точки зрения. Он говорит об алгоритмах, теории управления и проектировании на основе моделей.

Военные Дроны

MQ-1B-Predator-and-MQ-9-Reaper-Drone-300x228.jpgВ видео ниже объясняется как настоящее, так и будущее науки и технологии, стоящих за военными БПЛА, такими как Predator и Reaper. Два военных дрона среднего размера, которые в настоящее время используются, — это MQ-1B Predator (с англ. хищник) и MQ-9 Reaper (с англ. жнец). Они широко использовались в Афганистане и Пакистане.

Лично я интересуюсь использованием технологий БПЛА в повседневной жизни в работе различных предприятий, профессионалов и любителей. Еще несколько лет назад большая часть технологий военных БПЛА перешла на потребительский и бизнес рынок.

В последние несколько лет мы наблюдаем огромные инвестиции в БПЛА, особенно в сфере бизнеса и потребительских БПЛА. За последние время технология БПЛА действительно стремительно развивалась.

Dji делает приложение для поиска дронов и определения операторов

Итак, первое, что нужно знать о дронах и других РУ летающих моделях это то, что все они являются беспилотными воздушными судами, а вы, в свою очередь, пилоты этих судов.

А теперь по порядку:

1. Сертификация и аттестация судна не требуется!

Статья 8 Воздушного кодекса РФ. Обязательные сертификация и аттестация в гражданской авиации

1. Обязательной сертификации органом, уполномоченным Правительством Российской Федерации, в порядке, установленном федеральными авиационными правилами, подлежат:

2-1) беспилотные авиационные системы и (или) их элементы, за исключением беспилотных авиационных систем и (или) их элементов, включающих в себя беспилотные гражданские воздушные суда, на которые сертификат летной годности выдается на основании сертификата типа или акта оценки конкретного воздушного судна на

его соответствие требованиям к летной годности гражданских воздушных судов и требованиям в области охраны окружающей среды от воздействия деятельности в области авиации, а также беспилотных авиационных систем и (или) их элементов, включающих беспилотные гражданские воздушные суда с максимальной взлетной массой 30

килограммов и менее (подпункт 2-1 введен Федеральным законом от 30 декабря 2020 г. N 462-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 1, ст. 82; в ред. Федерального закона от 3 июля 2020 г. N 291-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 27, ст. 4224);

2. Регистрация судна не требуется!

Статья 33 Воздушного кодекса РФ. Государственная регистрация и государственный учет воздушных судов

1. Государственной регистрации подлежат предназначенные для выполнения полетов следующие воздушные суда:

1) беспилотные воздушные суда, за исключением беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой 30 килограммов и менее, и пилотируемые гражданские воздушные суда, за исключением сверхлегких пилотируемых гражданских воздушных судов с массой конструкции 115 килограммов и менее (в ред. Федерального закона от 3 июля 2020 г. N 291-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 27, ст. 4224);

3. Допуск к управлению не требуется!

Статья 36 Воздушного кодекса РФ. Допуск к эксплуатации гражданских воздушных судов и государственных воздушных судов

1. Гражданские воздушные суда, за исключением сверхлегких пилотируемых гражданских воздушных судов с массой конструкции 115 килограммов и менее, а также беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой 30 килограммов и менее, допускаются к эксплуатации при наличии сертификата летной годности.

Сертификат летной годности выдается на основании сертификата типа, аттестата о годности к эксплуатации либо иного акта об утверждении типовой конструкции гражданского воздушного судна, выданного до 1 января 1967 года, или акта оценки воздушного судна на его соответствие требованиям к летной годности и к охране окружающей среды. Использование гражданского воздушного судна, имеющего сертификат летной годности, выданный на основании указанного акта оценки, для осуществления коммерческих воздушных перевозок не допускается (в ред. Федерального закона от 30 декабря 2020 г. N 462-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 1, ст. 82; Федерального закона от 3 июля 2020 г. N 291-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 27, ст. 4224).

4. Свидетельство пилота не требуется!

Статья 53 Воздушного кодекса РФ. Допуск лиц из числа авиационного персонала к деятельности

1. К выполнению функций членов экипажа гражданского воздушного судна, за исключением сверхлегкого пилотируемого гражданского воздушного судна с массой конструкции 115 килограммов и менее, беспилотного гражданского воздушного судна с максимальной взлетной массой 30 килограммов и менее, сотрудников по обеспечению полетов гражданской авиации, а также функций по техническому обслуживанию воздушных судов, по диспетчерскому обслуживанию воздушного движения допускаются лица из числа специалистов авиационного персонала гражданской авиации, имеющие выданные уполномоченным органом в области гражданской авиации соответствующие свидетельства (в ред. Федерального закона от 28 июля 2020 г. N 129-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 31, ст. 4318; Федерального закона от 30 декабря 2020 г. N 462-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 1, ст. 82; Федерального закона от 3 июля 2020 г. N 291-ФЗ — Собрание законодательства Российской Федерации, 2020, N 27, ст. 4224).

5. Изъять дрон нельзя!

Статья 39 Воздушного кодекса РФ. Ограничение права пользования гражданскими воздушными судами

Ограничение права пользования гражданскими воздушными судами (привлечение к воздушным перевозкам для государственных нужд, временное изъятие гражданских воздушных судов и иные ограничения) допускается в военное время и (или) при введении военного, чрезвычайного положения.

А теперь ложка дёгтя.

Как я уже говорил в начале поста, наши дроны являются беспилотными воздушными судами, а следовательно могут летать только в разрешённых для полёта зонах. Например Москва — зона restricted from gnd to 8100m MSL, т.е. разрешен полёт на высоте не менее 8100 метров. С картой зон полётов можно ознакомится тут -> http://fpln.ru/

Подытожим:

Никаких законодательных препятствий к управлению дроном в России нет, если использовать его вне зон ограничения полётов и особо охраняемых объектов.

Формально, если вы запускаете дрон в на улице, в парке и т.п., полиция не имеет оснований препятствовать вашим действиям, даже если вы нарушаете предписание воздушных зон, но не нарушаете границы запрещённых к полёту зон (аэропорты, военные и государственные объекты, и т.п.).

Спасибо за внимание, приятных полётов и хорошей погоды! 🙂

Sdk и комплекты

Понятно, DJI — не единственный пример. SDK есть у Parrot, 3DR, Skydio, Yuneec (правда 3DR, Yuneec и Parrot работают с open-source-платформами, о них мы поговорим далее). 

По сути сейчас мы наблюдаем процесс формирования целого рынка программного обеспечения для таких программируемых дронов. 

Некоторое ПО, в т.ч. на DJI (несмотря на то, что он не open-source) можно найти на GitHub.

Кстати, образовательные решения тут тоже есть. Например, тот же DJI выпускает специальный комплект из нескольких дронов, рассчитанный на обучение целой группы студентов программированию на Scratch, Python и Swift. 

Помимо проприетарных, есть множество DIY-решений, основанных на популярных универсальных полетных контроллерах. Откровенно говоря, DIY-сообщество в свое время и стало родоначальником всего рынка управляемых дронов. Компании с рынка радиоуправляемых моделей взялись за разработку БПЛА лишь тогда, когда идея стала популярна в народе и можно было построить какие-то бизнес-прогнозы.

DIY-решения обычно опираются на какую-то из доступных систем управления (автопилотов), например Ardupilot или Pixhawk. А контроллер подбирается из списка поддерживаемых для выбранного автопилота. Впоследствии его можно даже доукомплектовать оборудованием (если прошивка позволяет это сделать). Под такие решения есть свои универсальные платформы разработки, например MAVSDK (его поддерживают 3DR, Yuneec и Parrot).

По аналогии с 3D-принтерами некоторые производители выпускают кит-комплекты для DIY дронов. К примеру, в упомянутом выше хакатоне ребята работали с дронами «Иволга» отечественного производства. Есть и другие примеры, например, Ardupilot, как производитель, предлагает на рынке собственные наборы, цена на которые варьируется в зависимости от комплектации.

DJI делает приложение для поиска дронов и определения операторов | Пикабу
Пример комплекта с Aliexpress

На базе open source контроллеров встречаются и промышленные решения.

Начиная с самосборных решений под управлением готового автопилота, некоторые энтузиасты переходят к разработкам собственного автопилота. Так мир open source в этой части постоянно расширяется. Однако это задача не для новичка. Поскольку суть заключается не столько в самом программировании, сколько в решении инженерных задач.

Смотрите про коптеры:  Коробка робот — что это такое и чем отличается от коробки автомат

Есть два уровня программирования

Если рассуждать о глубине погружения в тему программирования беспилотных летательных аппаратов, можно выделить два «уровня»:

  1. Планирование и закладка в аппарат полетного плана для готового решения, а также последующий контроль его исполнения. Этот уровень позволяет решать множество очень интересных задач, хотя и ограничен возможностями используемой платформы;
  2. Создание собственной системы управления — своего рода «системное программирование» в мире БПЛА.

На Хабре любят DIY и тут довольно много рассказов о деталях второго уровня (например

), в то время как первый до сих пор охвачен слабо. В основном обсуждают детали программирования в определенном SDK или сравнивают аппараты, что понятно лишь тем, кто в теме. Так что далее будем говорить именно про первый уровень.

Программирование под готовые платформы выводит летательные аппараты далеко за рамки класса «игрушек». Это полноценная разработка, которая просто использует библиотеки и функции автопилота для серийно выпускаемого дрона (или для open source полетного контроллера), так что создатель программы может сосредоточиться на решении своей задачи, будь то аэрофотосъемка или воздушные световые шоу.

Самое важное: программирование позволяет снять с оператора часть задач по управлению в режиме реального времени, что на самом деле упрощает применение БПЛА. Не у каждого любителя фотосъемки найдется время и желание учиться пилотировать дрон в сложных условиях.

Железо дрона

С точки зрения железа дрон состоит из:

  • рамы, на которой крепятся агрегаты и защитный кожух. Последний, кстати, присутствует не всегда, но какая-то защита движущихся частей аппарата, а заодно и окружающих от удара этими движущимися частями, есть почти везде;
  • необходимого количества роторов;
  • аккумулятора;
  • набора датчиков. Самый простой дрон может летать с трехосевым акселерометром, но управлять им будет сложно. Заметно упрощают этот процесс: трехосевой акселерометр, трехосевой датчик угловой скорости (ДУС), барометр и магнитометр. Также в списке датчиков могут присутствовать: компас, гироскоп, GPS или приемник любой другой системы глобального позиционирования;
  • модуля связи. Это может быть радиосвязь с пультом управления (наземной станцией) или 4G-модем для получения команд и отправки телеметрии через интернет;
  • полезной нагрузки, например камеры на подвесе, сонара, дальномера и т.п.;
  • сердца дрона — полетного контроллера, который всем этим управляет.

DJI делает приложение для поиска дронов и определения операторов | Пикабу
Пример состава оборудования программируемого дрона с полетным контроллером pixhawk

Как управлять с телефона

Прежде чем управлять дроном с мобильного устройства, нужно разобраться, как подключить к телефону коптер. Возможные следующие варианты:

  • Подключение телефона к коптеру через Wi-Fi точку
  • Подключение телефона к пульту через Wi-Fi точку
  • Подключение телефона к пульту через кабель

Независимо от того, какой способ доступен или выбран, сначала на мобильный телефон устанавливается мобильное приложение.

Первый вариант является самым простым. После включения коптера создается Wi-Fi точка доступа, к которой подсоединяется смартфон пилота. Во втором варианте точку доступа создает пульт. В третьем случае смартфон просто подключается кабелем к аппаратуре.

В мобильном приложении выбирается способ управления с телефона, на дисплее появляются стики и кнопки. Управляемый с Android или iOS коптер ведет себя точно также, как если бы он управлялся с пульта.

Кстати, вариант с подключением телефона напрямую к коптеру используется не очень часто, ведь дальность полета ограничивается 50-100 метрами. В смартфоне установлен маломощный передатчик, но в некоторых случаях (например для селфи-дронов), его мощности будет вполне достаточно.

Синхронизация смартфона с камерой дрона

Наглядно продемонстрируем процесс подключения мобильного телефона к беспилотному аппарату с видеокамерой Syma X5SW. Данная модель позволяет записывать видео с разрешением 640×480 точек (30 fps). Также с ее помощью можно делать снимки, которые будут иметь такой же формат. Связь обеспечивается при помощи антенны, которая встроена в беспилотное устройство.

В процессе использования дрон может отлетать от пульта управления (в нашем случае это телефон) на расстояние более 100 метров. Однако, чтобы трансляция видеопотока не прерывалась, нужно соблюдать дистанцию от 30 до 40 метров. Производитель заявляет, что трансляция выполняется без задержек, в реальном времени. При этом опытные пользователи отмечают небольшое торможение (несколько секунд).

Первый шаг – пользователь должен загрузить специальное приложение SYMA FPV. На упаковке беспилотника имеется QR-код, с помощью которого можно загрузить нужную утилиту за несколько секунд. Программа рассчитана на работу только в ОС Android. Версия операционной системы должна быть не ниже 4.1.

После успешного выполнения первого пункта можно включить дрон и выполнить его синхронизацию с телефоном (схема выполнения подключения описана выше). Данный процесс занимает всего несколько минут.

По окончании сопряжения на экране мобильного телефона появится характерное сообщение. При открытии специальной программы необходимо будет найти кнопку START. На экране будет транслироваться живое изображение прямо с камеры дрона.

Пилот может не только наблюдать за тем, что попадает в объектив видеокамеры, но также записывать видео и делать снимки. Файлы будут храниться в памяти смартфона.

Наблюдать за уровнем беспроводного сигнала можно сразу в приложении. В нижней части окна установлен индикатор, он необходимо для фиксации продолжительности записи файлы.

Удобно ли управлять с телефона

Если вам когда-нибудь доводилось держать в руках аппаратуру управления профессионального уровня, то вы приблизительно представляете, сколько кнопок, тумблеров и переключателей на ней находится.

Новичку не так просто разобраться, как управлять квадрокоптером с помощью всех этих приспособлений.Стоимость такого функционального пульта может оказаться даже существенно больше, чем ценник на дрон.

Использования смартфона на Андроид или iOS позволяет обойтись без значительной части кнопок и переключателей на пульте, переместив их на экран мобильного устройства. К значительной части тонких настроек пилот будет обращаться редко, некоторые он вообще оставит без внимания.

В результате, коптер оснащается качественной, на сравнительно простой аппаратурой управления любительского уровня, тогда как большинство настроек и интеллектуальных режимов переносятся в мобильное приложение. Это позволяет уменьшить стоимость комплекта без какого-либо ухудшения характеристик коптера.

Управление дроном с помощью смартфона можно разделить на несколько основных элементов:

  • Непосредственно управление движением коптера в воздухе
  • Настройка режимов полета, активация функций
  • Управление через FPV

Неудобным может оказаться только первый элемент. Действительно, когда под пальцами оказываются виртуальные стики и кнопки, и нет того самого физического контакта, манипулировать коптером очень непривычно. Очень многое зависит от качества программного обеспечения.

Известные производители обеспечивают своих пользователей качественным ПО для смартфонов на iOS и Android. Нужно время на привыкание, но в целом сенсорный экран хорошо подходит для управления коптером. И, например, зарождающийся класс селфи дронов ориентирован именно на работу в связке с телефоном.

Впрочем, полноценная аппаратура управления вряд ли когда-то изживет себя. Во-первых, для очень многих пилотов важен тот самый физический контакт со стиками, во-вторых, для быстрого маневрирования настоящие кнопки и переключатели удобнее сенсорных, и в-третьих – только пульт с мощным передатчиком обеспечит вам необходимую дальность полета и высоту.

Смартфон удобен для быстрого доступа к вспомогательным настройкам, для выбора и запуска полетных режимов, для их настройки. Например, популярный режим Облет по точкам у вас не получится использовать без мобильного устройства или компьютера. Работа с видеокамерой также заметно упрощается, когда есть возможность использовать телефон.

Чем занимается полетный контроллер

Насколько легко или сложно управлять конкретным дроном, в том числе и программировать его, определяет полетный контроллер и его программное обеспечение. Именно на него ложится задача управления физикой полета. Благодаря контроллеру оператору достаточно знать только базовые понятия и определения, и нет необходимости защищать докторскую по аэродинамике, чтобы совершить первый полет.

Контроллер решает классические задачи по:

  • ориентации беспилотника вокруг его центра масс;
  • ориентации центра масс беспилотника в пространстве;
  • движению БПЛА по маршруту;
  • избежанию коллизий с другими беспилотниками, если это групповой полет, или с иными объектами. Например, есть много разработок безопасных дронов, которые не сталкиваются с людьми, — все зависит от конкретной задачи;
  • управлению полезной нагрузкой — камерой, захватами для груза и т.п.;
  • передаче информации, в частности, приему команд с пульта, если управление осуществляется вручную;
  • корректировке полета, в т.ч. в больших формациях.

DJI делает приложение для поиска дронов и определения операторов | Пикабу
Полетный контроллер Arducopter
DJI делает приложение для поиска дронов и определения операторов | Пикабу
Полетный контроллер DJI A3

Полетные контроллеры присутствуют на рынке как самостоятельно, так и в составе готовых дронов.

Среди готовых решений широко известны китайские DJI. Вслед за полетным контроллером, шесть лет назад, китайцы предложили SDK, с которым можно создавать вполне профессиональные решения. Вот лишь небольшой список уже решенных задач:

  • контроль неправильно припаркованных автомобилей и дорожного движения в целом;
  • обследование и обработка территорий в сельском хозяйстве (в том числе, поля и виноградники);
  • 3D-реконструкция модели поверхности земли — маркшейдерские работы, трехмерная реконструкция природных туристических объектов и т.п.;
  • контроль флотилии дронов для развлекательных целей или быстрого прочесывания местности.

Языки и среды разработки

В двух словах программирование дрона сводится к контролю координат промежуточных точек и высоты над землей с одновременным управлением полезной нагрузкой в зависимости от поставленной задачи.

Используемый для программирования язык, как и среда разработки, определяется системой управления, а в случае с проприетарными решениями — производителем контроллера.

Но пока на рынке царит настоящий зоопарк подходов и языков.


Часть производителей вообще предлагает собственные среды — как упомянутый выше DJI.

Сообщества, разрабатывающие опенсорсные полетные контроллеры, от них не отстают. Исторически сложилось, что большинство DIY решений основано на среде Arduino. Тот же Ardupilot в свое время разрабатывался для управления дроном с контроллером ATMega 2560, а в качестве среды разработки использовал оболочку Arduino.

Но сегодня этого уже недостаточно. Задачи, возложенные на беспилотники, усложняются, а вслед за этим растут требования к железу и ПО. Так что аппаратная составляющая меняется. Даже опенсорсные решения уже базируются не на контроллерах, а на полноценных процессорах с ARM-архитектурой (по аналогии со смартфонами).

Среды разработки, соответственно, также дорабатываются и усложняются. Они становятся кроссплатформенными, но пока все еще ориентированы на конкретный автопилот. И хотя на данный момент существуют общепринятые частные стандарты (например, передачи данных или взаимодействия беспилотников с наземными станциями), до выявления лидера среди языков разработки и SDK пока далеко.

С точки зрения гарантированного выбора направления развития этот этап становления рынка абсолютно непредсказуем. Однако именно сейчас время самых интересных проектов, ведь столько задач еще не решено!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector