Как наши побили рекорд Intel: за кулисами масштабного шоу дронов / Блог компании Leader-ID / Хабр

Автопилот

Каждый дрон оборудован стандартным комплектом датчиков — высокоточным GPS, трехосевым акселерометром, гироскопами и барометром. Для повышения точности GPS базовая станция в широковещательном режиме транслирует с земли поправки.

На основе этих данных автопилот собственной разработки рассчитывает местоположение устройства и параметры движения. Поскольку все датчики могут давать ошибку, автопилот фильтрует эти данные, решая по сути вероятностную задачу.

Обычно квадрокоптеры оснащают еще и магнитометром. Но автопилот «Геоскана» умеет обходиться без него. В городских условиях — при старте среди железобетона — магнитометр дает большую погрешность определения направления полета: магнитное поле поворачивается, в результате математическая задача определения местоположения перестает сходиться.

Впервые команда «Геоскана» столкнулась с этой проблемой на месторождениях железной руды комбината «Карельский окатыш», где разбилось несколько геодезических моделей со стандартным набором датчиков. 

Разобравшись в ситуации, магнитометр отключили и изменили в автопилоте алгоритм определения местоположения. Он использует не только текущие показания, но и историю собранных данных, — сравнивает текущее положение по датчикам и то, куда он должен был прилететь с учетом параметров движения. Фактически алгоритм подстраивает свое представление о местоположении по мере его изменения.

Кстати, при отладке этого механизма «погибли» 60 дронов. После симуляции перешли к запускам в поле, где неожиданный порыв ветра «запутал» алгоритм. Дроны думали, что летят направо, а по факту перемещались налево — появилась ошибка в определении ориентации.

Предвидя замечания читателей, отметим, что падение дронов — крайне маловероятный сценарий. Нововведения в алгоритмах тестируют только на полигонах, а не на «боевых» проектах. И на случай ошибок, отказа одного из датчиков, потери GPS-сигнала и других проблем в дрон заложен алгоритм аккуратной посадки вниз, который использует барометр для вычисления текущей высоты.

Расчеты автопилота не настолько ресурсоемкие, как можно подумать. Ему достаточно контроллера 400 МГц. А для сохранения полетного задания и логов достаточно памяти в 1 Гб.

Видео

• Открытая тема
  Сойдите с проторенных дорог во время прогулки, заново откройте для себя красоту дикой природы и городов, и примите новый вызов, чтобы расширить свои границы. Новый мир появится, если вы посмотрите на него с разных сторон. Исследуйте мир с совершенно новой точки зрения. Желательно, чтобы каждое видео длилось менее четырех минут и содержало клипы продолжительностью не менее 30 секунд.
• Пустые города: жизнь под Covid-19

Вступительные взносы

Оплата вашего взноса за участие в фотоконкурсе может быть произведена следующим образом:

• 1 изображение бесплатно
• 3 изображения (включая бесплатное) 20 €
• Каждое дополнительное изображение 10 €
• Серии € 35
• Видео 35 €

Общее количество записей предназначено для свободного распределения по разным категориям.

Дроны

Разработчики сделали ставку на минимальные габариты дрона. Это сокращает и вес, и энергозатраты, и запас по расстоянию между аппаратами, а заодно упрощает логистику зарубежных поездок. Дроны штабелируют по 10 штук и упаковывают в ящики по 40 или 60 дронов.

Тысячу дронов можно спокойно перевозить в багаже самолета: ящики на 40 дронов помещаются в стандартные габариты авиабагажа, а 300–400 дронов едут к месту проведения шоу в большой легковой машине.

Обратная сторона компактности — электромагнитная совместимость. Сигнал, который принимает GPS-приемник, слабый — 120 дБм (спутник находится на расстоянии 20 000 км), а все электронные компоненты находятся очень близко. При создании дронов только с третьего раза удалось разместить компоненты так, чтобы сигнал проходил корректно. И 500 уже собранных дронов пришлось в свое время пересобирать.

Производство деталей дрона по большей части заказывают на стороне. Например, пластиковые элементы корпуса делал Starline, о котором мы рассказывали в одной из предыдущих статей. Тот факт, что линия партнера находится под боком, как раз помог при подготовке к шоу. В Starline согласились быстрее отлить пластиковые корпуса. И «Геоскан» смог начать сборку весьма оперативно.

Всю электронику размещают на одной плате. Чтобы дрон летал четко по предписанной траектории, нужна надежность, а каждый разъем — это потенциальная точка отказа. 

Связь используют самую простую. Все дроны принимают широковещательные сообщения базовой станции. Достаточно скомандовать запуск — дальше они летают автономно.

Предусмотрена «аварийная» команда посадки, а вот в передаче более детальных команд нет смысла: если что-то пошло не так, в условиях шоу почти невозможно быстро определить номер дрона и скорректировать его движение командами.

На борту дрона размещено 50 сверхъярких диодов (в пиках они дают мощность излучения 10–50 Вт), которые, кстати, и потребляют большую часть энергии аккумулятора, так что его хватает минут на 15 полета.

https://www.youtube.com/watch?v=S6hfqOnCmdU

Здесь компактность пошла на пользу — маленький корпус и обдув позволили не устанавливать радиаторы и сэкономить на весе.

На дроне установлена электроника в промышленном исполнении с диапазоном рабочих температур от −80 до 85 °C. Кстати, чтобы проверить работоспособность в этом диапазоне, устройства дополнительно тестируют в термокамере. 

Но летать в экстремальный мороз не позволяет аккумулятор. Пока самое «холодное» шоу проводили при −18 °C. А вот сырость дрону не помеха. За время тестов «Геоскан» успел полетать и в туман, так и в дождь.

Зачем и как всё это было

В составе КРОК есть подразделение робототехники. Возникло оно в 2023 году и занимается разными интересными вещами, но основное его направление — управление БПЛА. Мы пилим собственные софтинки для управления дронами и решения нестандартных задач. Участникам конкурса-2023 может быть известен

на гитхабе, который мы разработали и использовали для управления дроном на конкурсе летающих дронов. На тот момент мы решали новую для рынка задачу — заставить дрон зависать в нужном месте, аккуратно обходить углы и препятствия. Сегодня это кажется уже смешным.

Помимо этого, мы делаем проекты по управлению беспилотниками на базе вендорского софта, в том числе на базе софта компании SPH Engineering. У них есть как софтварная наземная станция UgCS, так и полноценный командный центр для больших дронофлотов. UgCS умеет управлять большой группой беспилотных аппаратов, что отличает её от обычных наземных станций управления.

Под управлением мы понимаем планирование маршрута полёта, например, для спасательных работ или облёта периметра безопасности, отправку удалённых команд и контроль состояния аппаратов. По сути, для шоу дронов необходимы примерно те же функции, что и в командном центре. И сейчас на базе платформы UgCS появился узкоспециализированный софт Drone Dance Controller, но так было не сразу.

Как это работает сейчас

На практике первая версия ожидаемо оказалась не самым удачным решением. Во-первых, наличие постоянной ручной синхронизации — зло. Команда «Continue» может не дойти до дрона по причине, например, плохой радиосвязи. В этом случае все улетят дальше, а он, бедный, останется.

Сейчас всё стало проще: примерно полгода назад вендор выпустил специальную версию софтины — Drone Dance Controller, например. Здесь он немного поколдовал над автопилотом и научил его автономно летать по произвольным траекториям с чёткой привязкой к GPS-времени.

Или этого:

Но, прежде чем портить лёгкие, команде надо выполнить ответственный этап подготовки к шоу.

Итак, надо, во-первых, подготовить флот: убедиться, что все дроны — в летабельном состоянии, правильно сконфигурированы, и от них ничего не отвалилось за время транспортировки.

Параллельно с этим надо готовить само шоу. Начинаем с анимации, которую можно сделать в 3D-редакторе, например, в Blender:

Дальше мы конвертируем траектории из анимации в формат, понятный для автопилота. И, прежде чем выезжать летать в поле, тщательно проверяем на симуляторах с оценкой результата. Симуляция даёт нам возможность поместить виртуальные инстансы дронов в необходимые координаты и работать с ними на нашем софте как с реальными аппаратами.

На видео — пример визуализации с разных точек обзора.

Точка обзора: зритель

Точка обзора: площадка запуска

Точка обзора 1

Точка обзора 2

После этого едем на поле для тестовых прогонов. Разворачиваем инфраструктуру (наземную станцию, связь), расставляем дроны. Проверяем, что транспортировку они перенесли хорошо и что все дроны коннектятся к нашей станции. Далее софт автоматически определяет, какой дрон по какому маршруту должен лететь. Выставляем время старта — и вперёд.

А потом — и само шоу.

Конечно, про «уйти курить» — это была шутка. Потому что непосредственно во время полёта оператор и наблюдатели должны следить за текущим состоянием флота и при необходимости принимать решение об экстренной посадке вышедших из строя (во всех смыслах) дронов.

Разумеется, есть ряд ограничений.

Погодные: в дождь и снег не летаем (пока), и ветер больше 5 м/с не очень любим. Понятно, что дрон и в 10 м/с полетит, но точность удержания позиции уже может быть не очень.

Эфир должен быть относительно свободен на частотах, используемых для связи с дронами.

Безопасность: зрители должны быть отодвинуты на определённое расстояние от места шоу, потому что дроны, вообще говоря, могут упасть.

Всё это надо учитывать при планировании.

Конкурс проектов copterhack 2023

О конкурсе

Конкурс фотографий с дрона DrAw (Drone Awards) — это проект Ассоциации Art Photo Travel, посвящённый различным жанрам фотографии, который сознательно отделён от сравнения с традиционной фотографией.

Конкурс целиком посвящён аэрофотосъёмке, принимаются фотографии с самолётов, вертолётов, беспилотных летательных аппаратов, воздушных шаров, дирижаблей, ракет, воздушных змеев и парашютов.

Конкурс открыт для профессиональных фотографов и любителей. Принять участие в конкурсе может любой желающий старше 18 лет.

Конкурс Drone Photo Awards является бесплатным для участия за одно изображение.

Одиночные кадры

• Свадьба
  Изображения людей и мероприятий, связанных со свадьбой или церемониями помолвки, праздниками или традициями, снятые с неба.
• Города
  Фотографии города и архитектуры, запечатленные с неба: абстракция, мосты, здания, городские пейзажи, исторические и промышленные здания, интерьер и другие.
• Спорт
  Мы хотим продемонстрировать самые креативные и увлекательные спортивные фотографии, снятые с неба, от спортивных мероприятий до личного фитнеса.
• Природа
  Фотография, показывающая окружающую среду и пейзажи, снятые с неба, демонстрирующие сцены природы через творческий взгляд фотографа.
• Животные
  Фотография с изображением жизни животных, запечатленная с неба творческим взглядом фотографа. Неэтичное обращение с животными не допускается.
• Пустые города: жизнь под Covid-19
  Поскольку более половины населения мира находится в изоляции, пандемия COVID-19 изменила городскую жизнь наших городов. Мы ищем запоминающиеся снимки и видео с пустынных улиц и площадей в городах-призраках, чья шумная жизнь была уничтожена пандемией коронавируса.
• Люди
  Изображения человека или группы людей, запечатлевшие личность объекта с неба.
• Абстракция
  Аэрофотосъемка, изображающая визуальный образ, не связанный непосредственно с реальными объектами мира.

Пара слов о бюрократии и логистике

Хабр — не юридический вестник, поэтому вдаваться в детали согласований мы не будем. Ни в России, ни в других странах шоу дронов пока не получили юридического статуса, а поэтому команде каждый раз приходится как-то согласовывать полет, учитывая местное законодательство, регулирующее работу одного беспилотника. В случае зарубежных поездок надо договориться еще и на ввоз дронов. Но многие вопросы решаемы.

Команда умудряется переходить закрытые из-за COVID-19 границы, возить авиарейсами большое количество аккумуляторов (что обычно не допускается) и ездить с шоу даже в Саудовскую Аравию, куда ввоз квадрокоптеров запрещен.

С точки зрения бюрократических и логистических барьеров каждый проект уникален. Естественно, в Санкт-Петербурге — приграничном и втором по важности городе страны — были свои сложности. Чтобы летать в центре, необходимо получить разрешение огромного количества служб, включая ФСБ и ФСО.

«Мы поднимем в центре города 2000 беспилотников», — звучит угрожающе, даже когда команда начинает со слов: «Разрешите нам полетать с маленьким квадрокоптером без камеры весом всего 250 граммов».

Даже получив все разрешения, при подготовке шоу необходимо учитывать ограничения. Дронам нельзя летать над людьми, поэтому рекордное шоу стартовало со стадиона, а проекция фигур не выходила за зону безопасности, где не было людей. При расчете траекторий аниматоры учитывают и закрытые для полетов зоны, например Монетный двор на территории Петропавловской крепости.

Победитель категории «абстракция»: пол хоэлен, восхождение феникса

Восход феникса — символ возрождения из пепла огня. Это символизируется началом реального процесса регенерации на промышленной шахте озера Оуэнс. После разрушительного прошлого и создания самого токсичного мусорного ведра в Америке перелетные птицы возвращаются, и жизнь начинается заново …

Победитель категории «города»: томаш ковальски, структура пришельцев на земле

Иногда нам нужно изменить перспективу, чтобы почувствовать силу структуры сильнее, чем мы когда-либо думали. Башни Петронас, также известные как башни-близнецы Петронас, являются небоскребами-близнецами в Куала-Лумпуре.

Победитель категории «дикая природа»: дмитрий вилюнов, где живут цапли

Многие думают, что цапли вьют гнезда в тростниках или на болоте. На самом деле они гнездятся на вершинах огромных деревьев, и их иногда можно увидеть с помощью дрона.

Победитель категории «люди»: алессандра мениконци, замерзшая земля

При температуре минус 30 ° C зимы в евразийских степях могут быть суровыми. Но жизнь не останавливается, и местные жители переходят на санях из одной деревни в другую, пересекая ледяные реки и озера.

Победитель категории «природа»: джозеф чейрес, серый кит

В конце сезона серых китов мне рассказали о сером ките, который последние 3 года играет с лодками, осторожно толкая их. В итоге, мы вернулись через год, и невероятно! — серый кит появился, а этот снимок — результат.

Победитель категории «пустые города: жизнь под covid-19»:томер аппельбаум, черный флаг

Тысячи израильтян сохраняют социальное дистанцирование из-за ограничений Covid-19, протестуя против премьер-министра Израиля Биньямина Нетаньяху на площади Рабина 19 апреля 2020 года.

Победитель категории «свадьба»: мохамед азмиль, тропическая невеста

Я использовала цветы и листья, оставшиеся от украшения свадьбы, чтобы сделать что-то креативное.

Победитель категории «спорт»: роберто кориналдеси, на море

Вид с воздуха на пловцов, где море становится местом укрытия между синим ковром и белой пеной волн.

Полет

«Геоскан» занимается беспилотниками с 2006 года. И дроны, которые участвовали в шоу, разрабатывались специально для выступления.

Предполетные проверки

Каждый дрон перед «боевым вылетом» проходит серию тестов. Чтобы упростить логистику, на старте теста просто зажигают подсветку дрона разными цветами в зависимости от результата. С проблемными дронами (они подсвечиваются красным) не разбираются, чтобы не терять время, а просто меняют их. Любопытно, что на рекордном шоу у «Геоскана» было всего три запасных дрона на подмену.

Отдельная проверка — световая змейка, ее запускают по стартовому полю. У каждого дрона свой номер, и на взлетном поле они должны стоять строго по порядку, иначе в анимации будут ошибки. Змейка — это простой способ проверить, что дроны не перепутали местами.

Предполетные проверки — последний момент, когда можно что-то исправить. После нажатия кнопки «старт» дроны переходят на автопилот. Команде остается только наблюдать результат своей работы.

Призовой фонд

Участник, набравший наибольшее количество баллов, получит титул «Дрон-фотограф года». Также будет определен победитель в каждой категории.

Победители получат хрустальную статуэтку Pangea Prize на церемонии награждения, которая состоится в Сиене в октябре. Снимки-победители будут представлены в Сиене на выставке «Above Us Only Sky» в течение более 1 месяца.

Дрон-фотограф года

Победитель категории дронов

Дрон, занявший второе место

Дрон, получивший высокую оценку

Дрон, получивший одобрение

Расчет анимации

Это большая часть работы, которую выполняет целая команда аниматоров. Именно они продумывают, какие фигуры будут демонстрироваться и как дроны будут перестраиваться. 

Подготовка шоу «Мирное небо» заняла у команды из 15 человек около трех месяцев (если не учитывать, что компания по мере развития технологий шла к этому несколько лет). Заказчиком проекта выступил Фонд памяти поколений, он же рекомендовал часть фигур.

С точки зрения аниматора дрон — это просто пиксель. Их не так много, как хотелось бы, но в отличие от точек на экране они могут не только менять цвет, но и двигаться в трехмерном пространстве. Это помогает продумать картинку так, чтобы она хорошо смотрелась с разных ракурсов.

Но отрисовать анимацию не сложно. Главное перенести ее в реальный мир, где есть множество ограничений.

Серии

Набор изображений, представленных вместе по одной теме, отредактированных в одном стиле, со ссылками на изображения. Вы можете ввести от 5 до 9 изображений.

Условия конкурса

• Конкурс Drone Photo Awards открыт для профессиональных фотографов и любителей.
• Файлы должны соответствовать следующей спецификации:
  — цветовое пространство sRGB или Adobe98, 8 бит;
  — размер по длинной стороне не должен превышать 1920 пикселей, 72 точки на дюйм;
  — формат JPG;
  — отсутствие водяных знаков / единиц авторского права / логотипов на изображениях.
• Участники-финалисты должны иметь возможность предоставить цифровой файл с высоким разрешением минимум 8 мегапикселей (минимальный размер пикселя 2400 x 3600 пикселей при 300 dpi).
• В конкурсе Drone Photo Awards можно БЕСПЛАТНО участвовать для одного изображения.
• В отношении представленных вами фотографий вы гарантируете следующее:
  — Вы являетесь единственным владельцем авторских прав и создателем фотографий.
  — Вы имеете право выставить свои фотографии на этот конкурс.
  — Фотография не нарушает авторских прав, товарных знаков, договорных прав или любых других прав интеллектуальной собственности любого третьего лица или организации, а также не нарушает права любого лица на неприкосновенность частной жизни или гласность.

Фото года: джим пико, любовь сердце природы

Акула находилась внутри косяка лосося, когда его форма превратилась в форму сердца.

Чемпионат по запуску детских квадрокоптеров устроили в новосибирске

Итого

Можно собрать рой дронов, купить софт UgCS, получить от нас рекомендации и начать летать. Если у вас уже есть определённая компетенция в дроноводстве, то всё окажется даже не очень сложно. Знаю ребят, которые подняли тестовый танец для 20 дронов через 24 часа после приобретения лицензии и рекомендаций по внедрению софта (правда, у них уже был флот).