Проекты

Устройство мониторинга местности

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Беспилотные аппараты
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Беспилотные летательные аппараты широко применяются в повседневной жизни для различных целей, но система мониторинга местности путём программируемого полёта группы БПЛА с камерами и осуществления в процессе полёта фотоснимков местности нигде не используется.

Цель

Создание системы мониторинга местности для охраны объекта путём программируемого полёта группы БПЛА с камерами и осуществления в процессе полёта фотоснимков местности.

Задачи

  1. Расчёт оптимального маршрута для разлёта беспилотного летательного аппарата.
  2. Создание системы наблюдения и освещения для мониторинга местности.

Этапы выполнения работы

  1. Выбор режима позиционирования.
  2. Настройка системы позиционирования.
  3. Написание программы для тестового полёта.
  4. Расчёт взаимного расположения камер на квадрокоптере.
  5. Разработка устройства освещения на базе Arduino Uno.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Коптеры 4 шт.
  • 8 якорей
  • 4 тега
  • Антенна Crazy Radio
  • Плата Arduino Uno
  • Макетная плата
  • Камеры 4 шт.
  • Электронные компоненты
  • ПО: Crazyflie клиент, VisualCode Studio, Tinkercad
  • ПК

Описание

Устройство освещения разработано на базе платы Arduino Uno. Суть работы устройства заключается в следующем: имеются несколько светодиодов и три кнопки, которые регулируют степень яркости освещения, подавая напряжение на нужное количество светодиодов. В коде программы предусмотрена дополнительная кнопка сброса, которая выключает все светодиоды.

Для мониторинга местности нужно сделать панораму в 180˚. Так как камера на 170˚, то достаточно будет по одному снимку с 2-х камер. Камеры нужно настроить в режим таймлапса и расположить, повернув их на угол 10˚ относительно друг друга. Процент перекрытия у снимков для создания панорамы 89 %.

Для работы с группой квадрокоптеров подойдёт только разностно-дальномерный режим позиционирования, для тестового запуска в технопарке будет использоваться одна из вариаций данного режима TDoA2, однако для использования на местности, предназначенной для мониторинга школы, решено использовать TDoA3 в связи с его большей площадью охвата по сравнению с  TDoA2. Было использовано максимально возможное число якорей – 8, чтобы увеличить точность позиции квадрокоптера в пространстве.

В результате работы удалось запрограммировать квадрокоптеры, отвечающие за транспортировку устройства наблюдения. Поставленная задача – построение группы квадрокоптеров в необходимые координаты (прямоугольник).

Результаты работы/выводы

Несмотря на простоту реализации, анализ промышленных образцов показал, что такого рода разработки не были произведены.

В результате выполнения работы был выполнен мониторинг местности с помощью БПЛА, что является альтернативой традиционному мониторингу местности с использованием камер, на столбах и т. п. Использование квадрокоптеров позволит человеку избежать слепых зон во время наблюдения местности.

Перспективы использования результатов работы

  1. В настоящий момент проект не имеет ограничений в развитии.
  2. Вместо осветительного элемента возможно использование ИК-датчика, позволяющего выполнять наблюдение в любое время суток.
  3. Возможно применение двух режимов освещения: с использованием фоторезистора (автоматический режим) или переключателей (ручной режим).
  4. Также планируется использование машинного зрения, с помощью которого будет загораться сигнальная лампочка в помещении, в котором находится оборудование для наблюдения.
  5. Улучшение материалов БПЛА, благодаря которым возможно наблюдение в любых погодных условиях.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Проектная работа выполнена на занятиях по предмету «Индивидуальный проект» в технопарке «Альтаир» МИРЭА – Российского технологического университета.