Обзор и классификация программных продуктов для работы с беспилотными летательными аппаратами

В настоящее время все большую популярность набирают беспилотные летательные аппараты (БПЛА) во многих сферах жизнедеятельности человека. Чаще всего беспилотники используют в лесном хозяйстве (мониторинг лесных ресурсов), геодезии (ведение государственного кадастра), градостроительстве и т.д. Особенно актуальным становится применение возможностей БПЛА в сельском хозяйстве: учет животных, анализ посевов и земель, обработка растений.

Для исправной работы беспилотного летательного аппарата в зависимости от поставленной задачи необходим комплекс специализированных программных продуктов, включающих управление полетом аппарата и обработку полученных данных.

За управление аппаратом отвечает полетный контроллер, который нуждается в периодическом обновлении прошивки и калибровке. Универсальная программа для настройки полетного контроллера отсутствует, для конкретных видов контроллеров разработано свое программное обеспечение.

Так полетные контроллеры серий APM 2.6/2.7/3.1 и их разновидности типа DEVO-M, 3DR Pixhawk, NAVIO2 и подобные настраиваются при помощи программы Mission Planner [1].

Mission Planner – это программный продукт для настройки и управления летательным аппаратом, оснащённого полётным контроллером ArduPilot Mega.

Возможности данного программного продукта:

• 1)    планирование миссий полета и анализ данных;

• 2)    использование наземной станции;

• 3)    планирование миссий полета по точкам и событиям;

• 4)    ралли точки (ближайшая точка возврата);

• 5)    получение и анализ полетного журнала из APM;

• 6)    анализ журнала телеметрии;

• 7)    выявление проблем по анализу журналов (логов);

• 8)    установка координат в фотографиях.

Полетные контроллеры компании DJI, настраиваются собственной про-граммой DJI Assistant 2.

DJI Assistant 2 - это программа для обновления и калибровки квадрокоптеров фирмы DJI, с помощью неё можно обновить беспилотник, откалибровать сенсоры или обновить прошивку.

Последняя версия - DJI Assistant 2 v1.2.5 (2019-04-16). Есть версии для ОС Windows 10, Mac OS. Программа поддерживает русский язык (рисунок 2).

Этот программный продукт выполняет обновление прошивки полетных контроллеров квадрокоптеров, сброс настроек до заводских, загрузку полетных данных на ком-

Рисунок 1. Интерфейс Mission Planner

пьютер и их анализ, просмотр данных о полетах с помощью Data viewer, калибровку сенсоров квадрокоптеров DJI. Также при помощи программы возможно управление дроном в разделе симуляции.

Еще одна разновидность программного обеспечения для настройки по-летных контроллеров CC3D, Naze32, Flip32, Spracing F3 – Cleanflight Configurator (рисунок 3).

Это конфигуратор, мультиплатформенное программное обеспечение для настройки различных БПЛА (квадра-коптеров, гексакоптеров, октокоптеров и др.) под управлением полётных контроллеров, работающих на прошивке CleanFlight. Программа работает в виде приложения в среде Google Chrome. Недостатком CleanFlight является отсутствие интерфейса на русском языке.

$ . UI Assistant 2

<    <> MA VIC PRC

® Обновление микроп..

Ф Data Upload

^ Flight Data

* Black Box

@ Калиброака

§§ Симулотор

$ WiFi Settings

-ox

Список микропрогра

Текущий V01.04.0300

Версия	Дат»	Все •	Действие
V01.O4 03CO I тек уши А]	201802-09	• Официален	ОБВОЗИТЬ	| Примечоние к выпуску
V01.C4 02С0	2018-01*31	• Официальн	ПОНИЗИТЬ	Примечание к выпуску
V01.04.01C0	2017-12-1S	• Официал ьн	ПОНИЗИТЬ	| Примечание к выпуску

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗАВОДСКИХ НАСТРОЕК

Рисунок 2. Обновление прошивки полетного контроллера в DJI Assistant 2

Рисунок 3. Интерфейс CleanFlight Configurator

Следующая группа программных продуктов направлена на создание 2D и 3D моделей и карт с использованием БПЛА. Для трёхмерной фотограмметрии, а именно так, называется этот вид работ с использованием дронов, существует много программных решений.

Фотограмметрия – это наука, позволяющая с помощью фотографирования, способов обработки снимков и специальных технологий получать изображения и определять по ним пространственное положение физических объектов на местности и их характеристики [2]. Это новая технология дистанционного зондирования при определении геометрических свойств предметов, процессов, их анализа и предоставления в графическом виде сведений по группе фотоснимков, снятых из разных положений фотокамеры.

К перспективным направлениям использования воздушной фотограмметрии относят:

• •    наблюдение, анализ и планирование в сельском и лесном хозяйствах;

• •    моделирование наводнений и загрязнений;

• •    картография;

• •    планирование городской застройки;

• •    управление береговой линией;

• •    планирование транспортных сетей;

• •    помощь в добыче нефти, газа и других полезных ископаемых;

• •    планирование сотовых сетей.

Эти отрасли в значительной степени выигрывают от использования точных 3D-карт и проектов, на них построенных. Также повышение эффективности и снижение затрат от использования дронов по сравнению с традиционными самолетами определенно является преимуществом первых.

В данном направлении мобильное приложение Drone Deploy является ведущей в мире облачной платформой для картирования и 3D моделирования с помощью бес- пилотных летательных аппаратов. Данный программный продукт предназначен для управления дроном с целью создания интерактивных карт и моделей. Приложение отличается понятностью интерфейса, что подходит для начинающих, а профессионалы выделяют его за скорость обработки данных.

Drone Deploy подходит ко многими беспилотникам: DJI Mavic Pro, Phantom 3 / 3 Adv / 3 Pro, Phantom 4 / 4 Pro, Inspire 1 / 1 Pro, Matrice 100 / 600. Для запуска автономного режима управления дроном необходимо всего 2 нажатия на экран устройства. После съемки необходимого объекта программа обрабатывает изображения и создаёт карты и ЗD-модели с высоким разрешением. В программе предусмотрены анализ, комментирование и рассылка моделей непосредственно из приложения.

Основные возможности Drone Deploy:

• •    автономный полет при отключенном пульте управления;

• •    построение и просмотр 2D-карты прямо во время полета;

• •    анализ данных на любом устройстве;

• •    возможность измерения высоты, расстояния, площади и объема объекта, NDVI и многих других параметров;

• •    совместное использование карт, аннотаций и сообщений;

• •    загрузка снимков с SD-карты дрона на Drone Deploy для обработки и создания 3D-карт высокого разрешения.

На рисунке 4 представлена карта состояния посевов, созданная с помо-щью Drone Deploy.

Следующим популярным ПО для фотограмметрии является Pix4Dmapper, включающий набор программного обеспечения для получения, хранения, обработки и анализа снимков. В комплект входит комплекс программ для управления беспилотником - облачная платформа и настольная версия продукта.

Программное обеспечение от Pix4D поддерживает работу со множеством современных дронов, отличается бы-

Рисунок 4 . Карта состояния посевов в Drone Deploy

стротой процесса фотограмметрии, оцифровки и построения 3D-моделей. На рисунке 5 представлен ортофотоплан местности созданный в Pix4Dmapper.

Основные возможности Pix4Dmapper:

• •    автоматическое создание и классификация облаков точек;

• •    быстрое создание 3D – сетки и 3D облаков;

• •    построение цифровой модели поверхности и ландшафта;

• •    поддержка управления несколькими устройствами сразу;

• •    проведение вычисления необходимых параметров.

Pix4Dmapper превращает набор снимков в высокоточные 2D-карты и 3D-модели. Выходными данными программного продукта являются: цветное и классифицированное облако точек, ортофотоплан, циф-

Рисунок 5 . Ортофотоплан местности в Pix4Dmapper

Рисунок 6. Классификация программных продуктов для БПЛА

ровая модель, индексные карты, тепловизионные карты, 3D-текстурированные модели и т.д.

В Брянской области имеется опыт применения БПЛА. Услуги по предоставлению высокоточных геопространственных данных, полученных при помощи аэрофотосъемки местности осуществляет компания ООО «Геокомплекс». Обработка данных осуществляется с помощью ПО Agisoft PhotoScan Pro [3].

На основании проведенного анализа программных продуктов, предназначенных для работы с беспилотными летательными аппаратами, была построена следующая классификация (рисунок 6).

Таким образом, современные программные продукты могут совмещать в себе управление аппаратом и создание карт и 3D-моделей с помощью применения фотограмметрии. Однако они не способы провести настройку БПЛА, для этого необходимо отдельное специализированное программное обеспечение.

Большинство программ, выполняющих управление аппаратом и построение карт, имеют и компьютерную, и мобильную версию. Это объясняется тем, что для обработки данных и вычислений более удобно использовать стационарный компьютер, а для непосредственного управления и съемки на открытой местности - мобильные устройства. В любом варианте применение беспилотных летательных аппаратов как современных цифровых технологий дает неоспоримый положительный эффект.