Microdrone UAV
MONITORAGGIO CITTA' AMBIENTE E TERRITORIO CON IMPIEGO DI MICRODRONI U.A.V., RILIEVI DI PARCHI, INFRASTRUTTURE, AREE INDUSTRIALI, EDIFICI, AREE IN DISSESTO IDROGEOLOGICO.
Il monitoraggio del territorio richiede un’innovazione costante in termini di processi e di strumenti e in particolare la ripresa dall’alto del territorio è in rapida evoluzione sia nelle tecnologie che nelle metodologie. Il punto di vista aereo infatti rappresenta spesso un “luogo” privilegiato da cui osservare i fenomeni e il territorio. Sensori sempre più specializzati e geometricamente più performanti rendono il telerilevamento un segmento di ricerca in costante innovazione.
Recentemente gli UAV (acronimo di Unmanned Aerial Vehicle) e in particolare i micro-UAV (con peso inferiore ai 2 chilogrammi in assetto di volo) rappresentano l'ultima frontiera per la ripresa del territorio ad alta risoluzione e a bassa quota di volo. Al gruppo degli UAV appartengono diverse tipologie di velivoli (aeroplani, elicotteri, dirigibili) e anche velivoli innovativi rappresentati dagli elicotteri multi-rotori (quadrirotori, esarotori e ottorotori).
I multirotori micro-UAV sono velivoli dotati di quattro o più rotori pilotati da remoto da un pilota dotato di radio comando o da una stazione a terra. Il loro recente sviluppo è legato alla crescita dell’affidabilità e alla riduzione dei costi dei componenti elettronici basati su nano tecnologie MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). A questa tipologia appartiene il gruppo definibile come “Microdroni UAV”.
Questi oggetti rappresentano una nuova piattaforma aerea di rilevamento grazie alla possibilità di montare al corpo principale del quadrirotore diversi sensori, capaci di realizzare immagini nel visibile e nell’infrarosso, immagini termiche, trasporto di sensori ambientali. Uno dei punti di forza è rappresentato dalla possibilità di non esporre a rischio alcun essere umano potendo comandare a distanza il velivolo che può inviare a terra i dati rilevati.
La piattaforma si presta ad essere impiegata come piattaforma leggera di rilievo aereo impiegabile rapidamente anche in contesti di emergenza.
La tecnologia
I microdroni UAV sono velivoli di piccole dimensioni (da un minimo di 60x60cm ca.) composti da un telaio portante in alluminio o fibra di carbonio. I microdroni volano grazie alla spinta di quattro o più motori ad elica brushless controllati da regolatori di velocità dedicati ad ogni singolo motore.
I velivoli sono equipaggiati di schede e componentistica utile al volo (barometri, accelerometri, GPS etc) che e possono trasportare sensori di rilievo dedicato.
Il volo sincrono e il volo asincrono
L'impiego di multi-rotori di piccole dimensioni e con alte capacità di personalizzazione è legato alla possibilità di costruire una piccola flotta di quadrirotori (8-10) dotati di diversi sensori e che potranno agire in modo coordinato permettendo di acquisire molteplici informazioni del territorio sorvolato in contemporanea dallo “sciame” di multi-rotori dotati di una serie di sensori diversi a bordo. Il volo sincrono semiautonomo permetterebbe di coprire porzioni di territorio contemporaneamente con diversi sensori realizzando così una campionamento contemporanea di diverse grandezze.
Modalità di pilotaggio
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volo a vista, che consente il trasporto dei sensori con l’utilizzo del radiocomando fino ad un massimo di circa 250 metri rispetto all’operatore. Maggiormente indicato in zone ristrette e accessibili (sito archeologico, discarica, incrocio stradale);
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volo FPV (acronimo di First Person View, volo in prima persona), consente un avvicinamento maggiore all’obiettivo da rilevare perché il pilotaggio avviene con un visore che riceve le immagini direttamente da una telecamera posta sul velivolo. Indicato in aree morfologicamente complesse e pericolose (riprese di zone di distacco di frane, superamento di ostacoli quali fiumi e altre barriere, avvicinamento in luoghi contaminati);
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volo autonomo. Garantisce il massimo della sicurezza sulle lunghe distanze. La traiettoria di volo è preimpostata e la posizione del velivolo è controllata o dal GPS di bordo o da un sistema alternativo.
Il progetto di ricerca
La ricerca si pone come obiettivo principale l’integrazione della sensoristica di telerilevamento con la piattaforma innovativa rappresentata dai multirotori e già in possesso dell’unità di ricerca. I dati raccolti contribuiscono alla costruzione di quadri di conoscenza poi condivisibili a livello sociale attraverso piattaforme di condivisione collaborazione condivisa come geoSDI.
La piattaforma “multirotore” rappresenta di fatto uno strumento nuovo di rilievo aereo, collocandosi ad un’altezza di volo intermedia tra il suolo e la quota dei velivoli tradizionali (aerei, elicotteri), fascia di quota finora coperta solamente da palloni aerostatici che mostrano una rigidità di movimento tale da non consentire una raccolta di dati diffusa nel territorio. Il multirotore presenta caratteristiche di volo che sono senz’altro utilizzabili per gli scopi tipici del telerilevamento. Si evidenzia in particolare la possibilità di stazionare su punti prestabiliti (hovering) e di percorrere tracciati preimpostati grazie all’utilizzo del sistema GPS e ad una sensoristica di volo e controllo (giroscopi, accelerometri, pressiometri, magnetometri) sempre più affidabile.
Anche il software di aggiornamento e controllo (Mikrokopter Tool) dei velivoli in possesso dell’unità di ricerca (realizzato dalla tedesca Mikrokopter), se pur non Open Source, consente il monitoraggio dei valori dei sensori di ogni scheda e le modifiche dei parametri di volo.
E’ quindi evidente che il progetto Mikrokopter oltre ad avere una grande flessibilità nelle modalità operative e nell’architettura permette l’estensione e personalizzazione del software di pari passo con gli obiettivi di questo progetto.
Risultati attesi
Realizzazione e ottimizzazione di tre velivoli per missioni specifiche per il monitoraggio territorio-ambiente e per la creazione di quadri di conoscenza analizzando i punti di forza e di debolezza. Sul versante delle applicazioni, oltre ad evidenziare le potenzialità di impiego e le criticità emerse, verranno effettuati dei casi studio per verificare.
I risultati attesi comprendono una attenta analisi del comportamento in volo del velivolo, della sua capacità di carico e verranno testati i sensori e le tecniche di acquisizione, gestione e analisi dei dati prodotti. Saranno effettuati test sul territorio messi a confronto con le attuali e consolidate tecniche di rilievo.
Applicazioni
- Riprese aeree di porzioni di territorio con telecamere
- Riprese aeree fotografiche a bassa quota ed alta risoluzione
- Produzione di modelli digitali della superficie a partire da stereo coppie
- Realizzazione di strisciate
- Rilievo a distanza di aree non accessibili o non sicure
- Analisi degli inquinanti dispersi in atmosfera
- Ripresa del territorio nel campo del visibile, dell’infrarosso e del termico
- Rilievi a distanza di aree edificate, centri urbani o singoli edifici
- Creazione di quadri di conoscenza
Applicazioni tematiche
- Rischio – Monitoraggio idrogeologico, Monitoraggio delle zone colpite da disastri naturali, Sorveglianza, Supporto ad operazioni di Protezione Civile, Antincendio boschivo.
- Ambiente – Controllo inquinamenti, Monitoraggio delle fasi di coltura, Conservazione della biodiversità.
- Mobilità – Integrazione con piattaforme MMS (Mapping Mobile System), controllo delle situazioni di criticità stradale.
- Uso del Suolo – Monitoraggio delle variazioni di uso del suolo, foreste e parchi naturali.
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