Egyedi robotrepülőgép-rendszer készül Óbudán

A robotrepülőgépekről jobbára akkor olvas az ember, ha egy iráni urándúsító után kutakodó amerikai gép a sivatag homokjába fúródva végzi, pedig a pilóta nélküli járműveknek (vagy ahogy angolul mondják: unmanned aerial vehicle, UAV) a katonai feladatokon kívül is számtalan más alkalmazási területe létezik. Az Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Karának (NIK) fejlett szoftvere már egészen kicsi, néhány kilogrammos típusokhoz profi irányítórendszert kínál, így a robotrepülők hétköznapibb célokra is felhasználhatók, hiszen számtalan feladatot költséghatékonyan és gyorsan képesek ellátni.

Mi az ott az égen?

Dr. Molnár András hobbi szinten foglalkozik repüléssel és modellezéssel, az egyetemi munkája során pedig autonóm rendszerek fejlesztése a feladata, így kézenfekvő volt, hogy belevágjon a pilóta nélküli repülőkkel kapcsolatos kutatásokba. Mint mondta, az új rendszer - aminek a repülőn kívül része egy fedélzeti és egy földi irányítórendszer is - elsősorban a kisebb gépekhez készült: jellemzően 15-20 kilogrammos, durván 3 méter szárnyfesztávolságú modellekről van szó, amiket villanymotorral vagy robbanómotorral szerelnek, így 80-100 kilométeres óránkénti sebesség mellett akár 400 kilométer megtételére is képesek. A munkálatok során túlnyomórészt villanymotoros gépekkel foglalkoznak a kutatók, ezeknek a hátránya egyelőre, hogy lényegesen kisebb távolságot, mintegy 20 kilométert tudnak átrepülni - igaz, a legújabb fejlesztések már a 100 kilométeres távolságot célozzák.

Az átalakított RC repülőgépekre szerelt fedélzeti rendszer egyfelől gondoskodik az autonóm repülés biztosításáról, másfelől tárolja, végül továbbítja a repülés paramétereit a földi irányítórendszer felé, ahol az adatokat feldolgozzák, figyelik magát a repülést, adott esetben pedig beleszólnak az irányításba. Fontos, hogy a fedélzeti számítógép önmaga képes ellátni a repülőgép irányítását, így kapcsolat kimaradása sem jelent vészhelyzetet - a földi állomás szerepe a repülés ellenőrzésén túl a megfigyelés és szükség esetén a beavatkozás lehetőségének biztosítása.

A fedélzeti elektronika központi eleme az STMicroelectronics által gyártott STM32 mikrokontroller, ami egy ARMv7 magra épülő 72 MHz órajelű lapka. A mikrokontrollert kifejezetten beágyazott rendszerekhez fejlesztették ki, a számítási hatékonyságát növeli, hogy egy óraciklusos szorzással és hardveres osztással működik. Az STM32 számos perifériával rendelkezik, ez a fedélzeti elektronika esetében különösen fontos, miután nagyon sok paramétert kell mérni, és több csatornán kell beavatkozni a repülés irányításába.

Több nézőpontból

Az igazi érdekesség az egyetemen fejlesztett szoftver elosztott architektúrájában rejlik, eddig ugyanis ebben a kategóriában nem létezett olyan irányítórendszer, ami több kliensre felosztható, szabadon testreszabható vezérlést tett volna lehetővé. A főbb feladatok itt több munkaállomásra oszthatók szét, szerepkörök és jogosultságok jöhetnek létre, a virtuális pilótafülke mellé például navigációs és felderítő modul is bevezethető, így az elsőn keresztül irányítható a repülő, a második az útvonaltervezésben játszik elengedhetetlen szerepet, utóbbi pedig a gépre szerelt kamerán keresztül érkező képet vetíti a felhasználó elé.

A felosztás különösen azért praktikus, mert így nem egyetlen megjelenítő felett kell görnyedniük a rendszert használó szakembereknek, minden munkatárs a saját számítógépén dolgozhat, és ahhoz a funkciókhoz férhet hozzá, amire jogosultságot kap a felettesétől. A virtuális pilótafülke valós időben jeleníti meg a repülés adatait, olyan eszközöket biztosít a kezelő számára, amivel közvetlenül be tud avatkozni a repülőgép irányításába. A monitoron a fedélzeti kamera képe és egy térképes nézet is megjelenik a legfontosabb repülési paraméterek és mutatók, így többek között a sebesség- és a magasságmérő mellett. A “pilótafülkében” lehet konfigurálni a repülőgép üzemmódjait, kalibrálni a szenzorait, és az említett szerepkörök is itt szabhatók testre.

A navigációs modulon csak a repülőgép térbeli helyzetmeghatározásához szükséges műszerek találhatók meg, a térképes nézet még inkább előtérbe kerül, megjelenik rajta a repülés iránya, illetve az attól történő esetleges eltérés. A kutatók speciális műszert fejlesztettek ki a navigátor segítésére, ez grafikusan informál a repülő magassági, oldalirányú és szögeltéréseiről. A térképes megjelenítés többféle méretarányú és vetületű térképet támogat, és a rendszer tetszőlegesen bővíthető: a fejlesztők jelenleg is a digitális domborzat térbeli megjelenítésén dolgoznak.

A felderítőmodul a már említett módon a fedélzeti kamera nagy részletességű képét dolgozza fel, a munkát valós idejű képmanipuláló eljárások támogatják, ezek segítik a felderítőt a fontosabb objektumok feltárásában. Az algoritmusok az általánosan alkalmazott RGB színtér helyett a megvilágításra kevésbé érzékeny YCbCr színteret használják, amin fuzzy k-közép klaszterezés segítségével a hasonló színű pixeleket jól elkülöníthető szegmensekre bontják fel.

Egy erősebb laptop elegendő hozzá

A szoftver egy sima laptopon elfut, egyedüli kritérium, hogy a rezzenéstelen működéshez egy erősebb grafikus chipre is szükség van, a számítás egy jelentős részét ugyanis a videokártya végzi. Molnár András szerint ez nem jelenthet különösebb problémát, a fejlesztés előtt kifejezetten ügyeltek arra, hogy a végleges termék megjelenésekor a szükséges hardver hozzáférhető áron rendelkezésre álljon. A .NET keretrendszerben írt program szabadon feltelepíthető több számítógépre is, működésre viszont csak hardverkulccsal bírható.

Ünnepi mix a bértranszparenciától a kódoló vezetőkig Négy IT karrierrel kapcsolatos, érdekes témát csomagoltunk a karácsonyfa alá.

A fejlesztés hároméves pályázati pénzből folyik, amit az Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kara, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mobil Innovációs Központja és a Bonn Hungary Kft. közösen nyertek el - a NIK 6-10 munkatársa működik közre a fejlesztéseknél. A BME a rádiós adatátviteli rendszeren dolgozik, a Bonn Hungary a repülőgépgyártásért, az elektronikafejlesztésért és a rendszerintegrációért felel.

Érdekesség, hogy a szoftverből okostelefonos kliens is készül, ennek feladata, hogy gyors és egyszerű formában szolgáltasson információkat a felhasználónak. Egyelőre kizárólag androidos verzión dolgoznak a fejlesztők, azonban a jövőben iOS-átiratra is lehet számítani, ha a program hasznossága beigazolódik, és lesz igény iránta. Az okostelefonos program futtatásához nem árt egy erősebb készülék, a kétmagos processzor minimális elvárás, de miután a végleges verzió megjelenéséig még van idő, később a rendszerigény is enyhébbnek tűnik majd.

Széleskörű felhasználásra

A repülés irányításához a kutatók szerint nem szükséges előzetes repülési tapasztalat, akárcsak egy stratégiai játékban, egérkattintással jelölhető ki a robotrepülőgép úticélja. Nem kell ecsetelni, hogy ez gyakorlatilag bárki számára hozzáférhetővé teszi a rendszert, a használatát pedig az is indokolja, hogy számos feladat biztonságosabban, gyorsabban és olcsóbban, egy szóval hatékonyabban elvégezhető robotrepülőgépekkel mint ember által vezetett géppel.

Az erdőtűz utáni kárfelmérés - ami a gyakorlatban a károsodott terület körbejárásával történik - immár egy rövid repülőúttal letudható, a fukusimai atomerőmű-katasztrófához hasonló esetekben speciális műszerek segítségével a levegőben található szennyező anyagok koncentrációja is feltérképezhető, a terjedésük térben is kimutatható. A repülőgépek mérete ráadásul jelentősen csökkenthető, egy néhány száz grammos modellel például könnyebb lavírozni a városok felett még úgy is, hogy a pilóta lejjebb ereszkedik, így a rendezvények fotózása gyorsabbá, egyszerűbbé válhat.

A szoftver önmagában nem robotrepülőgépekhez kötött, némi átalakítás után bármilyen repülőn megállja a helyét fedélzeti monitorként. Molnár András a fejlesztés egyfajta melléktermékeként tekint a rendszer ezen részére, amit a jövőben mindenképpen forgalomba szeretnének hozni például hobbipilóták számára. Egyelőre a költségek csökkentése a legfőbb feladat, a monitor szerepét ugyanis egy ipari tablet tölti be, aminek bár kétségtelen előnye, hogy bármilyen szögből és rosszabb fényviszonyok között is jól látható marad a képe, viszont méregdrága is.

A robotrepülőgép-rendszer immár kész piaci termék, a fejlesztése viszont továbbra sem áll le. A jelenleg készülő 2.0-s verzió tesztelés előtt áll, ennek egyik legfőbb újdonsága a 3D-s domborzat ábrázolása lesz a térképeken, ami alapján a repülők észlelhetik az előttük magasodó akadályokat.