Įmantrių dronų technologijų pionieriai

Nuo 2022 metų, kai ADC buvo įkurtas, mes nuolat ieškojome būdų, kaip pritaikyti dronus duomenų rinkimui ir analizei, kad atneštume naujoves ir efektyvius sprendimus moksliniams tyrimams. Patogiausia platforma – bepiločiai orlaiviai, nereikalaujantys didelių investicijų bei infrastruktūros, taip pat tinkami skrydžiui arti žemės, lyginant su bendrosios aviacijos orlaiviais, kuriuos taip pat eksploatuoja universitetas. Plati ir industrijoje naudojama duomenų rinkimo paskirtis – žemėlapių ir vietovės bei pastatų 3D modelių sudarymas iš atskirų nuotraukų. Žemėlapių sudarymui fotografuojama kamerą nukreipus žemyn su tam tikru vaizdo dubliavimu – persidengimu tarp nuotraukų. 3D modeliui reikalingas vaizdas iš visų pusių, todėl tas pats objektas fotografuojamas kelis kartus skirtingais kampais. Iš nuotraukų padarius modelį galima jame naršyti kompiuteriu, iš jo sudaryti inžinerinius planus ar tiesiog matuoti koordinates, atstumus, kampus ir nuolydžius. Žemėlapiai bei modeliai naudojami kartografijoje, žemės ūkyje, kelių policijos veikloje, statyboje bei kitose srityse.

Vilniaus Gedimino technikos universiteto Antano Gustaičio aviacijos instituto Aerokosmoso duomenų centras (ADC) ne tik veikia moderniausių dronų technologijų ir FPV (First Person View) hobio sankirtoje, bet ir yra pagrindinis veikėjas, kuriant naujas perspektyvas duomenų rinkimui iš oro. Skirtingai nei įprasti hobio projektai, mūsų centras plečia dronų panaudojimo galimybes, orientuojantis į mokslinius tyrimus ir verslo sektoriaus poreikius. Ši vizija leidžia mums ne tik pasiūlyti novatoriškus sprendimus, bet ir formuoti naujas žinias apie mus supančią aplinką, kurią tyrinėjame iš dangaus.

3D modelių sudarymas

Autonominė vizualioji navigacija

Dar viena ADC eksperimentų sričių - autonominė navigacija. Šio projekto tikslas – pagaminti droną, gebantį savarankiškai nuskristi iš vieno taško į kitą naudojantis tik kompiuterine rega. Vienas iš šios technologijos panaudojimo būdas yra skrydžio trajektorijos užtikrinimas esant GNSS (GPS) sistemos trikdžiams ar atsiradus blokuojamam ryšiui tarp antžeminės valdymo stotelės ir orlaivio. Mūsų autonominės vizualiosios navigacijos tyrimai leidžia dronams savarankiškai orientuotis erdvėje be GPS pagalbos, atveriant naujas galimybes saugumo ir logistikos srityse.

Kadangi dauguma kamerų objektyvų yra skirtingai išgaubti ir vaizdą mato ne visiškai tiesų - reikalinga kalibracija. Jos metu yra padedama šachmatų lenta ir pritaikomi matematiniai pakitimai, kurie leidžia drono kamerai matyti kuo mažiau iškreiptą vaizdą. Tai patikslina trajektorijos skaičiavimo rezultatus.

Drono trajektoriją galima apskaičiuoti pasitelkiant vizualiąją odometriją – atstumo skaičiavimą naudojant tik vaizdo kameros medžiagą. Šio metodo veikimo principą trumpai galima paaiškinti taip: paimami du vaizdo įrašo kadrai, kurie eina vienas po kito. Juose surandamos tam tikros detalės. Šių detalių pasislinkimas tarp dviejų kadrų reiškia, tai kad dronas pajudėjo ar pasisuko, priešinga tų taškų judėjimui, linkme. Iš vaizdo įrašo skaičiuojama 3D trajektorija.

Pagrindinis šios technologijos minusas – besikeičiantis apšvietimas, kurio metu detalės gali tapti prasčiau matomos. Todėl reikalingos geresnės kokybės kameros ar dar geresnis į besikeičiantį apšvietimą atsižvelgiantis dirbtinis intelektas.

Magnetinio lauko matavimas dronu

Norint surinkti kitokius duomenis, nei vaizdo medžiaga prie drono galima tvirtinti įvairius jutiklius. Vienas iš prjektų prie kurių dirba ADC mokslininkai – geologinių tyrimų pagreitinimas naudojant labai jautų magnetometrą. Šiuo prietaisu galima aptikti mažiausius magnetinio lauko pakitimus, atsirandančius dėl žemės magnetinio lauko ir uolienų, metalų arba dirbtinių objektų – vamzdžių ar kabelių sąveikos.

Dar viena potenciali šios dronų sistemos panaudojimo sritis – minų aptikimas žemės ūkio laukuose. Užprogramavus droną galima labai tiksliai apskirsti norimą dirbamos žemės plotą ir sudaryti žemėlapį su vietomis, kuriose gali būti minos. Tokiu būdu būtų galima apsaugoti žmonių gyvybę, bei brangią ūkinę techniką, karo paveiktose pasaulio vietose.

VilniusTech ADC tobulinami bepiločių orlaivių minų aptikimo pajėgumai, kurie skiriasi nuo įprastų FPV projektų, ateityje turėtu padėti išspręsti opią problemą – pigų ir greitą laukų išminavimą. Tai pademonstruoja dronų technologijos pritaikomumą sprendžiant praktines problemas.

Automobilių trajektorijos miesto eisme nustatymas

Automobilių judėjimo maršrutų stebėjimas ir analizė miesto infrastruktūroje, yra neatsiejama mokslo ir technologinės pažangos dalis, prisidedanti prie saugesnio, efektyvesnio bei darnesnio transporto sistemos formavimo. Ši sritis tampa vis svarbesnė urbanizuotuose regionuose, kur eismo intensyvumas ir judėjimo dinamika nuolat auga.

ADC vykdomas automobilių trajektorijų miesto eisme nustatymo tyrimas įtraukia įvairias technologijas, kompiuterinę regą, neuroninius tinklus, vaizdo duomenų transformacijų algoritmus, bei kitas jutiklines sistemas, leidžiančias tikslią ir daugiasluoksnę automobilių judėjimo duomenų analizę.

Šie tyrimai ne tik suteikia išsamesnį vaizdą apie eismo srautus ir jų dinamiką miesto erdvėje, bet ir padeda identifikuoti kritines transporto infrastruktūros vietas, kuriose yra reikalingi patobulinimai siekiant efektyvesnio automobilių judėjimo. Be to, mašinų trajektorijų nustatymo tyrimai gali būti naudingi kuriant naujus eismo valdymo algoritmus, pagerinant saugumo sistemas bei įgyvendinant miesto planavimą.

Šis intensyvus mokslinis darbas, kurį atlieka ADC, ne tik stiprina universiteto poziciją transporto ir urbanistikos srityse, bet ir teikia konkrečius įnašus į pažangų ir efektyvų miesto eismo valdymą.

2023 m. spalio mėnesį išleistas mokslinis straipsnis "Drone-Based Vertical Atmospheric Temperature Profiling in Urban Environments" žurnale „Drones“ yra ADC atsidavimo moksliniams atradimams išraiška. Tyrimams naudoti itin tikslūs temperatūros, drėgmės bei slėgio jutikliai leido įvertinti vertikalią atmosferos parametrų struktūrą panašiu tikslumu kaip meteorologijoje įprastai naudojami radijo zondai, pririšti prie balionų. Šis rezultatas turi didelę reikšmę aplinkos mokslui, orų prognozėms ir klimato tyrimams. Ateityje planuojami tyrimai susiję su trimačio atmosferos modelio sudarymu bei praktiniu tokių matavimų panaudojimu meteorologijoje.

Erdvinis temperatūros matavimas

Taigi, dinamiška komanda, dirbanti Vilniaus Gedimino technikos universiteto aerokosmoso duomenų centre sumaniai įveikia ribas tarp sudėtingos pažangių dronų technologijų srities ir populiaraus FPV hobio. Mūsų centro darbas yra svarbus ir įvairiapusiškas - nuo vizualinės odometrijos ir 3D žemėlapių kūrimo iki praktinių problemų, tokių kaip minų aptikimas, sprendimo. Toks darbas ne tik reikalauja iš mūsų technologinio kompetentingumo, bet ir prisideda prie svarbių praktinių taikymų. Vilniaus Gedimino technikos universitetas ir toliau siekia būti inovacijų ir dronų technologijų panaudojimo pramonėje ir moksle pavyzdžiu, atverdamas naujas galimybes ir ieškodamas praktinių taikymų.