Instytut Lotnictwa i roz­wią­za­nia dla BSP

Aparat latajacy systemu Phoenix (1:10). Wyraznie widoczne ogniwa fotowoltaniczne na skrzydłach, zapewniajace zasilanie dla ladunku uzytecznego.

Aparat lata­jacy sys­temu Phoenix (1:10). Wyraznie widoczne ogniwa foto­wol­ta­niczne na skrzy­dłach, zapew­nia­jace zasi­la­nie dla ladunku uzy­tecz­nego.

Instytut Lotnictwa to jedna z naj­star­szych i naj­bar­dziej zasłu­żo­nych insty­tu­cji dla pol­skiego lot­nic­twa i tech­no­lo­gii kosmicz­nych. Kojarzony zwy­kle z samo­lo­tami zało­go­wymi, od lat idzie z duchem czasu zaj­mu­jąc się m.in. także bez­za­ło­gow­cami. Niekoniecznie cho­dzi przy tym o two­rze­nie kom­plet­nych sys­te­mów, ale o wpro­wa­dza­nie kon­kret­nych roz­wią­zań przy­sto­so­wu­ją­cych BSP do wyko­ny­wa­nia wyspe­cja­li­zo­wa­nych zadań.

Pracownia Systemów Bezzałogowych nale­żąca do Centrum Transportu i Konwersji Energii Instytutu Lotnictwa roz­wija się obec­nie inten­syw­nie, a efek­tem jej dzia­łal­no­ści są kolejne patenty na bez­za­ło­gowce i róż­nego rodzaju urzą­dze­nia sta­no­wiące ich ładu­nek uży­teczny. Nie jest to bynaj­mniej sztuka dla sztuki, ale two­rze­nie zupeł­nie nowego wypo­sa­że­nia spe­cja­li­stycz­nego do pro­gra­mów pro­wa­dzo­nych przez Instytut, dokład­nie pod potrzeby innych jego dzia­łów oraz klienta (zwy­kle insty­tu­cjo­nal­nego), który zgło­sił szcze­gó­łowe zapo­trze­bo­wa­nie.

BSP w pro­jek­cie HESOFF

Doskonałym przy­kła­dem tego funk­cjo­no­wa­nia jest pro­jekt śro­do­wi­skowy Life+ HESOFF (LIFE11 ENV/PL/000459) współ­fi­nan­so­wany przez Komisję Europejską w ramach Instrumentu Life+ oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Prowadzono go we współ­pracy mię­dzy Zakładem Teledetekcji Instytutu Lotnictwa w Warszawie i Instytutem Badawczym Leśnictwa w Sękocinie Starym. Celem pro­jektu HESOFF była ocena stanu zdro­wot­nego lasów dębo­wych oraz wpływu dzia­ła­nia na nie lecz­ni­czych fos­fo­ry­nów. Problemem śro­do­wi­sko­wym jaki pró­bo­wano tutaj roz­wią­zać było zja­wi­sko zamie­ra­nia popu­la­cji dębów znane w Europie od XIX wieku. Badaniu pod­dano drzewa w trzech obsza­rach woje­wódz­twa wiel­ko­pol­skiego, a moni­to­ringu powierzchni badaw­czych oraz wdro­że­nie tech­nik tele­de­tek­cyj­nych doko­ny­wano przy uży­ciu Bezzałogowego Statku Powietrznego Phoenix (1:10).
Phoenix (1:10) jest plat­formą lata­jącą w ukła­dzie sta­ło­płata z pcha­ją­cym napę­dem elek­trycz­nym, a dzięki auto­pi­lo­towi, model może wyko­ny­wać misje w try­bie auto­ma­tycz­nym oraz pół­au­to­ma­tycz­nym. Jego naj­waż­niej­sze para­me­try tech­niczne to: roz­pię­tość skrzy­deł: 3,85 m, udźwig: 4,2 kg, maks. dłu­go­trwa­łość lotu: 45 minut, maks. zasięg: 30 km, pręd­kość prze­lo­towa: 21 – 25 m/s oraz maks. pręd­kość: 35 m/s. Jednocześnie Phoenix (1:10) przy peł­nym ładunku nadal speł­nia wymóg prawny w postaci mak­sy­mal­nej masy star­to­wej nie­prze­kra­cza­ją­cej 25 kg. Dzięki temu jego uży­cie nie wymaga sze­regu dodat­ko­wych pro­ce­dur i zezwo­leń.
Phoenix (1:10) jest przy­sto­so­wany do inte­gra­cji z róż­no­rod­nymi sys­te­mami obser­wa­cyj­nymi m.in. z plat­for­mami mul­ti­spek­tral­nymi QUERCUS.6 oraz QUERCUS.2, które zostały zbu­do­wane w Zakładzie Teledetekcji na potrzeby pro­jektu HESOFF. QUERCUS.6 składa się z sze­ściu pod­sta­wo­wych kamer o czu­ło­ści matrycy 460 – 950 nm (w zależ­no­ści od uży­tego fil­tra) i cha­rak­te­ry­zuje się masą 4 kg; z kolei QUERCUS.2 jest lżej­szą wer­sją (0,8 kg) zaopa­trzoną w dwie kamery. Urządzenia te zostały zin­te­gro­wane ze stwo­rzo­nym w Instytucie Lotnictwa kom­pu­te­rem pokła­do­wym i sys­te­mem łącz­no­ści, co umoż­li­wiało prze­sy­ła­nie danych do sta­cji naziem­nej i wyko­ny­wa­nie, w cza­sie rze­czy­wi­stym, ana­liz pozy­ska­nego obrazu. Podczas pro­wa­dze­nia pro­jektu bez­za­ło­go­wiec prze­la­ty­wał nad mapo­wa­nym tere­nem z pręd­ko­ścią 20 m/s wyko­nu­jąc zdję­cia z czę­sto­tli­wo­ścią 0,5 s. Dzięki temu uzy­skano znacz­nie zwięk­szone pokry­cie podłużne dla bloku zdjęć. Duża nad­mia­ro­wość obser­wa­cji uła­twiła prace algo­ryt­mów i zwięk­szyła dokład­ność gene­ro­wa­nych orto­fo­to­map.
Sześcioletni pro­jekt HESOFF zakoń­czył się 1 sierp­nia bie­żą­cego roku i został uznany za suk­ces. Z jed­nej strony dla­tego, że bada­nia wyka­zały, iż pod­dane tera­pii fos­fo­ry­no­wej dęby są żywot­niej­sze (wyż­sza wital­ność i mniej­sza defo­lia­cja) – zna­le­ziono więc metodę na poprawę ich kon­dy­cji. Z dru­giej, suk­ce­sem oka­zało się opra­co­wa­nie nowych, inno­wa­cyj­nych metod oceny stanu lasu i efek­tyw­no­ści kul­ty­wa­cji poprzez pozy­ska­nie i prze­two­rze­nie zobra­zo­wań z BSP. Wszystkie te ele­menty były dzie­łem Zakładu Teledetekcji Instytutu Lotnictwa. Jego przed­sta­wi­ciele pod­kre­ślają, że stwo­rzony przez nich sys­tem obser­wa­cyjny powstał jako roz­wią­za­nie uni­wer­salne, korzy­sta­jące z oddziel­nego źró­dła zasi­la­nia, i w ciągu trwa­nia pro­gramu HESOFF prze­te­sto­wano je z ponad 10 róż­nymi plat­for­mami lata­ją­cymi – zało­go­wymi i bez­za­ło­go­wymi. Jak mówią pra­cow­nicy Instytutu Lotnictwa reka­li­bra­cja urzą­dze­nia do zupeł­nie nowej plat­formy lata­ją­cej wymaga zale­d­wie kil­ku­na­stu godzin pracy. Platformy mul­ti­spek­tralne QUERCUS mogą też być uży­wane jako samo­dzielne urzą­dze­nia, np. w tele­de­tek­cji naziem­nej.
Zakresy spek­tralne, w któ­rych pra­cują kamery zostały ziden­ty­fi­ko­wane w Zakładzie Teledetekcji jako klu­czowe przy pro­wa­dze­niu ope­ra­cyj­nych badań wege­ta­cji. W opar­ciu o ana­lizę krzy­wych spek­tral­nych został opra­co­wany algo­rytm zdolny do oceny poje­dyn­czej korony drzewa zare­je­stro­wa­nej na zdję­ciu. Jednocześnie powstałe w wyniku prac algo­rytmy umoż­li­wiły ana­lizę dostar­czo­nych zobra­zo­wań tere­nów upraw­nych albo leśnych. Podstawą prac spe­cja­li­stów z Zakładu Teledetekcji są sceny sate­li­tarne, zdję­cia lot­ni­cze i dane naziemne – dopiero dane z tych trzech źró­deł dają pełny obraz tego co się dzieje w śro­do­wi­sku. Dzięki zdo­by­temu doświad­cze­niu Instytut Lotnictwa może dzi­siaj pro­wa­dzić róż­nego rodzaju ana­lizy – zarówno na rzecz dzia­łań pro­eko­lo­gicz­nych, jak i np. rol­nic­twa. W ostat­nim cza­sie Instytut Lotnictwa otrzy­mał też zapy­ta­nie o moż­li­wość pro­wa­dze­nia moni­to­ringu akwe­nów wod­nych. Perspektyw do wyko­rzy­sta­nia powsta­łych roz­wią­zań nie bra­kuje – jak unijna agenda do reali­za­cji celów zrów­no­wa­żo­nego roz­woju w latach 2030. Obejmuje ona 17 celów, z któ­rych aż kilka – m.in. pod­wyż­sze­nie pro­duk­cyj­no­ści rol­nic­twa oraz bez­pieczne i czy­ste śro­do­wi­sko – wpi­suje się w dzia­łal­ność Zakładu Teledetekcji Instytutu Lotnictwa.
Projekt HESOFF dopro­wa­dził do stwo­rze­nia dwóch inno­wa­cyj­nych roz­wią­zań: obiek­tyw­nej oceny dzia­ła­nia fos­fo­ry­nów jako eli­cy­to­rów odpor­no­ści drzew na pato­geny z rodzaju Phytophtora oraz wyko­rzy­sta­nia BSP do ope­ra­cyj­nego moni­to­ringu obsza­rów leśnych. Tymczasem tra­dy­cyjne metody oceny drzew pole­gają na tym, że leśnicy po pro­stu idą do lasu i meto­dami wizu­al­nymi oce­niają poziom jego defo­lia­cji. Postęp uzy­skany dzięki reali­za­cji pro­jektu jest zatem ogromny. Obecnie Instytut Lotnictwa chce iść za cio­sem i ubiega się o kolejne środki. Już dzi­siaj ma potwier­dze­nie finan­so­wa­nia na pozio­mie umoż­li­wia­ją­cym dal­sze prace i utrzy­ma­nie zespołu spe­cja­li­stów. Od wrze­śnia ma ruszyć kolejny, trzy­letni pro­jekt wyko­rzy­stu­jący powstałe roz­wią­za­nia. Jednostką finan­su­jącą jest Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR). Celem prac jest stwo­rze­nie tele­de­tek­cyj­nych narzę­dzi do moni­to­ringu stanu upraw w rol­nic­twie, które wspo­mogą prace inspek­to­rów tere­no­wych. Od tej pory nie będą musieli pro­wa­dzić cza­so­chłon­nych misji tere­no­wych na sze­roką skalę. Część prac zosta­nie zastą­piona ana­lizą danych tele­de­tek­cyj­nych (lot­ni­czych i sate­li­tar­nych). Potencjał pro­po­no­wa­nych roz­wią­zań jest ogromny – zdję­cia wie­lo­spek­tralne i hiper­spek­tralne mają bar­dzo wyso­kie walory inter­pre­ta­cyjne. Realizowane zada­nia mają na celu zwięk­sze­nie efek­tyw­no­ści pracy inspek­to­rów tere­no­wych, a przez to zwięk­sze­nie kon­ku­ren­cyj­no­ści pol­skiego rol­nic­twa.
Instytut Lotnictwa dys­po­nuje poten­cja­łem do komer­cyj­nego wyko­rzy­sta­nia tech­no­lo­gii powsta­łych w cza­sie pro­wa­dze­nia pro­jektu HESOFF. W grę może wcho­dzić sprze­daż kom­plet­nego sys­temu tele­de­tek­cyj­nego (kom­plet­nej linii pro­duk­cyj­nej) obej­mu­ją­cej zarówno zdal­nie ste­ro­waną plat­formę, sys­tem pozy­ska­nia danych oraz nie­zbędne opro­gra­mo­wa­nie i autor­skie algo­rytmy ana­lizy danych. Pracownicy Zakładu Teledetekcji sza­cują jed­nak, że znacz­nie korzyst­niej­sze z punktu widze­nia poten­cjal­nych klien­tów byłoby wynaj­mo­wa­nie usług i zle­ca­nie opra­co­wań, jako że nie wią­za­łoby to się ze szko­le­niem wła­snych ope­ra­to­rów BSP czy spe­cja­li­stów od ana­lizy danych. Mimo wielu moż­li­wych roz­wią­zań opar­tych o róż­no­rodne modele biz­ne­sowe, klu­czowe decy­zje kie­run­kowe zależą od ewen­tu­al­nych klien­tów i dyrek­tora Instytutu Lotnictwa. Linia pro­duk­cyjna jest już w pełni prze­te­sto­wana i ope­ra­cyj­nie wyko­rzy­stana pod­czas ponad kil­ku­dzie­się­ciu obser­wa­cyj­nych misji tere­no­wych. Przygotowanie obej­muje pro­ce­dury zwią­zane z opra­co­wa­niem misji, odpo­wied­nie prze­szko­le­nie zespołu pra­cu­ją­cego w tere­nie oraz wyko­rzy­sta­nie samo­lotu Phoenix (1:10). Instytut Lotnictwa jest pio­nie­rem na pol­skim rynku w ope­ra­cyj­nym wyko­rzy­sta­niu Zdalnie Sterowanych Statków Powietrznych w tele­de­tek­cji. Wypracowane roz­wią­za­nia tele­de­tek­cyjne mogą być z powo­dze­niem apli­ko­wane w leśnic­twie, rol­nic­twie oraz sze­roko rozu­mia­nej ochro­nie śro­do­wi­ska. Instytut Lotnictwa w part­ner­stwie z pod­wy­ko­naw­cami jest w sta­nie zbu­do­wać i ska­li­bro­wać gotowe do wdro­że­nia na sze­roką skalę, narzę­dzia tele­de­tek­cyjne. Podaż nie­prze­two­rzo­nych danych sate­li­tar­nych jest coraz więk­sza – wciąż jed­nak ist­nieje niska świa­do­mość spo­łeczna doty­cząca korzy­ści wyni­ka­ją­cych ze sto­so­wa­nia nowo­cze­snych roz­wią­zań opar­tych o tech­no­lo­gie lot­ni­cze i sate­li­tarne.

  • Maciej Szopa

To jest skrócona wersja artykułu.

CZYTAJ E-WYDANIE KUP WYDANIE PAPIEROWE