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.