IOT-ANWENDUNG IN EINEM DROHNEN-INSPEKTIONSDIENST ZUR UMWELTKONTROLLE

Während des Experiments wurde eine experimentelle Erkundungsaktivität mit einem Inspektionsdienst mit Drohnen zur Umweltkontrolle im offenen Feld durchgeführt, um die gesamte Kette von der Warnung bis zur Drohnenmission zu validieren, angereichert durch eine Smart City-Plattform, um es einem Entscheidungsträger zu ermöglichen besser mit der Situation umgehen.

Ziel des Dienstes ist die fachliche Unterstützung von Entscheidungsträgern im Umweltrisikomanagement. Der vorgeschlagene Dienst nutzt das IoT für die Interaktion zwischen einer mobilen Anwendung, einer Smart-City-Plattform und einem unbemannten Flugzeugsystem (UAS).

Die mobile Anwendung ermöglicht es Benutzern, riskante Situationen zu melden, wie z. B. das Entzünden von Bränden, das Auslaufen von Schadstoffen ins Wasser oder das illegale Einbringen; Der Benutzer muss nur die Klasse des Ereignisses angeben, während die geografischen Koordinaten automatisch aus dem im Gerät integrierten GPS übernommen werden. Die von der mobilen Anwendung gesendete Nachricht kommt auf einer Smart City-Plattform an, die alle empfangenen Warnungen auf einer 3D-Satellitenkarte anzeigt, um Entscheidungsträger bei der Auswahl zu unterstützen, wo eine Drohneninspektion erforderlich ist. Von der Smart City-Plattform wird die Nachricht an den Drohnendienstbetreiber gesendet; eine CSV-Datei, die die Reiseroute der Drohne definiert, wird automatisch erstellt und über die Plattform angezeigt; Die Drohne beginnt die Mission mit der Bereitstellung eines Videos, das von Entscheidungsträgern verwendet wird, um zu verstehen, ob die Situation sofortiges Handeln erfordert.

Smart-City-Plattform

Die in der vorgestellten Aktivität verwendete Smart City-Plattform wurde von CRS4 im Kontext der Stadt Cagliari entwickelt, um die Erfassung, Speicherung, Verarbeitung und Präsentation von Daten zu verwalten.

Eine ehrgeizige Infrastruktur, die in der Lage ist, ein weites Gebiet zu verbinden und große Datenmengen in vielen verschiedenen Kontexten zu erfassen, erfordert notwendigerweise die Verwendung eines modularen Ansatzes, der die einzelnen Aspekte von der Datenverwaltung bis zur Präsentation der verarbeiteten Informationen berücksichtigt. Um die enorme Menge an Daten zu bewältigen, die aus dem Gebiet ankommen, sind die Schlüsselpunkte bei der Entwicklung der Plattform Flexibilität, Stabilität und Skalierbarkeit. In diesem Zusammenhang deckt diese Plattform eine Stadt ab, kann aber problemlos über einen größeren Bereich skaliert werden. Diese Anforderungen werden erreicht, indem die Softwareöffnungs- und Wiederverwendbarkeitsstrategien befolgt werden, um die technologische Bindung zu vermeiden und somit ihre Verwendung auf mehrere Kontexte auszudehnen. Die Plattform hat einen zweifachen Zweck: Sie verwaltet im Hintergrund die Daten, die an die Plattform übermittelt werden können; am Front-End sammelt und präsentiert es dem Koordinator alle Informationen, die zur Entscheidungsunterstützung verfügbar sind.

Technische Details der Dateneingabe und des Frontends

In dem spezifischen Szenario im Zusammenhang mit Drohnen empfängt das Back-End der Plattform den Fluss der über die mobile Anwendung gesendeten Warnungen über eine Regelkette, die mit der Open-Source-IoT-Plattform ThingsBoard implementiert wird. Der verwendete Ansatz bestand darin, Informationen und Kommunikation so zu verwalten, als wären sie Daten, die von IoT-Sensoren generiert wurden, und den Fluss mit einer dedizierten IoT-Plattform zu gestalten, um ihre Vielseitigkeit und Robustheit auszunutzen.

Ergebnisse

Die Feldtestaktivität umfasste die gesamte vorgestellte Lösung, von der Alarmierung bis zum Ende der Drohnenmission, die über die Smart City-Plattform verwaltet wird. Leider führte eine große Flugverbotszone aufgrund von Drohnenbeschränkungen in militärischen und städtischen Gebieten zur Wahl eines ländlichen Standorts etwa 15 km von Cagliari entfernt. Dort simulierten drei Personen mit einer Drohne eine Operationsbasis, eine andere Person ging mit einem Handy in die Nähe, um Warnungen zu senden, während eine Person aus dem Büro vorgab, der Entscheidungsträger zu sein, und eine der Warnungen auswählte, um eine Inspektion durch zu beantragen Drohne.

Es sollte präzisiert werden, dass in einem realen Kontext die Anzahl der erforderlichen Personen geringer ist als die Anzahl der Personen, die an der Simulation im Feld beteiligt waren; Tatsächlich reicht nur eine Person aus, um die Meldung zu machen, und das sollte ein normaler Bürger sein, der bereit ist, eine Risikosituation zu melden. Um die Smart-City-Plattform zu verwalten, kann der Entscheidungsträger die Umweltinspektion zusammen mit einem Flugplaner und einem Piloten leiten (es kann sich jedoch um dieselbe Person handeln). Es muss gesagt werden, dass in einigen Ländern (wie Italien) aufgrund der oben genannten Sicherheitsprobleme der Drohnenbetreiber die Drohne steuern muss, ohne sie aus den Augen zu verlieren, aber Drohnen sind bereits technisch in der Lage, den Menschen bei Inspektionen zu ersetzen. Hier ist ein Foto der Operationsbasis, aufgenommen von der Drohne.

Das Experiment war in weniger als einer halben Stunde abgeschlossen. Ein Problem im Zusammenhang mit der Genauigkeit der GPS-Koordinaten, das darauf zurückzuführen ist, dass das Mobiltelefon nicht mit dem WLAN verbunden ist, erfordert etwas mehr Aufmerksamkeit.

Die Genauigkeit des GPS-Systems von Smartphones hängt von mehreren Faktoren ab. Wenn ein GPS aktiviert ist oder wenn das GPS zu lange im Hintergrund untätig war, muss das GPS zunächst Daten von den Satelliten abrufen, die die Position und das Timing aller Satelliten im System beschreiben. Die Korrektur kann bis zu 4 Minuten dauern, und während dieser Zeit ist das GPS nicht zuverlässig (dies ist der sogenannte „Kaltstart“). Typischerweise verwendet das Android-Subsystem mehrere Methoden, um mit GPS-Ungenauigkeiten umzugehen; eine davon ist die Wi-Fi-Verbindung, die eine erste Georeferenzierung liefern kann, die dann mit Satellitendaten verfeinert wird; Das Fehlen von Wi-Fi verlangsamt den „Kaltstart“ -Prozess.

Ein weiterer Faktor hängt mit dem Energiemanagement von Android und seinen Anpassungen zusammen: Je aggressiver es ist, desto mehr neigt der Sensor dazu, sich abzuschalten, um die Akkuleistung zu verbessern.

Die in diesem Projekt vorgestellte mobile App ist POC und unterliegt daher mehreren Verbesserungen; Um viele dieser Probleme zu lösen, ist es möglich, die Entwicklung der Anwendung zu erzwingen, damit die App immer aktiv ist und daher mit aktualisierten GPS-Koordinaten. Im folgenden Bild finden wir die Drohne während der Mission auf freiem Feld.

Man kann sagen, dass es zwei Arten von Beschränkungen gibt, die allen drohnenbasierten Diensten gemeinsam sind: technische und regulatorische. Die technischen Grenzen können durch eine innovative Weiterentwicklung überwunden werden, während die regulatorischen mit einer behördlichen Sondergenehmigung für den Betrieb in Notsituationen umgangen werden können. Der Feldtest war ausreichend, um die Vor- und Nachteile der vorgeschlagenen Lösung besser zu verstehen, welche die Herausforderungen sind, denen jedes ähnliche System gegenübersteht und die im Folgenden zusammengefasst sind.

Der Hauptvorteil der vorgestellten Lösung besteht darin, dass der Entscheidungsträger im Operations Center viele Arten von Berichten aus allen vertikalen Anwendungen verwalten kann, die auf der Smart City-Plattform implementiert sind, nicht nur diejenigen, die sich auf den vorgestellten Anwendungsfall beziehen. Tatsächlich sind die von dieser speziellen Anwendung generierten Informationen nur eine von vielen, die auf Daten aufbauen, die von Sensoren und anderen Quellen gesammelt wurden, die zusammen den Kontrollraum einer Smart City bilden und dem Entscheidungsträger eine ganzheitliche Sicht auf das Geschehen bieten im ‚Bereich.

Ein wichtiger Vorteil der Verwendung einer Drohne besteht darin, dass sie im Vergleich zu bemannten Flugzeugen in niedrigen und sehr niedrigen Höhen einfach zu fliegen ist; Aus diesem Grund war es dank der bordeigenen Videokamera möglich, hochauflösende Bilder zu erhalten und das Video zu reproduzieren.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, dass die Drohne bei Bedarf auch schwer zugängliche Stellen wie den nahe gelegenen See erreichen kann.

Der Hauptnachteil hängt mit dem Akku zusammen: Die Drohne musste vor der Mission einige Stunden lang aufgeladen werden, und ihre Autonomie würde nicht länger als 25 Minuten dauern (wie bereits in Abschnitt 2.3 erwähnt); Dies bedeutet auch, dass die Drohne voll aufgeladen sein sollte, um immer für unerwartete Missionen bereit zu sein.

Ein weiterer Nachteil hängt mit den Beschränkungen von Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) zusammen, da es in einigen realen Situationen nützlich wäre, die Drohne für eine Inspektion in unzugänglichen Bereichen steuern zu können.

Das Fehlen einer Verbindung ist auch ein kritisches Problem der vorgeschlagenen Lösung, das das Einsatzgebiet erheblich einschränkt, das bereits durch andere Arten von Flugverbotszonen wie städtische Gebiete, Militärzonen usw.

Schließlich können widrige Wetterbedingungen den Betrieb erheblich erschweren, wenn nicht sogar ganz verhindern.