Schlagwort: Pixhawk

Autonome Fixed-Wing-Drohne für Wettermessungen

MovingSensors Messsystem
2016 – 2017

Für das Monitoring und die Vermessung von kalbenden Gletschern im Rahmen des ETH-Projekts Sun2Ice in Nordwest-Grönland kamen mehrere Fixed-Wing-Drohnen zum Einsatz. Für die Abschätzung der Machbarkeit der zum Teil sehr langen Flugmissionen von über 200 km waren Informationen zu Windstärke, Windrichtung, Temperatur und Feuchtigkeit zentral.

Da im Projektgebiet diese Informationen nicht zur Verfügung standen, bauten wir eine kleine autonome Fixed-Wing-Drohne mit Messelektronik für Temperatur, Feuchtigkeit und Lichtmenge. Diese Drohne flog autonom bis über die Flughöhe der eigentlichen photogrammetrischen Drohnen und erfasste die notwendigen meteorologischen Parameter.

Beschreibung

In extremen Witterungsbedingungen besteht die Gefahr, dass Mess-Drohnen vereisen und abstürzen. Um die Wetterbedingungen, d.h. die Windgeschwindigkeiten und -richtungen sowie die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte, auf der Flughöhe der photogrammetrischen Mess-Drohnen (rund 600 Meter über Grund) zu erfassen, wurde die Wetter-Drohne bis in eine Höhe von 1000 Meter über Grund entsandt. Als Ausgangsort für die Messungen diente die Ortschaft Qeqertat.

Die automatisch geflogene Mission der Wetter-Drohne wurde so ausgelegt, dass sie sich in Kreisen bis in 1000 Meter Höhe hoch- und dann wieder herunterschraubt.

Während dieses Flugs wurden durch die Messelektronik – zusammengebaut aus Elementen von Tinkerforge und der eigens in Python geschriebenen Software – alle 50 Meter die Temperatur, Feuchtigkeit und Lichtintensität gemessen. Durch die geflogenen Kreise und über die gemessenen Luft- und GPS-Geschwindigkeiten konnte die Windgeschwindigkeit und -richtung hergeleitet werden.

Nach der Rückkehr der Wetter-Drohne konnten die registrierten Messwerte ausgelesen und ausgewertet werden. Die so gemessenen Parameter standen als Höhenprofil zu Verfügung und wurden für die weitere Planung der photogrammetrischen Flüge verwendet.

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Autonomer Rover und Prototyp MovingSensors Messkopf

MovingSensors Messsystem
2015–2017

MovingSensors entwickelte einen schnellen Prototyp, um die Entwicklung der Auswertungssoftware und der kartografischen Darstellung der Beleuchtungsmessungen am Flughafen Zürich zu unterstützen. Dieser Prototyp umfasste die gleiche Messanordnung wie der eigentliche Messkopf von MovingSensors, welcher unter anderem am Flughafen Zürich im Einsatz ist.

Zusätzlich wurde dieser prototypische Messkopf mit einem autonomen Fahrzeug/Rover kombiniert. Damit konnte er für die automatische Erfassung von grossen beleuchteten Flächen (z.B. von Sportplätzen) eingesetzt werden.

Beschreibung

Die fünf am Messkopf montierten Lichtsensoren und die Steuerung wurden mit Bauteilen von Tinkerforge realisiert. Für die eigentliche Steuerung der Sensoren und die Speicherung der Messdaten verwendeten wir Python und nutzten die von Tinkerforge zu Verfügung gestellten Programmierschnittstelle. Diese Kombination ermöglichte schnelle Tests der gesamten Messkette und der anschliessenden Auswertung mit PostGIS und QGIS. Die wertvollen Erfahrungen mit dem Prototyp konnten wir in die Entwicklung des eigentlichen Messkopfes einfliessen lassen und so die Schnittstellen zwischen Mess- und Auswertesystem optimieren.

Den autonomen Rover realisierten wir basierend auf der Pixhawk-Plattform und planten die zu fahrenden Missionen mit der Software MissionPlanner. Der Rover fuhr wie geplant die Mission autonom ab und registrierte bei jedem definierten Waypoint die Messwerte der fünf Lichtsensoren. Getriggert wurden die Sensoren über eine Weiterleitung des Photo-Trigger-Signals von der Pixhawk-Plattform zur Tinkerforge-Messelektronik.

Um eine hohe Genauigkeit bei der Navigation zu den einzelnen Messpunkten zu garantieren, verwendeten wir für den Prototyp zusätzlich ein Real-Time-Kinematic-GPS (RTK-GPS) mit eigener Basisstation. Das RTK-Signal wurde über die RTK-Injection von MissionPlanner und APM-Rover zum Rover übermittelt.

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