DESARROLLO DE UNA PLATAFORMA AÉREA PARA LA INSPECCIÓN MEDIOAMBIENTAL Y DE INFRAESTRUCTURAS

Transcripción

1 DESARROLLO DE UNA PLATAFORMA AÉREA PARA LA INSPECCIÓN MEDIOAMBIENTAL Y DE INFRAESTRUCTURAS Autor: López Sotomayor, Valentín. Directores: Sanchez Miralles, Álvaro. Arranz Domingo, Álvaro. Alvar Miró, Manuel. Entidad Colaboradora: IIT Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Pontificia de Comillas. PRAXAIR España S.L. RESUMEN DEL PROYECTO Este proyecto abarca el desarrollo completo y puesta en operación en entornos reales, de un vehículo aéreo no tripulado capaz de realizar vuelos semiautónomos. Además de la plataforma aérea, se han desarrollado todos los sistemas necesarios para su teleguiado y monitorización desde una estación de tierra, haciendo posible mediante técnicas de visión artificial, la inspección medioambiental y de infraestructuras. Tras un estudio del arte de las distintas plataformas aéreas se decidió la fabricación de un vehículo de diseño específico de muy bajo coste, que simplificase su control. Durante varias fases de prototipaje se logró con éxito una plataforma totalmente funcional, denominada FireFly BLIMP (Dirigible Luciérnaga) dotada de sensores capaces de medir la altura de vuelo, medir el estado de sus baterías y recoger imágenes del entorno que sobrevuela.

2 Figura 0.1 Plataforma FireFly BLIMP realizando tareas de inspección ambiental. El manejo de la plataforma aérea se realiza a través de un sistema de teleguiado y autoestabilización desarrollado. Gracias a este sistema se puede gobernar el vehículo desde el teclado o el ratón del ordenador y a través de un joystick inercial Bluetooth. Además este sistema permite la regulación automáticamente de la altura de vuelo establecida, mediante la implementación de un control PID. Como valor añadido de este proyecto se ha desarrollado un sistema de monitorización del vuelo, que permite recibir la telemetría en tiempo real del vehículo, mostrándola numérica y gráficamente en una interface, mediante indicadores de viraje y altura. Por otra parte este otro sistema es capaz de posicionar y visualizar topográficamente la zona de operación, mediante el uso de un GPS. Por último se ha desarrollado un sistema de visión aérea, a través del cual se visualiza la señal de video que capta la cámara a bordo del vehículo y permite capturar imágenes de interés. Esta señal de video es procesada por un algoritmo de

3 detección de incendios forestales, que permite identificar fuego y alerta visualmente de su presencia al operador. Figura 0.2 Arquitectura de sistemas de la plataforma FireFly BLIMP. Los sistemas anteriormente comentados: plataforma aérea, sistema de teleguiado y autoestabilización, sistema de monitorización del vuelo y el sistema de visión aérea, han sido evaluados en diferentes entornos reales. Para la evaluación de los sistemas se contó con el patrocinio de la empresa PRAXAIR España, proporcionando el gas helio necesario para realizar las pruebas durante 4 días. Estas pruebas fueron realizadas en 3 ubicaciones distintas, valorando la capacidad de vuelo tanto en interiores, como en exteriores. Para evaluar el algoritmo de detección de incendios forestales, se sobrevoló un incendio controlado. Los resultados obtenidos han sido satisfactorios, ya que todos los sistemas funcionaron correctamente incluso superaron las expectativas que se tenían. Como conclusión de los resultados se concreta el uso de la plataforma aérea para aplicaciones en entornos interiores o en zonas con viento casi nulo. En resumen, se cubren con éxito todos los objetivos propuestos para este proyecto, generando un producto viable en términos de calidad y coste.

4 DEVELOPMENT OF AN AERIAL PLATFORM FOR ENVIRONMENTAL INSPECTION AND OF INFRASTRUCTURES This project includes the entire development and put into use in real environments, an unmanned aerial vehicle capable of semiautonomous flights. Besides the aerial platform, it is developed all the necessary systems for tele-guided and monitoring from a ground station, making it possible through artificial vision techniques, environmental inspection and of infrastructures. After a study of art of different aerial platforms it was decided to manufacture a specific design vehicle of very low cost, that would simplify its control. During various stages of prototyping was successfully achieved a functional platform called FireFly Blimp, equipped with sensors capable of measuring the flying height, measuring the state of its batteries and collecting images of the environment that overflies. Figure 0.1 FireFly BLIMP platform carrying out environmental inspection tasks.

5 The aerial platform management is done through a tele-guided and self-stabilization system developed. Thanks to this system it is possible to steer the vehicle from the keyboard or computer mouse and using an inertial Bluetooth joystick. Furthermore, this system allows automatic adjustment of flight altitude established by implementing a PID control. As an added value of this project has developed a flight monitoring system that allows to receive real-time telemetry of the vehicle, display numbers and graphically in an interface through the turn and altitude indicators. Moreover, this other system is capable of positioning and displaying geographically the area of operation, using a GPS. Finally, it has developed an aerial vision system through which displays the video signal which is captured by the onboard camera and takes images of interest. This video signal is processed by an algorithm to detect forest fires, and identifies the presence of fire, sending visually alerts to the operator. Figure 0.2 System architecture of the FireFly BLIMP platform. The previously mentioned systems: aerial platform, tele-guided and self-stabilization system, monitoring system for flights and aerial vision system have been evaluated in different real environments.

6 Evaluation of systems was sponsored by the company PRAXAIR Spain, who provided the helium gas, necessary for testing during 4 days. These tests were performed in 3 different locations, evaluating the ability of flying indoors and outdoors. To evaluate the algorithm for detecting forest fires, a controlled fire was overflown. The results have been satisfactory, because all systems worked properly even exceeding the expectations that were had. As a conclusion of the results is concreted the specific use of the aerial platform for applications in indoor environments or in areas with almost no wind. In summary, all the proposed objectives for this project are successfully covered, producing a viable product in terms of quality and cost.