BR112020002331A2 - sistema de veículo aéreo não tripulado para inspeção de ativos ferroviários - Google Patents

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Abstract

  Uma rede de controle de sistema aéreo (2500), um sistema de veículo aéreo não tripulado (UAV) (2400) e um método (2600) fornecem a inspeção de ativos ferroviários usando um UAV (2420). A rede de controle de sistema aéreo inclui uma pluralidade de torres (2510, 2515) e um sistema de controle de solo (2520) conectado à pluralidade de torres de comunicação. O sistema de controle de solo transmite, através da pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário (100) e uma rota de voo (1010); recebe, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário; detecta uma interferência (1500, 1501, 1502) ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos e ajusta o plano de voo com base na interferência.

Description

SISTEMA DE VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA INSPEÇÃO DE ATIVOS FERROVIÁRIOS CAMPO TÉCNICO
[001] A presente divulgação refere-se em geral à gestão de ativos ferroviários e, em particular, a um sistema de veículo aéreo não tripulado para inspeção de ativos ferroviários.
ANTECEDENTES
[002] A segurança e eficiência das operações ferroviárias dependem fortemente da análise constante de trens, direito de passagem, via férrea e outros ativos/instalações. Há uma grande variedade de fatores que podem afetar as condições da via e impactar o movimento do trem, incluindo atividades criminosas e eventos climáticos extremos que podem levar a inundações na via e erosão ou superaquecimento do leito ferroviário (a via pode dobrar ou distorcer com o calor). Terremotos, deslizamentos de terra e veículos abandonados e outros objetos nas passagens de nível podem bloquear a via.
[003] A vigilância é sempre a melhor defesa contra esses riscos. Como resultado, de acordo com os regulamentos da Agência de Departamento de Transportes dos Estados Unidos (Federal Railway Administration (FRA)) e as políticas de empresa, os funcionários de manutenção de via/direito de passagem e ponte inspecionam rotineiramente as vias e a infraestrutura subjacente, como pontes, túneis, estruturas de suporte e sinais. Atualmente, esse trabalho é realizado principalmente pelo pessoal da empresa em veículos automotores, a pé, em equipamentos ferroviários especializados ou em veículos montados em trilhos altos.
Geralmente, esse trabalho é trabalhoso e, às vezes, árduo. Embora uma ferrovia possa fazer todo o possível para tornar as inspeções humanas tão seguras e precisas quanto possível, há um elemento irredutível de risco envolvido sempre que os funcionários são obrigados a sair das estruturas de trilho. Os funcionários podem precisar sobre ou nas estruturas da via, que podem ser escorregadias, ásperas e/ou expostas aos elementos. Algumas estruturas, como pontes, estão bem acima do solo. Os trens que passam pelas zonas de inspeção também podem aumentar os riscos, especialmente em áreas de tráfego intenso.
SUMÁRIO
[004] Modalidades da presente divulgação fornecem uma rede de controle de sistema aéreo, um sistema de veículo aéreo não tripulado (UAV), e um método para inspecionar ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado.
[005] Em uma modalidade exemplar, uma rede de controle de sistema aéreo fornece a inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado. A rede de controle de sistema aéreo inclui uma pluralidade de torres e um sistema de controle de solo conectado à pluralidade de torres. O sistema de controle de solo transmite, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo; recebe, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário; detecta uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos e ajusta o plano de voo com base na interferência.
[006] Em outro exemplo de modalidade, um sistema de veículo aéreo não tripulado (UAV) fornece a inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado. O sistema de veículo aéreo não tripulado (UAV) inclui um UAV e uma rede de controle de sistema aéreo. A rede de controle de sistema aéreo inclui uma pluralidade de torres e um sistema de controle de solo conectado à pluralidade de torres. O sistema de controle de solo transmite, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo; recebe, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário; detecta uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos e ajusta o plano de voo com base na interferência.
[007] Em outra modalidade de exemplo, um método prevê a inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado. O método inclui transmitir, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo; receber, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário; detectar uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos e ajustar o plano de voo com base na interferência.
[008] Outras características técnicas podem ser prontamente aparentes para um técnico no assunto a partir das seguintes figuras, descrições e reivindicações.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[009] Para uma compreensão mais completa da presente divulgação e suas vantagens, agora é feita referência à seguinte descrição, tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais números de referência iguais representam partes iguais: a Figura 1 ilustra uma rede ferroviária exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 2 ilustra um centro de controle de voo de operações de sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS) exemplares, de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 3A e 3B ilustram UASs exemplares de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 4 ilustra uma interface de usuário (UI) de centro de comando (CC) exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 5 ilustra uma instalação exemplar de sistema de controle de solo (GCS) de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 6A e 6B ilustram uma torre de telecomunicações exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 7 ilustra uma análise de cobertura de radiofrequência exemplar (rf) de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 8 ilustra um esquema geral exemplar do sistema de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 9 ilustra uma visão geral de um sistema exemplar de conscientização de tráfego aéreo de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 10 ilustra uma visão geral de um sistema exemplar de conscientização de tráfego aéreo de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 11 ilustra uma tela de interface de usuário exemplar de tráfego aéreo de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 12 ilustra um risco de colisão de meio de ar próximo não mitigado exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 13 ilustra uma zona de risco para pedestres exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 14 ilustra uma interface de espaço aéreo de corredor seguro (SCA) exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 15 A, 15B e 15C ilustram condições de trilho defeituosas exemplares de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 16 ilustra um conceito exemplar de operações de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 17 ilustra um ecossistema de UAS exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 18 ilustra um exemplo de componentes de sistema UAS de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 19A, 19B e 19C ilustram UASs exemplares de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 20 ilustra um sensor óptico exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 21A e 21B ilustram um exemplo de limites de segurança de UAS de acordo com as várias modalidades da presente divulgação;
as Figuras 22A e 22B ilustram imagens de sensor de integridade de via exemplares de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; as Figuras 23 A, 23B, 23C e 23D ilustram um exemplo de defeito em potencial da cabeça de trilho UAS de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 24 ilustra um diagrama de blocos exemplar da rede de controle de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; a Figura 25 ilustra uma rede de controle de direito de passagem/aérea exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação; e a Figura 26 ilustra um exemplo de processo para inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado de acordo com várias modalidades da presente divulgação.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0010] As Figuras 1 a 26, discutidas abaixo, e as várias modalidades usadas para descrever os princípios da presente divulgação neste documento de patente são meramente ilustrativas e não devem ser interpretadas de forma alguma para limitar o escopo da presente divulgação. Os técnicos no assunto podem entender que os princípios da presente divulgação podem ser implementados em qualquer tipo de dispositivo ou sistema adequadamente arranjado.
[0011] As modalidades preferidas dos princípios da presente invenção são baseadas em um veículo aéreo não tripulado (aeronave) capaz de decolagem e aterrissagem vertical. Entre outras coisas, a aeronave inclui um sistema de piloto automático que faz interface com a infraestrutura de controle e comando de sistema. A aeronave também processa informações de navegação geradas a partir de sistemas de informações geográficas e suporta vários sensores a bordo que fornecem informações de localização. A aeronave e os sistemas gerais de faixa passagem também apresentam equipamentos capazes de transmitir e receber informações de um farol de navegação a bordo (ADSB) e/ou um transponder de modo C ou equivalente.
[0012] Modalidades da aeronave têm capacidade de geração de energia elétrica a bordo suficiente para fornecer energia confiável a todos os outros sistemas da aeronave, como os subsistemas de sensores, comunicações e controle. Além disso, a aeronave preferencialmente possui capacidade de combustível líquido suficiente para suportar durações de voo superiores a 8 horas. A aeronave também possui a capacidade de carga útil necessária para suportar vários sensores para a coleta de informações e os subsistemas de comunicação e controle precisam passar essas informações em tempo real para um centro de operações de voo. A aeronave preferencialmente também inclui meio de armazenamento de informações a bordo para armazenamento local das informações coletadas. Além disso, o sistema inclui subsistemas a bordo e externos para facilitar as manobras de emergência e o pouso da aeronave no corredor de voo.
[0013] Em geral, os sensores de bordo tiram fotos de localização precisas de alta resolução, pelo menos duas vezes por segundo e ¼ pés (0,0762 metros) ou mais de resolução da altitude operacional. De preferência, o sistema de sensor também possui capacidade computacional local integrada, seu próprio sistema de navegação e capacidade de comunicação independente para comunicação com outros subsistemas de bordo, incluindo o piloto automático. Os sensores podem incluir um sensor fotográfico, uma câmera de vídeo, um termovisor e/ou um sensor multiespectral. Em particular, o sistema de sensores inclui uma câmera de vídeo diurna e noturna em tempo real para conscientização de situação de piloto, que inclui pelo menos alguma capacidade limitada de proteção em tempo real.
[0014] O sistema também inclui software focado na detecção de trilhos e análise de condições de direito de passagem, que oferecem vantagens na inspeção de ativos lineares, como vias, pontes e similares. Entre outras coisas, o software de sistema, tanto a bordo quanto remoto, inclui software de visão de máquina treinado para entender e reconhecer condições críticas em uma área com pelo menos duas fronteiras lineares. O software de sistema também é capaz de validar condições funcionais normais na área linear.
[0015] Mais especificamente, o software de bordo é executado na aeronave em uma linha entre os sensores e os sistemas de comunicações baseados em solo. O software de bordo processa os dados coletados pelos sensores, que são carregados nos sistemas computacionais baseados em solo que, por sua vez, emitem dados quantitativos e qualitativos sobre o que os sensores viram. O sistema de software processa dados em massa, cria outro conjunto de dados localizados geograficamente e, em seguida, cria um terceiro conjunto de dados. O software de sistema cria vários relatórios associados aos dados de interesse, cria um arquivo de localização geográfica que permite que os usuários mapeiem facilmente a localização das condições de interesse selecionadas. De preferência, os dados em massa permanecem não processados e os receptores recebem apenas dados utilizáveis que realmente precisam com os dados em massa armazenados para mineração de dados e uso futuros.
[0016] O software de sistema também inclui software de informações de campo, que pode ser usado separadamente deste sistema ou mesmo com várias aeronaves. O software de informações de campo incorpora um algoritmo que mapeia a funcionalidade e determina em que ordem o software deve executar operações, o que elimina vantajosamente os erros humanos. Em particular, o software de informações de campo recebe a mídia gerada pelo sistema de sensor, transfere esses dados para um laptop ou outro sistema de processamento e, em seguida, inicia o software local. O software local codifica, rotula e transfere automaticamente os dados para uma unidade e arquivos e transmite adequadamente esses dados para quem os precisar (por exemplo, diferentes departamentos de uma organização). O software de informações de campo pode ser usado para quaisquer dados coletados relacionados a uma localização de campo. O software de informações de campo é preferencialmente baseado em um sistema em rede, incluindo um servidor ou conjunto de dispositivos de hardware. Em algumas modalidades, o software de informações de campo é executado após a conclusão de um voo pela aeronave (isto é, executa o processamento de dados pós voo). Os dados podem ser distribuídos entre os recursos em rede, que executam análises adicionais e garantem que os dados sejam codificados e armazenados adequadamente. Isso ajuda a manter uma cadeia de custódia e minimiza os erros de dados.
[0017] Direitos de passagem, corredores e torres são fatores importantes em um sistema de inspeção de ferrovias aéreas. O presente sistema acessa os canais de 900 MHz usados para o sistema de controle automático de trem (ATCS) implementado através do AAR, embora o espectro real em uso não seja um requisito estrito para a prática dos princípios atuais - outro espectro protegido e licenciado pode ser proposto. O hardware e o software de sistema atual são otimizados para usar o canal AAR de baixa largura de banda de uma maneira altamente funcional. Para sistemas que usam os canais AAR preferenciais, o usuário normalmente requer uma licença, e controles Ethernet redundantes, incluindo os canais apropriados para se comunicar com a aeronave. Estes podem ser implementados com ativos de telecomunicações ferroviárias.
[0018] A aeronave é preferencialmente uma aeronave de decolagem e aterrissagem vertical e opera (incluindo pousos) em qualquer lugar ao longo de uma rede de ativos ferroviários. Uma vez que a aeronave está no ar, o piloto comanda o piloto automático para iniciar o voo. O voo começa e a aeronave voa de acordo com uma rota programada por sistemas de informações geográficas para um direito de passagem de via férrea real e segue esse direito de passagem. Em outras palavras, quando o piloto aciona o piloto automático, o software de sistema assume o controle e voa a aeronave o mais próximo possível uma vez na via. O sistema de software também permite automaticamente que os sensores comecem a tirar duas fotos por segundo da via. Ao mesmo tempo, os sistemas de sensor e software controlam a inclinação, guinada e rotação das aeronaves e sensores, de modo que o sensor ou sensores apropriados permaneçam focados e posicionados sobre a via para garantir a resolução necessária e as imagens sobrepostas. Se o software de análise determinar, após o voo, que não houve sobreposição suficiente, ou se seções da via foram perdidas devido à ocupação do direito de passagem, a rota é rapidamente retomada e o sensor tira mais imagens.
[0019] Enquanto o piloto automático está ligado e o sensor está tirando fotos, o sistema de controle da aeronave utiliza o GPS baseado no espaço e, quando disponível, correção de erros de GPS no solo, para manter a aeronave posicionada sobre a linha e manter a altitude operacional e conformidade de rota de voo linear, que garante a resolução do sensor e a conformidade com os requisitos regulamentares em relação a alturas e largura da rota de voo.
[0020] Novamente, de preferência a aeronave e o sensor têm sistemas de navegação independentes. Vantajosamente, quando a aeronave e o(s) sensor(es) possui sistemas de navegação independentes, a energia computacional é preservada para itens críticos atribuídos a cada componente. Por exemplo, o sistema de sensor pode incluir software e hardware de estabilização de sensor e o sensor também é capaz de desativar a coleta de imagens quando não está sobre propriedade privada.
[0021] De preferência, a aeronave transmite sua localização, velocidade, altitude e rumo através da rede de vigilância FAA existente (SBS) e também para outras aeronaves equipadas para receber esses sinais. Além disso, a infraestrutura da ferrovia pode apoiar a suplementação do sistema FAA SBS usando receptores ADSB/transponder suplementares, radar e outros elementos colocados ao longo do direito de passagem. Enquanto a aeronave está em voo, sua condição operacional, localização e saúde geral são transmitidas ao piloto por meio do enlace de comando e controle. Durante todas as fases do voo, a aeronave tem acesso a várias localizações de transceptores de comando e controle, garantindo um nível de redundância de comando e controle.
[0022] Se a aeronave perder a conexão com o sistema de comando e controle, após um período de tempo determinado pelo operador e/ou pelas regras da FAA, a aeronave poderá iniciar seu "perfil de enlace perdido" e retornar ao lançamento através de caminhos pré-determinados ou em uma perda de comunicação e energia, o automóvel desce e se estabelece ao longo do direito de passagem. O piloto pode estar ciente da condição de enlace perdido e, com base na última forma de transmissão, a aeronave notificaria os usuários na fila e os despachantes do pouso eminente da aeronave. Os sistemas de comunicações e navegação secundárias dos sensores também podem ajudar na localização da aeronave.
[0023] Se durante o voo houver outras falhas críticas nos sistemas, a aeronave iniciará automaticamente um dos vários procedimentos pré-determinados de término de voo, retornando ao local de lançamento ou outro local de segurança conforme programado. Durante o curso do voo, o piloto tem a opção de utilizar um segundo sensor para imagens em tempo real da linha. Esse sensor secundário também pode ser usado para algumas análises de condições, mas é principalmente para conscientização de piloto. Se durante o curso do voo uma condição crítica for identificada, o sensor da aeronave poderá utilizar um canal de comunicação secundário não conectado ao primário para enviar uma notificação imediata aos pilotos.
[0024] No final de uma missão especificada, o piloto inicia os procedimentos de aterrissagem, a aeronave utiliza todos os sistemas mencionados para chegar ao local de aterrissagem, e realiza os procedimentos de aterrissagem para aterrissagem vertical. O procedimento de pouso inclui a ativação de um laser ar-solo, fornecendo à aeronave informações precisas de pouso. Nos estágios finais do voo antes do pouso, o piloto usa o sistema de comando e controle da aeronave para garantir um pouso seguro. A aeronave possui vários sistemas de suporte a bordo para garantir um pouso seguro. Se algo estiver presente no solo ou na área de pouso que impediria um pouso seguro, o procedimento de cancelamento de pouso será iniciado e o local de pouso alternativo será usado. Após um pouso seguro, o piloto remove as unidades de armazenamento de dados de sensor e as conecta a um servidor. Os sistemas do servidor iniciam um processo automatizado de análise e entrega de dados que resulta na entrega de relatórios personalizados e conjuntos de dados acionáveis.
[0025] A Figura 1 ilustra uma rede ferroviária exemplar 100 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. Enquanto uma rede ferroviária é mostrada na Figura 1, os princípios da presente divulgação são igualmente aplicáveis a outros tipos de redes. A modalidade da rede ferroviária 100 mostrada na Figura 1 é apenas para ilustração. Outras modalidades da rede ferroviária podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0026] A rede ferroviária de carga, mostrada na Figura 1, tem aproximadamente 32.500 milhas (52303,68 km) de ferrovia em áreas principalmente rurais do oeste dos Estados Unidos. Para proteger essa infraestrutura crítica de transporte e as comunidades próximas, atualmente são realizadas inspeções de rotina usando uma variedade de veículos e equipamentos na via. Para aprimorar essas inspeções e, ao mesmo tempo, melhorar a segurança ocupacional do pessoal da ferrovia, a vigilância aérea de sua infraestrutura ferroviária pode ser realizada usando sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS). Essas operações podem estar além da linha de visão visual (BVLOS) durante o dia e a noite em condições meteorológicas visuais.
[0027] Os trilhos, compreendendo a rede ferroviária de carga e a área ao seu redor ("a propriedade") e os ativos na propriedade, são pesquisados com precisão usando GPS (sistema de posicionamento global) e outras tecnologias, como o LIDAR (detecção e alcance da luz). Um sistema de informações geográficas (SIG) de nível empresarial contém esses dados e essas informações são usadas para planejar e realizar voos diretamente sobre sua propriedade.
[0028] A aeronave não tripulada (UA) é capaz de decolagem e pouso vertical (VTOL) e tem 10 horas de resistência voando a uma velocidade de cruzeiro de aproximadamente 40 nós (74,08 km/h) com uma velocidade de sprint superior a 60 nós (111,12 km/h). A navegação é feita através de um plano de voo baseado em ponto de caminho de GPS. A rota de voo está diretamente acima dos trilhos da ferrovia, em altitudes acima do nível do solo (AGL) de 400 pés (121,92 m) e abaixo. A altitude de cruzeiro é tipicamente 380 pés (115,824 m) AGL. O piloto automático pode manter essa altitude dentro de +/-10 pés (3,048 m) em condições de vento calmo e pode corrigir quando fatores ambientais ou do vento empurram a aeronave para cima ou para baixo. O desempenho da navegação do sistema pode permitir que a UA permaneça dentro de um corredor lateral a aproximadamente +/-100 pés (30,48 m) da linha central da via férrea principal. Este corredor lateral corresponde aos limites da propriedade. A maioria das manobras de evasão ou órbitas lentas, quando necessárias para manter a segurança, pode ser concluída a +/-1.500 pés (457,2 m) da linha central da via principal. Os sensores transportados a bordo do UA são projetados para ter um campo de visão estreito, de modo que os dados e imagens coletados sejam apenas da área da via.
[0029] A rede ferroviária está organizada em divisões e subdivisões. Cada subdivisão contém uma faixa de 50 (80,4672 km) a 300 milhas (482,803 km) de comprimento. Interconexão de subdivisões. Perto de cada terminal de uma subdivisão ferroviária, há uma instalação de pátio que cobre muitos acres. As instalações desses pátios podem ser preenchidas com equipes e equipadas para apoiar as operações do UAS. Um operador pode operar um UAS na maior parte de sua rede lançando a partir de um pátio, voando ao longo de uma subdivisão e aterrissando no pátio seguinte, onde o UA pode ser inspecionado, mantido, reabastecido e relançado. O operador pode voar duas missões por dia em até 100 subdivisões.
[0030] Para monitorar e controlar seu UAS, o operador pode aproveitar sua experiência no desenvolvimento e implantação de PTC (controle de trem positivo). O operador usa sua infraestrutura de telecomunicações existente, incluindo instalações de torre protegida de propriedade privada e rede terrestre de retorno, para comando e controle (C2) da frota do UAS, para implementar comunicações de voz através de rádios de aviação VHF, e para fornecer às tripulações de voo informações meteorológicas de uma série de estações localizadas ao longo das vias.
[0031] A rede de telecomunicações é projetada para ser robusta e redundante. A rede de telecomunicações chega a um centro de operações de rede (NOC) em sua sede. No NOC, um trem posicionado em qualquer subdivisão da rede pode ser despachado. Os interruptores e sinais ao longo de sua rota são controlados e a coordenação da tripulação por rádio de voz é conduzida inteiramente a partir deste local central. Da mesma forma, cada UAS pode ser controlado a partir de sua estação de controle de solo (GCS) em um centro de controle de voo regional por um piloto em comando (PIC) e um copiloto de um centro de controle de voo regional ou de um local central. É possível que a aeronave seja controlada a partir de vários locais durante a duração do voo. Por exemplo, um centro regional de controle de voo pode iniciar o voo e, em seguida, "entregar a aeronave para outro centro de controle de voo sem aterrissar. O comando e o controle podem ser realizados usando variações dos rádios CNPC (comando sem carga útil) ou C2 (comando e controle) no espectro dedicado. As comunicações de voz são realizadas por meio de transceptores VHF de aviação controlados remotamente, montados em torres ao longo da linha. As operações do UAS também alavancam um índice existente de estações meteorológicas locais.
[0032] A infraestrutura de telecomunicações também é usada para apoiar um sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo. Este sistema é capaz de exibir a posição do tráfego aéreo cooperativo e não cooperativo para o piloto do UAS. A própria UA é uma aeronave cooperativa. O UA pode ser equipado com um transponder de modo S com saída ADS-B.
[0033] Os centros de controle de voo das operações do UAS são construídos nas instalações do pátio, o que pode tornar a condução das missões de inspeção mais eficiente e econômica. A tripulação de voo planeja missões de inspeção de segurança para uma área, conforme necessário. Em uma instalação dedicada de processamento de dados e manutenção de UAS em um centro de controle de voo de operações, uma equipe de solo pode preparar uma UA para sua missão e supervisionar as operações de lançamento e recuperação. Ao voar pela UA a partir de seu GCS, a tripulação pode tirar proveito do alcance e resistência da UA para sobrevoar uma ou mais subdivisões de acordo com o plano de voo. Alguns dados são transmitidos ao vivo durante a operação de voo, enquanto os dados restantes são pós-processados de volta no centro de controle de voo. Todos os dados relevantes são transferidos para o armazenamento de dados na nuvem para disseminação oportuna aos usuários finais apropriados, como inspetores de via, equipe de engenharia e planejadores de manutenção.
[0034] A Figura 2 ilustra um centro de controle de voo de operações de sistemas de aeronaves não tripuladas 200 (UAS) exemplares, de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do centro de controle de voo de operações UAS 200 mostrada na Figura 2 é apenas para ilustração. Outras modalidades do centro de controle de voo de operações do UAS podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0035] A Figura 2 ilustra o conceito de centro de controle de voo. No pátio ferroviário, cinco subdivisões se conectam. Partes significativas de outras quatro subdivisões estão a 175 milhas (281,635 km). Em toda a região existem numerosos locais de inundação repentina, segmentos de via propensos a flambagem induzida pelo calor, territórios sem feedback de sinal para monitoramento de ativos críticos e várias pontes críticas. Essas subdivisões conectadas podem se beneficiar da inspeção de segurança aérea e da detecção oportuna de problemas que esta tecnologia oferece.
[0036] Uma subdivisão ferroviária típica 205 começa em um pátio ferroviário nos arredores de uma área povoada, se estende para áreas mais rurais e termina em outro pátio próximo a uma área povoada. Ao longo do caminho, as vias 210 podem estar próximas de estradas primárias e secundárias, podem passar por ou perto de pequenas cidades ou vilarejos e podem passar perto de aeroportos. No entanto, como o UA pode voar diretamente sobre propriedades que são propriedade privada, o UAS não pode voar diretamente sobre não participantes, exceto por durações muito curtas (na ordem de segundos) nos cruzamentos das estradas. O UAS pode apresentar vários protocolos de segurança projetados para manter a UA em propriedade privada ou em caso de emergência.
[0037] Como pátios ou seções de subdivisões podem estar dentro dos limites do espaço aéreo na superfície, o UAS é regulado ao voar no espaço aéreo de Classe G, Classe E, Classe D, Classe C e Classe B a ou abaixo de 400 pés (121,92 m) AGL. O UAS funciona para não exigir decolagem ou pouso em aeroportos elevados. Os procedimentos (descritos nos parágrafos [0076] - [00101]) são usados para operar em espaço aéreo controlado, nas proximidades de aeroportos e em locais com atividade aeronáutica conhecida. Juntamente com a tecnologia, várias mitigações de segurança operacional e processual podem ser implementadas, todas com a intenção de manter o conhecimento da situação e coordenar com o tráfego aéreo tripulado. Observe que o UA está equipado com transponder e a tripulação de voo pode ter comunicação de voz bidirecional. A posição do UA em relação aos aeroportos e ao tráfego aéreo detectado é monitorada no GCS usando telas móveis de mapas com sobreposições de gráficos seccionais VFR. Dessa forma, a operação do BVLOS UAS é semelhante às operações de aeronaves tripuladas, especialmente no espaço aéreo de Classe B, C e D. Em relação ao 14 CFR 91.1 13, a posição de outro tráfego aéreo cooperativo é conhecida usando um sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo. Para conscientização do tráfego não cooperativo, sensores adicionais, como radares primários, são usados sem interferência. Para redundância adicional, os observadores visuais podem ser posicionados em locais selecionados durante os voos.
[0038] As Figuras 3 A e 3B ilustram UASs exemplares 300, 301 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. As modalidades da UAS 300 mostradas na Figura 3A e UAS 301 mostradas na Figura 3B são apenas para ilustração. Outras modalidades do UAS podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0039] O UAS utiliza a tecnologia híbrida de quatro rotores, que combina uma aeronave de asa fixa para voo de longa duração com um sistema de quatro rotores para decolagem e pouso vertical. A tecnologia híbrida de quatro rotores permite iniciar e recuperar o UA de pequenas áreas próximas às vias ou em um pátio, enquanto ainda é capaz de voar centenas de quilômetros para inspecionar subdivisões inteiras.
[0040] Para operações BVLOS, exemplos de UAS incluem as aeronaves de quatro motores híbridas HQ-40, HQ-60B e HQ- 60C. O HQ-40 é um pequeno UAS com uma extensão de asa de 10 pés (3,048 m) e peso bruto máximo de 45 libras (20,4117 kg). O HQ-60B e C é um UAS maior com extensão de asa de 15 pés (4,572 m) e um peso bruto máximo de 115 libras (52,1631 kg). O HQ-60B tem mais capacidade de alcance, resistência e carga útil que o HQ-40. Essas aeronaves compartilham o mesmo computador de voo e software de controle de voo, além de muitos dos mesmos subsistemas. Ambas as aeronaves podem ser pilotadas a partir do mesmo GCS. Abaixo está uma breve descrição de ambas as aeronaves.
[0041] O HQ-40 consiste em uma única fuselagem, asa única, duas barras, dois estabilizadores verticais e um único estabilizador horizontal. O mecanismo de voo para frente é instalado atrás da fuselagem. Os motores do sistema de quatro rotores são instalados nas barras. A aeronave usa dois apoios nas seções dianteiras das barras e na parte inferior dos estabilizadores verticais como apoios de aterrissagem. A aeronave controla a atitude com ailerons nas seções externas das asas e elevadores no estabilizador horizontal. A aeronave está equipada com luzes estroboscópicas e de posição. Também possui um esquema de pintura de alta visibilidade. A Figura 3A abaixo mostra a estrutura do HQ-40. As tabelas 1 e 2 listam suas medidas físicas e características de desempenho.
Tabela 1. Medições de aeronaves HQ-40 Medições de Aeronaves Envergadura 110 polegadas (2,794 m) Comprimento 67 polegadas (1,7018 m) Diâmetro do corpo 7,5 polegadas (0,1905 m) Peso Vazio 33 libras (14,9685 kg) Decolagem máxima bruta 45 libras (20,4117 kg) Tabela 2. Características de desempenho do HQ-40 Características de desempenho Resistência 5 horas (GX-35), 2 horas (B29i) Máximo Alcance 190 NM (351,88 km) Altitudes máximas de 14.000 pés (4,2672 km) MSL operação Taxa máxima de 1000 fpm (18,288 km/h) subida/descida Taxa de descida de 2000 fpm (36,576 km/h) emergência Velocidade máxima 80 nós (148,16 km/h) Taxa máxima de rotação 25 graus/s Ângulo máximo do banco 45 graus Velocidade de cruzeiro 28 nós (51,856 km/h) Limitações Vento a favor 25 nós (46,3 km/h) Turbulência de vento 20 nós (37,04 km/h) Leve a cruzado Moderada Visibilidade Condições VMC OAT Max/Min 110 graus F (316,483 K)/-2 graus F (254,261 K) Tipo de Vertical Lançamento/Procedimento Tipo de Vertical Recuperação/Procedimento
[0042] O HQ-60B consiste em uma única fuselagem, asa única, duas barras, dois estabilizadores verticais e um único estabilizador horizontal. O mecanismo de voo para frente é instalado atrás da fuselagem. Os motores do sistema de quatro rotores são instalados nas barras. A aeronave usa estruturas localizadas na seção central inferior da fuselagem e na parte inferior dos estabilizadores verticais como apoios. A aeronave controla a atitude com ailerons nas seções externas das asas, elevadores no estabilizador horizontal e um leme em cada estabilizador vertical. Cada superfície de controle de voo é redundante e é controlada e acionada independentemente. A aeronave está equipada com luzes estroboscópicas e de posição. Também possui um esquema de pintura de alta visibilidade. A Figura 3B abaixo mostra a estrutura do HQ-60B e as Tabelas 3 e 4 listam suas medidas físicas e características de desempenho. Tabela 3. Medições de aeronaves HQ-40 Medições de Aeronaves Envergadura 150 polegadas (3,81 m) Comprimento 96 polegadas (2,4384 m) Diâmetro da fuselagem 47,35 polegadas (1,20269 m) Diâmetro do corpo 10 polegadas (0,254) Peso Vazio 53 libras (24,0404 kg) Decolagem máxima bruta 115 libras (52,1631 kg)
Tabela 4. Características de desempenho do HQ-40 Características de desempenho Resistência 5 horas Máximo Alcance 750 NM (1389 km)) Altitudes máximas de 14.000 pés (4,2672 km) MSL operação Taxa máxima de 500 fpm (9,144 km/h) subida/descida Taxa de descida de 1000 fpm (18,288 km/h) emergência Velocidade máxima 80 nós (148,16 km/h) Taxa máxima de rotação 20 graus/s Ângulo máximo do banco 20 graus Velocidade de cruzeiro 50 nós (92,6 km/h) Limitações Vento a favor 30 nós (55,56 km/h) Turbulência de vento 25 nós (46,3 km/h) Leve a cruzado Moderada Visibilidade Condições VMC OAT Max/Min 110 graus F (43,33 C/-2 graus F (-18,88 C) Tipo de Vertical Lançamento/Procedimento Tipo de Vertical Recuperação/Procedimento
[0043] Os UAS da série HQ (HQ-40 e HQ-60B) receberam certificados especiais de aeronavegabilidade na categoria experimental e acumularam mais de 360 horas de operações VLOS/EVLOS e mais de 880 horas em operações BVLOS, com 18 horas da noite BVLOS. Isso gera um total de 1.258 horas de voo em agosto de 2017.
[0044] A Figura 4 ilustra uma interface de usuário (UI) de centro de comando 400 (CC) exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da CC UI 400 mostrada na Figura 4 é apenas para ilustração. Outras modalidades do CC UI podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0045] Uma instalação da GCS é equipada com equipamentos para suportar várias tripulações de voo individuais, cada tripulação pode operar um único UAS em várias subdivisões. Cada GCS, mostrado na Figura 5, pode incluir o seguinte: laptop de estação terrestre: Computador PC executando o software GCS específico para a UA; dispositivo de estação terrestre contendo rádios de comunicação para enlaces de telemetria e gerenciamento de enlaces e pontes sem fio entre as interfaces da aeronave e do operador; antena(s) de comunicação para estações terrestres; e antenas GPS da estação terrestre.
[0046] Além desses componentes, o GCS também pode incluir dispositivos para conectividade com a rede de telecomunicações, equipamentos e interfaces para uso de rádios de voz ferroviária e aérea, equipamentos e interfaces para comunicação com o centro de controle de voo, software para monitorar das localizações de trens, equipamentos e telas para o sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo. A estação de controle de solo também pode incluir ferramentas eletrônicas e um sistema de energia de reserva capaz de suportar operações normais durante o voo.
[0047] O HQ-60B usa o piloto automático UAS (a bordo da aeronave) e o sistema de controle de solo (GCS). Esta unidade assistiu a mais de 250.000 horas de programas do Departamento de Defesa com grande sucesso. O software de piloto automático apresenta parâmetros e restrições de missão fáceis de definir, inserção de ponto de caminho, menus de contexto para funções comuns, cópia de rota entre aeronaves, planejamento fácil de rota, mapeamento de terreno 2D e 3D com zoom suave de alto desempenho, integração de banco de dados de terreno com servidores de mapeamento da web para elevação e imagens, telas intuitivos de voo primário e a capacidade de alterar os comandos de velocidade, altitude e rumo nas telas. Os dados exibidos podem ser configurados de acordo com os requisitos de usuário. Uma barra de estado fornece uma interface de alerta de alto nível.
[0048] O piloto pode determinar a atitude da aeronave usando a tela de voo principal (PFD) na interface do operador e a posição da aeronave usando as imagens georreferenciadas no centro da tela padrão. A posição da aeronave é sobreposta a essas imagens. O PFD e a posição da aeronave são atualizados a uma taxa máxima de 25 Hz.
[0049] Quaisquer comandos que possam ser prejudiciais ao funcionamento normal do UA são salvaguardados com uma janela de confirmação. As entradas que podem produzir um resultado indesejável são protegidas e requerem várias etapas para serem ativadas.
[0050] A Figura 5 ilustra uma instalação exemplar de sistema de controle de solo 500 (GCS) de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da instalação GCS 500 mostrada na Figura 5 é apenas para ilustração. Outras modalidades da instalação GCS 500 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0051] Cada centro de controle de voo pode incluir uma estação de lançamento e recuperação de UAS (LRS), onde uma equipe de solo prepara e mantém a UA e supervisiona as operações de lançamento e recuperação. O sistema HQ-60B requer o seguinte equipamento para as atividades pré-voo e pós voo: fonte de energia em solo: Fonte de alimentação de 30 V DC; armazenamento seguro de bateria de polímero de lítio (LiPo); Estações de carregamento LiPo: usadas para carregar baterias aviônicas e VTOL; fornecimento de combustível a granel e equipamentos de transferência; balança de aeronave; kit de ferramentas e peças de reposição: inclui ferramentas necessárias para manutenção e peças de reposição para itens de desgaste; sistema de cancelamento de lançamento: permite que a equipe de solo aborte um lançamento por razões de segurança; equipamento de webcam/VoIP para comunicação com a tripulação de voo no GCS; rádio C2 local (comando e controle) para inicialização e recuperação.
[0052] As equipes de solo e de voo podem receber treinamento sobre as funções e responsabilidades da tripulação e sobre o gerenciamento de recursos da tripulação. Os deveres específicos da equipe de solo são destacados nos parágrafos [0076] - [00101].
[0053] As Figuras 6A e 6B ilustram uma torre de telecomunicações 600 exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da torre de telecomunicações 600 mostrada nas Figuras 6A e 6B é apenas para ilustração. Outra modalidade da torre de telecomunicações 600 poderia ser usada sem se afastar do escopo desta divulgação. A Figura 7 ilustra uma análise de cobertura de radiofrequência 700 exemplar (rf) de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da análise de cobertura de rf 700 mostrada na Figura 7 é apenas para ilustração. Outras modalidades da análise de cobertura de rf 700 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0054] O comando e o controle da UA podem ser realizados usando uma rede de rádio. Isso não envolve uma série de instâncias do GCS conduzindo procedimentos de transferência. Em vez disso, existe um GCS conectado a uma rede de rádios terrestres colocados ao longo da rota de voo do UA em intervalos regulares para manter as comunicações persistentes.
[0055] Para manter o enlace C2 entre o UA e o GCS, o UA deve estar dentro da linha de visão (LOS) de uma ou mais antenas nesta rede. O posicionamento da antena na rede é projetado para cobertura sobreposta, o que significa que o UA pode estar dentro de LOS de dois rádios o tempo todo durante o voo ao longo de uma subdivisão. A rede de rádio está conectada ao GCS por uma rede projetada para latência da ordem de 50 milissegundos.
[0056] As figuras 6A e 6B mostram uma torre de telecomunicações. Esta torre tem aproximadamente 300 pés (91,44 m) de altura e está localizada em terreno alto a aproximadamente 1,6 NM das (2,9632 km) vias. Torres deste tipo são posicionadas ao longo das faixas em intervalos de aproximadamente 15 (27,78 km) a 30 NM (55,56 km). A Figura 7 mostra a análise de cobertura de RF para uma rede de rádio C2 usando torres ao longo de uma subdivisão. O uso de sete torres fornece cobertura sobreposta na elevação da via pelo comprimento da subdivisão. As torres existentes podem ser usadas para instalar redes de rádio ao longo de outras subdivisões. A análise de RF e pode realizar testes de desempenho apropriados são realizados antes da realização das operações de rotina do BVLOS UAS nessas redes.
[0057] O piloto automático usado no UA apresenta um enlace C2/telemetria embutido na banda ISM (industrial, científica e médica) (2,4 GHz e 900 MHz). A integração do rádio CNPC/C2 adiciona um segundo enlace C2 à aeronave. Os requisitos para executar um lançamento e recuperação normais de VTOL requerem um enlace de telemetria de largura de banda mais alta do que o voo de cruzeiro. Durante as operações de inicialização, recuperação e local, o enlace C2 pode ser o rádio de 2,4 GHz. Quando a aeronave é levada para longe da zona de lançamento e recuperação, o enlace de comunicação é transferido para a rede de rádio CNPC/C2 pela tripulação de voo.
[0058] A Figura 8 ilustra um esquema esquemático geral exemplar do sistema 800 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do sistema esquemático 800 mostrado na Figura 8 é apenas para ilustração. Outras modalidades do esquema esquemático do sistema 800 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0059] A Figura 8 é um diagrama do fluxo de comunicações. Os dados de comando, controle e telemetria são transmitidos localmente na faixa ISM de 2,4 GHz durante o lançamento e a recuperação. Quando a aeronave é estabelecida em uma configuração de cruzeiro, o UAS pode ser ingressado na rede CNPC/C2 através da torre CNPC/C2 mais próxima. O piloto faz essa alteração usando um aplicativo de software personalizado que é executado no computador da estação terrestre. Este software também fornece feedback ao piloto sobre a saúde e o estado do sistema CNPC/C2. Se, por qualquer motivo, a integridade do enlace da rede CNPC não for suficiente, o UA poderá ser recuperado no centro de controle de voo pelo enlace ISM local de 2,4 GHz. Se, por qualquer motivo, houver um problema com a saúde de C2 local, o voo poderá ser adiado até que os problemas sejam resolvidos. A integridade de todos os rádios na rede CNPC pode ser monitorada pelo piloto. Se durante o voo de cruzeiro, a integridade do enlace de um rádio for insuficiente para o voo continuado, o piloto poderá alterar o plano de voo ou realizar um pouso vertical de emergência próximo às vias.
[0060] A Figura 9 ilustra uma visão geral de um sistema exemplar de conscientização do tráfego aéreo 900 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A Figura 10 ilustra uma visão geral de localizações de locais (ADS-B) 1000 de transmissão de vigilância automática dependente de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A Figura 11 ilustra um exemplo de tela de interface de usuário 1100 do tráfego aéreo de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. As modalidades do sistema de reconhecimento de tráfego aéreo 900 mostrado na Figura 9, as localizações de locais ADS-B 1000 mostrados na Figura 10 e a tela da interface de usuário 1100 mostrada na Figura 11 são apenas para ilustração. Outras modalidades do sistema de conscientização do tráfego aéreo 900, as localizações de locais ADS-B 1000 e a tela de interface de usuário 1100 podem ser utilizados sem se afastar do escopo desta divulgação.
[0061] A capacidade de "ver e evitar" outro tráfego aéreo de acordo com a 14 CFR 91.1 13 é crítica. O sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo pode monitorar o tráfego aéreo cooperativo e não cooperativo. Os componentes deste sistema podem incluir sensores locais e sistema de despacho e ferramentas de software de sistema de alcance.
[0062] Como mostrado na Figura 9, o sistema de despacho está vinculado ao sistema de gerenciamento de tráfego aéreo da FAA (Sistema de Transmissão de Vigilância) e também pode ser vinculado a redes de sensores locais, a rede local de receptores ADS-B Xtend pode ser instalada ao longo de cada subdivisão para aumentar a cobertura ADS-B abaixo de 500 pés (152,4 m) AGL. Um exemplo disso é apresentado na Figura 10. A análise de RF levou à instalação de seis receptores adicionais nas torres ao longo da subdivisão para fornecer cobertura ADS-B ao solo (50 pés (15,24 m) AGL). Observe que os dados de sensor local podem não estar integrados na alimentação de dados do SBS.
[0063] O software de sistema de alcance é uma tela de tráfego aéreo projetado para fornecer conhecimento da situação ao piloto do UAS. Isso ajuda o piloto a evitar o tráfego aéreo tripulado nas proximidades, o que dificilmente fará contato visual com a UA. Usando o sistema de despacho, os dados dos radares FAA e ADS-B, ADS-R, TIS-B e FIS-B são fundidos com detecções de sensores locais para apresentar a via de cada alvo de tráfego aéreo ao PIC da UA em um sistema de alcance. Vários símbolos e recursos de alerta apresentam uma representação do UA e de quaisquer alvos de tráfego aéreo, como mostrado na Figura 11.
[0064] Um exemplo de sensor local para detecção de tráfego não cooperativo é o radar que foi testado como parte deste sistema de conscientização do tráfego aéreo. Este radar detecta pessoal, veículos terrestres, embarcações marítimas, alvos aviários e aeronaves que voam baixo. Com o radar configurado para detectar e gerar vias para alvos do tamanho de aeronaves GA, as aeronaves GA foram rastreadas a um alcance de 5,4 NM (10 km), com um erro de alcance médio de 20 pés (~ 6 metros). As durações das vias foram de aproximadamente 70 a 110 segundos. Observe que os dados de elevação não estão disponíveis; portanto, as vias de radar desse sensor são exibidas apenas em duas dimensões. Sem nenhuma coordenação adicional, os pilotos devem assumir que os alvos são altitude elevada e devem agir adequadamente para evitá-los.
[0065] Para a configuração e o ambiente de teste, o sistema de conscientização do tráfego aéreo permitiu ao PIC UA reconhecer o tráfego aéreo da GA (cooperativo e não cooperativo) em uma faixa de pelo menos 3 NM (5,556 km). Em média, houve pelo menos 60 segundos entre esse reconhecimento inicial e o ponto de aproximação mais próximo entre a aeronave GA "Invasora" e a UA. Em um estudo para modelar a aquisição visual humana de tráfego aéreo, foi apresentada a probabilidade de aquisição visual de um Piper Archer (uma aeronave GA de tamanho típico) por dois pilotos que pesquisavam ativamente o tráfego aéreo. A probabilidade de detecção visual mostrou ser de apenas 10% na faixa de 3 NM (5,556 km) (a probabilidade foi de 100% a menos de 0,5 NM (0,926 km)). Os resultados de outro teste indicaram que o reconhecimento de intrusos pelo UA PIC usando o sistema de alcance ocorreu aproximadamente 17 segundos antes do reconhecimento por observadores visuais terrestres. Os resultados dos testes indicam que o uso do sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo fornece uma capacidade de detectar o tráfego aéreo equivalente ou melhor do que os observadores visuais terrestres ou aéreos.
[0066] A implantação de sensores locais para tráfego não cooperativo pode ser baseada no seguinte: (1) Cobertura ADS-B ao solo ao longo de uma subdivisão para detecção de tráfego aéreo cooperativo. (2) Em locais que se sabe terem uma alta concentração de tráfego aéreo não cooperativo. Esse conhecimento pode ser o resultado de esforços de divulgação. Dependendo da natureza da atividade, isso pode levar à implantação sazonal, e não ao longo do ano, de sensores (radar). (3) Avaliações de risco específicas para o corredor de voo sobre as vias. A implantação inicialmente pode ser baseada em dados reais de tráfego aéreo ou em modelagem validada por esses dados. Sensores ou outras atenuações (observadores visuais) podem ser colocados em locais onde o risco de colisão no ar excede o de locais que foram considerados como tendo um risco não mitigado aceitável de colisão no ar (risco relativo não mitigado).
[0067] Tecnologias adicionais para evitar o tráfego aéreo podem ser utilizadas à medida que são aceitas para uso operacional. Exemplos dessa tecnologia incluem radares alternativos e prevenção de colisões a bordo.
[0068] As comunicações de voz bidirecional em frequências de aviação são uma importante mitigação de segurança. Ele permite que os pilotos, que podem não ver as aeronaves um do outro, anunciem suas intenções e coordenem suas ações de maneira segura. A infraestrutura de telecomunicações pode ser usada para hospedar CTAF, torre e aproximar frequências locais de cada subdivisão usando sistemas de ponte /gateway de rádio IP. Esses sistemas oferecem capacidade de pressionar para falar dos transceptores VFTF montados na torre. Isso é análogo a ter uma rede de rádios de estações terrestres de aviação, como as utilizadas nos aeroportos para o UNICOM/CTAF. Em certas modalidades, as estações terrestres estão facilitando as comunicações ar-ar, uma vez que os rádios de voz não são transportados a bordo do UA.
[0069] Este uso de transceptores VHF de aviação está sujeito a aprovações da FAA/FCC. Embora esse uso seja uma implantação atípica desses rádios, o UAS permite que o UAS opere o BVLOS no NAS de maneira consistente com a aviação tripulada e provou ser um elemento crítico da integração segura da UA no NAS.
[0070] São seguidas as diretrizes e procedimentos no ATM (manual de informações aeronáuticas) para voo sob VFR. A seguir, é apresentada uma visão geral dos procedimentos para um voo típico.
[0071] O planejamento de voo pode ser conduzido da mesma maneira que na aviação tripulada. O piloto em comando (PIC) está familiarizado com todas as informações aplicáveis ao voo. As equipes de voo podem usar as ferramentas de aviação e as fontes de informação existentes, juntamente com o software projetado para o objetivo de planejar o voo do UAS sobre a infraestrutura ferroviária. Este software utiliza informações coletadas do banco de dados GIS, de pesquisas no local, de dados disponíveis ao público e de bancos de dados de navegação aprovados para auxiliar no desenvolvimento de planos de voo. Os planos de voo podem levar em consideração os seguintes objetivos da missão (subdivisão, tipo de inspeção de segurança, sensor), o terreno local, o clima local nos locais de lançamento e recuperação, bem como ao longo da rota de voo, população ao longo da rota de voo, obstruções verticais, trajetórias de subida e descida de lançamento e recuperação, considerações sobre espaço aéreo e tráfego aéreo local e encontros de pessoas ou eventos especiais perto das vias. O tempo de voo pretendido determina os requisitos de combustível para o(s) voo(s). O tempo de decolagem e o tempo total no ar podem ser determinados para que as notificações para outros usuários do NAS (DoD, Ag, GA) possam ser entregues, se necessário, e um NOTAM (Aviso aos Aviadores) pode ser apresentado, se necessário.
[0072] Os resultados do processo de planejamento são os seguintes: um conjunto de coordenadas GPS que definem os locais de lançamento e recuperação; um conjunto de coordenadas GPS que definem o padrão de pouso para o local de pouso; um conjunto de pontos de rota GPS que definem a rota do voo para operações normais; um conjunto de pontos de rota GPS que definem a rota do voo para operação com perda de enlace C2; um conjunto de coordenadas GPS que definem o limite do espaço aéreo (geo-cerca) que é projetado para impedir uma excursão longe de propriedades particulares; uma descrição das áreas de pouso de emergência adequadas (ou áreas a serem evitadas) dentro e imediatamente além da cerca geográfica; sobreposições de mapas de aviação, terreno e dados demográficos para uso na telas de mapas em movimento no GCS; informações e procedimentos para a transição através de qualquer espaço aéreo ou próximo a qualquer aeroporto ao longo da rota de voo; cronograma para emissão de notificações e NOTAMs; e instalação de carga útil/sensor e plano de carga de combustível para a equipe de solo.
[0073] Se, durante qualquer parte do processo de planejamento do voo, o UAS PIC acreditar que o voo não pode ser realizado com segurança, a operação do voo poderá ser adiada até que as mudanças possam ser incorporadas ou atenuações adequadas possam ser implementadas. Os exemplos incluem: eventos especiais em que um grande grupo de pessoas pode estar próximo das vias, uma operação sazonal e altamente localizada de pulverização de culturas nas proximidades das vias, ou instalação de uma nova obstrução vertical em uma localização onde a demora pode ser necessária.
[0074] A tripulação de voo e a equipe de solo são responsáveis pelas ações pré-voo. No GCS, a tripulação de voo pode configurar todos os softwares e telas de acordo com as listas de verificação antes do voo. Os arquivos de configuração do UA podem ser verificados, os pontos de caminho do plano de voo podem ser carregados na interface do piloto automático, os mapas e as sobreposições de mapas podem ser carregados na interface do piloto automático e no sistema de reconhecimento da situação do tráfego aéreo. As frequências de rádio usadas com frequência podem ser predefinidas. Qualquer interface de sensor também pode ser configurada. As comunicações podem ser estabelecidas com a equipe de solo na estação de lançamento e recuperação (LRS). Na LRS, a equipe de solo pode realizar uma inspeção pré-voo da UA, pode instalar e configurar o(s) sensor(es) e abastecer a UA de acordo com o plano de voo. A equipe de solo passa a ligar os sistemas da UA em coordenação com a equipe de voo após a configuração do software e das telas.
[0075] A tripulação de voo e de solo completam todas as verificações finais de voo GCS e UA, como transferência de planos e limites de voo para o piloto automático, cálculo e verificação do centro de gravidade, verificações de C2 e de carga útil, verificações de tensão da bateria, verificação da quantidade de combustível, verificações de calibração da superfície de controle de voo, verificações de IMU, verificações do sistema VTOL e verificações de partida e partida do motor empurrador. Com essas tarefas concluídas, a equipe de voo e de solo pode coordenar-se para concluir as verificações antes da decolagem, incluindo a limpeza visual da área de lançamento no centro de controle de voo. Um membro da tripulação de solo equipa o controle de cancelamento de lançamento. No GCS, a tripulação de voo pode realizar qualquer comunicação de rádio antes da decolagem com o ATC ou fazer anúncios pelo CTAF. Uma decisão final ou não, pode ser tomada pelo PIC.
[0076] O lançamento vertical e a transição para o voo para frente são executados através do modo de piloto automático. Envolve uma série de manobras que ocorrem sem manipulação manual de controles pelo PIC. Com uma decisão "ir", o lançamento pode ser comandado pelo GCS. Durante o lançamento e a transição, a equipe de solo pode abortar o lançamento por qualquer motivo de segurança.
[0077] O perfil de subida vertical pode levar o UA a uma altitude de aproximadamente 60 pés (18,288 m) AGL. A partir daí, a UA faz a transição para o voo de avanço sob a potência do motor de propulsão de avanço. Após a transição do UA para o voo de avanço, o PIC nos GCs pode verificar a integridade do enlace do CNPC e pode ingressar o UA na rede CNPC. O PIC pode então ativar o plano de voo e o UA passa a fazer a rota pré-programada.
[0078] Durante a fase de voo do cruzeiro, o veículo segue o plano de voo ao longo das vias até as áreas de interesse específicas e pode coletar os dados necessários. Durante o voo, a tripulação de voo pode se comunicar com o ATC e outros usuários do NAS e pode monitorar as telas quanto à posição de outro tráfego aéreo. O clima, os estados de voo da UA e os sistemas de saúde, como RPM do motor, nível de combustível, duração da bateria, sinal de GPS e enlace C2 também podem ser monitorados continuamente. A posição de telemetria da UA no mapa móvel pode ser usada para garantir que a aeronave esteja executando o plano de voo corretamente. O PIC pode assumir o controle a qualquer momento para alterar o plano de voo ou o curso, velocidade e altitude da UA.
[0079] Os procedimentos críticos para a operação segura da UA no espaço aéreo controlado são procedimentos projetados para permitir que a missão de inspeção do BVLOS prossiga com segurança e com impacto mínimo nas operações de aeronaves tripuladas. Para operações no espaço aéreo de classe B, C e D, embora o UA seja cooperativo, ele não pode ser detectado pelo radar FAA, dada a baixa altitude de cruzeiro. Para rotas afetadas por esse problema, pontos de relatório e lentos podem ser estabelecidos na interseção das vias e no limite do espaço aéreo, e em locais entre 1,5 (2,778 km) e 3 milhas (5,556 km) náuticas em ambos os lados da interseção das vias e na aproximação a qualquer via. Eles podem ser especificados e nomeados (ponto Q
(latitude/longitude) etc.) em uma Carta de Acordo (LOA) com a instalação controladora. Ou, esses pontos podem ser referenciados por distâncias e associação com pontos de referência (1,5 NM (1,5 x 10-12 km) da interseção da ferrovia com a via 36’). O UA PIC pode ligar para o ATC no rádio de voz da aviação em cada ponto de relatório com a direção do voo. Na Classe D, o reconhecimento da transmissão pelo ATC constitui aprovação para prosseguir para o próximo ponto de relatório, a menos que seja instruído a reter. Nas classes B e C, deve ser dado o reconhecimento da transmissão e liberação para prosseguir. Se solicitado a manter-se em um ponto de relatório e de espera, o UAS pode voar em uma órbita projetada para evitar pessoas e estruturas no solo. A UA pode continuar o curso quando o tráfego estiver livre e o ATC fornece instruções para prosseguir para o próximo ponto.
[0080] As operações nas classes E e G perto de aeroportos são semelhantes. O UA PIC pode monitorar o CTAF e fazer relatórios de posição. Com base nos relatórios de posição do rádio por voz e no movimento do tráfego aéreo nas telas de conscientização de situação do tráfego aéreo, o PIC pode coordenar com o tráfego aéreo tripulado usando pontos de relatório e de demora. Se necessário, o PIC pode ficar bem longe da linha central da via e esperar que uma aeronave tripulada conclua uma aproximação por instrumentos ou um padrão de pouso.
[0081] Observe que manobras não planejadas de esperar ou virar podem causar uma excursão de -1.500 pés (457,2 m) lateralmente a partir do corredor de +/-100 pés (30,48 m) sobre a propriedade do operador ferroviário. A execução de tais manobras de maneira segura requer conhecimento das obstruções verticais na área e no terreno local. Esta informação pode ser exibida ao piloto no mapa móvel do GCS para ajudar na conscientização de situação. Como a altitude de cruzeiro da UA é de -350 pés (106,68 m), a rota de voo está acima da maioria dos obstáculos verticais desconhecidos (aqueles com menos <200 pés (60,96 m) de altura). O piloto deve descer ou aterrissar próximo ou na via, se as manobras laterais puderem causar o risco de impactar uma obstrução.
[0082] Quando o fim da missão é alcançado, a equipe de solo do LRS pode ser alertada para preparar o local de recuperação. À medida que o UA se aproxima do centro de controle de voo, o PIC pode alternar o enlace C2 da rede CNPC C2 para a rede C2 local. A equipe de solo pode limpar e proteger a área de pouso. Em coordenação com a tripulação de solo, o PIC pode então iniciar o padrão e a abordagem de pouso predefinidos. Ao atingir uma altitude de aproximadamente 60 pés (18,28 m) dentro de uma distância especificada do ponto de aterrissagem, a aeronave pode fazer a transição para o voo vertical e iniciar uma descida vertical para o ponto de aterrissagem. Depois de chegar ao ponto de aterrissagem e pousar, a aeronave pode girar seus motores, completando a fase de recuperação.
[0083] Após o pouso, a equipe de solo pode realizar uma inspeção pós voo da UA por procedimentos usando listas de verificação. Eles podem concluir registros do tempo de voo da UA, do VTOL e do tempo de operação do motor empurrador, da energia da aeronave no horário, etc. Os registros de manutenção podem estar de acordo com 14 CFR 91.417. O UAS pode ser pendurado e protegido. Os dados podem ser transferidos do armazenamento a bordo. No GCS, a tripulação de voo pode registrar os horários de voo do PIC/SIC.
[0084] Partida do motor: O piloto automático possui uma chave de interrupção/armadura do motor para os motores empurrador e V TOL. Ambos estão prontos para interromper no GCS antes do voo. Um interruptor localizado na lateral da fuselagem está definido como Desligado e os plugues de armação dos motores VTOL são removidos pela equipe de solo. A partida do motor empurrador ocorre no final das verificações antes do voo. Primeiro, o mecanismo empurrador está ativado. Em seguida, o interruptor está definido como "ligado". O motor empurrador é então iniciado por um membro da equipe de solo usando um motor de partida elétrico. Depois que o motor empurrador passa nas verificações anteriores ao voo, os plugues dos motores VTOL são inseridos. Os mecanismos VTOL são ativados no GCS. Nesse ponto, a equipe de solo pode desocupar a área nas proximidades da aeronave.
[0085] Abortar lançamento: A fase de lançamento do voo pode ser abortada por qualquer motivo. Isso pode ser realizado no GCS pelo PIC ou no controle de cancelamento de lançamento no LRS. O controle de cancelamento de lançamento é um dispositivo especial que pode ser conectado ao GCS através da rede de telecomunicações.
[0086] Atualizações do plano de enlaces perdidos e da cerca geográfica: Os planos de voo com enlaces perdidos e os limites do espaço aéreo (geo-cerca) podem ser atualizados conforme necessário durante voos de longa duração para garantir que as informações atualizadas sejam levadas em consideração.
[0087] Clima: A UA é incapaz de operar com umidade visível ou com ventos fortes, de acordo com suas limitações. Estações meteorológicas locais, previsões meteorológicas da aviação e relatórios, incluindo radares meteorológicos, podem ser monitorados continuamente pela tripulação de voo. No caso de condições climáticas inseguras, a missão pode ser abortada e o UA pode ser desembarcado nas vias ou próximo a elas. A equipe de solo mais próxima pode ser despachada para recuperar a UA.
[0088] Piloto em comando (PIC): O PIC é responsável pela operação segura da aeronave. O PIC pode garantir que todos os itens da lista de verificação relativos à operação da aeronave sejam seguidos durante situações normais, anormais e de emergência. A comprovação do GCS e todas as fases do voo, de "partida do motor" a "Desligamento", podem ser de responsabilidade do piloto. Pode ser a autoridade final do PIC quanto a uma decisão de ir, não ir e quaisquer decisões relacionadas à segurança do voo. Isso inclui decisões e ações relacionadas à manobra da UA para evitar o tráfego aéreo com base nas informações exibidas no sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo.
[0089] Segundo no comando (SIC): O SIC pode ser responsável por ajudar o PIC a fornecer alertas de tráfego e informações meteorológicas. O SIC também pode fazer relatórios de posição e lidar com qualquer comunicação ar- a-ar, ATC ou de emergência. O SIC pode se comunicar com o ATC, quando apropriado. Se necessário, o SIC também pode se comunicar com entidades para coordenar o posicionamento e o uso da aeronave.
[0090] O PIC e o SIC podem possuir certificados de piloto privado da FAA e certificados médicos de 3ª classe.
[0091] Equipe de solo A (GCA): O GCA pode ser responsável pelo pré-voo da aeronave física e garantir que os itens do diário de bordo relacionados aos componentes físicos da aeronave sejam preenchidos. O GCA pode ser solicitado para garantir que qualquer manutenção de aeronave necessária seja concluída antes do voo, de acordo com os manuais de manutenção aplicáveis do Latitude. A GCA pode ter a autoridade final para decidir se a aeronave é digna de voo. Durante o lançamento, pode ser responsabilidade da GCA "abortar" a decolagem da aeronave se algo anormal ou perigoso for observado. Durante o pouso, o GCA pode ser responsável por chamar "abortar", se necessário. Após a recuperação, o GCA pode realizar uma inspeção completa após o voo e documentar qualquer dano, anormalidade ou outros problemas que ocorreram com a aeronave.
[0092] Equipe de solo B (GCB): O GCB pode ser responsável pelo acesso e segurança do local e pode ajudar o GCA conforme necessário. O GCB pode garantir que a área de lançamento e recuperação esteja livre de pessoal, objetos e equipamentos para partida e abordagem. No caso de um mau funcionamento ou lesão no GCA, o GCB pode ser responsável por desativar a chave de ignição do motor enquanto o GCA está dando partida no motor. Após o lançamento e a recuperação, pode ser responsabilidade do GCB garantir que todos os equipamentos pertencentes à operação sejam coletados e limpos do local.
[0093] A equipe de solo pode lançar e recuperar a UA à noite. Como tal, eles podem ser treinados para reconhecer e superar as ilusões visuais causadas pela escuridão e para entender as condições fisiológicas que podem degradar a visão noturna.
[0094] A equipe de solo pode possuir certificados de Mecânica FAA A&P.
[0095] Um programa de treinamento específico da UAS pode ser conduzido sob a direção de um instrutor qualificado. Pode ser fornecida instrução de solo para as tripulações de voo na operação de todos os sistemas necessários para as operações do BVLOS - interface de piloto automático UA, interface de controle de rede e controle de rede C2, interface de software de reconhecimento de situação de tráfego aéreo e interface de software de rádio de aviação. Através da instrução de solo, tanto a equipe de voo quanto a equipe de solo podem ser treinadas em operações de pré- voo, manutenção preventiva e operações de lançamento e recuperação da UA. Através da instrução de voo, as tripulações de voo podem obter proficiência em procedimentos normais e de emergência.
[0096] O pessoal não pode executar tarefas de voo em uma posição para a qual um programa de treinamento documentado não foi concluído. O treinamento recorrente pode incluir uma combinação de treinamento de solo e de voo.
[0097] Comunicações de voz perdidas: A comunicação de voz entre os membros da tripulação é importante para a segurança. O PIC e o SIC podem ocupar o GCS e podem se comunicar diretamente entre si. O PIC e o SIC podem ter comunicação de voz com os membros da equipe de solo no local remoto de lançamento/recuperação via VoIP (protocolo de voz sobre Internet) e equipamento de câmera IP. Se as comunicações de voz não puderem ser estabelecidas ou mantidas, a operação poderá ser adiada até que as comunicações sejam estabelecidas.
[0098] A comunicação de voz é uma importante mitigação de segurança operacional para operações do BVLOS. O UA não pode entrar no espaço aéreo de Classe B, C ou D, nem pode ser iniciado a partir do espaço aéreo de Classe B, C ou D sem comunicação de voz bidirecional com o ATC. Uma perda de comunicação de voz com o ATC no espaço aéreo controlado de Classe B, C ou D pode resultar em uma recuperação imediata do VTOL da UA na propriedade na localização atual. O UA não pode entrar no espaço aéreo da Classe E, nem pode ser iniciado a partir do espaço aéreo da Classe E, sem comunicação de voz bidirecional pelo CTAF local. A UA não pode voar dentro de duas milhas da aproximação para qualquer aeroporto sem comunicação de voz bidirecional pelo CTAF.
[0099] Enlace perdido: Se ocorrer uma perda do enlace C2, os avisos aparecerão no GCS e serão acompanhados por repetidos avisos de áudio. Isso é acionado com base em um tempo limite definido pelo PIC e normalmente é de 30 segundos. O piloto automático lida com um evento de enlace perdido com um conjunto de parâmetros que o PIC define para a missão de voo especificada, incluindo um temporizador de voo que define a quantidade máxima de tempo que a aeronave pode voar. O cronômetro de voo geralmente é baseado na quantidade de combustível carregada ou nos requisitos da missão. Também é definido uma localização de enlace perdido segura (latitude, longitude, altitude), onde a aeronave pode voar através de um conjunto prescrito de pontos de caminho chamado "Plano de voo para o enlace perdido". Uma vez na localização de enlace perdido, a aeronave pode voar em uma órbita em um raio de órbita definido. Essa localização pode estar dentro dos limites da área de voo e longe de pessoas ou estruturas. Na maioria das situações, pode estar acima ou imediatamente ao lado das vias da ferrovia. Tentativas podem ser feitas para restabelecer as comunicações com a aeronave. Se isso não der certo, várias técnicas de terminação de voo podem ser usadas.
[00100] Se o enlace perdido ocorrer durante o lançamento, a aeronave poderá continuar com seu plano de decolagem e seguir o procedimento do enlace perdido. Durante a subida, cruzeiro e descida, essa aeronave pode seguir o procedimento de enlace perdido. Durante o pouso, a aeronave pode continuar a seguir o plano de pouso pré-programado. Se o tempo de voo expirar (duração do temporizador definida pelo PIC antes das operações), a aeronave poderá se direcionar para um ponto de caminho de aterrissagem automática pré-programado. A aeronave pode realizar um pouso de VTOL no ponto de caminho de aterrissagem automática.
[00101] GPS perdido: No caso de uma falha no GPS, a aeronave reverte para um sistema de navegação inercial (ENS). Atitude e direção são mantidas. A posição é determinada usando um magnetômetro. A estimativa de posição da aeronave é propagada, portanto, a posição da aeronave pode derivar com erro na medição de rumo e na estimativa de vento. Se a perda de GPS for transitória, o piloto automático poderá voltar às orientações do GPS ao recuperar um sinal de GPS. Se a perda de GPS for sustentada, a terminação do voo poderá ser executada. Voar para longe: Os limites do espaço aéreo, ou cercas geográficas, podem ser estabelecidos. Para qualquer situação em que o piloto automático ainda esteja a bordo da aeronave, mas a aeronave está fugindo do curso planejado e não está respondendo aos comandos para retornar ao curso (provavelmente o resultado de um erro humano no planejamento do voo, um erro humano no plano de voo de comunicação perdido), etc.), o término do voo por violação do limite do espaço aéreo pode levar a um pouso do VTOL a 20 metros do limite.
[00102] Falha no sistema de aeronaves: Uma falha grave do sistema na UA provavelmente resultará em um acidente controlado ou descontrolado da aeronave. Uma falha no motor do VTOL geralmente pode resultar em um pouso descontrolado. Uma falha no motor de voo para frente pode resultar em uma aterrissagem forçada e controlada, pois o sistema HQ tem a capacidade de fazer a transição automaticamente para o voo pairando e pousar no caso de falha do motor empurrador. A falha de um único controle de voo pode resultar em um pouso forçado e controlado. A falha de vários controles de voo provavelmente pode resultar em um pouso descontrolado.
[00103] Falha no GCS: No caso de uma falha no GCS, a aeronave pode continuar com seu plano de voo programado. No entanto, a perda da funcionalidade da estação de controle pode eventualmente resultar na perda do enlace de comando e controle. A aeronave pode executar seu procedimento de enlace de perda até que as comunicações possam ser restabelecidas.
[00104] Término do voo: O modo de terminação de voo pode ser inserido com base em qualquer um dos seguintes critérios: Falha no GPS (tempo limite); GPS e Enlace C2 (tempo limite); violação do espaço aéreo (com base nos limites da cerca geográfica); violação de altitude mínima/máxima (limites para impedir excursões acima de 400 pés (121,92metros) AGL);
[00105] Além da lista de critérios acima, o PIC de terminação de voo intencional pode ser realizado a qualquer momento. Ao entrar no modo de término de voo, a aeronave pode executar automaticamente uma recuperação de emergência do VTOL.
[00106] Qualquer incidente, acidente ou operação de voo que ultrapasse os limites laterais ou verticais de uma área de voo ou qualquer espaço aéreo ou área de aviso restrito, conforme definido pelo COA aplicável, deve ser relatado ao escritório de integração do UAS. Acidentes e incidentes devem ser relatados ao Conselho Nacional de Segurança em Transportes (NTSB), de acordo com a seção 49 CFR 830.5, de acordo com as instruções contidas no site do NTSB.
[00107] Os relatórios trimestrais pós-ação podem documentar as operações realizadas e as atividades planejadas futuras, bem como as lições aprendidas das atividades de voo, incluindo, entre outras, anomalias encontradas e efeitos no espaço aéreo e em outros usuários (se houver). Esta informação pode ser fornecida à FAA em apoio à futura regulamentação.
[00108] Para resumir, as seguintes condições se aplicam à operação de inspeção aérea do BVLOS: (1) apenas VMC dia e noite; (2) lançamento e recuperação: Somente de propriedade privada e não de aeroportos; (3) rota de voo: cruzeiro a e abaixo de 400 pés (121,92 m) acima do nível do solo (AGL), normalmente 350 pés (106,68 m) AGL; diretamente sobre propriedades de propriedade privada (dentro de um limite lateral de +/- 100 pés (30,48 m) a partir da linha central da via principal); No espaço aéreo das classes B, C, D, E e G, mas não nas propriedades aeroportuárias; Em áreas remotas, rurais, suburbanas e urbanas; delimitada por "geocerca"; (4) UAS: configuração híbrida de asa fixa, capaz de decolagem e pouso vertical (VTOL); 15 horas de resistência, alcance de 750 NM (1389 KM); histórico operacional de + 475 horas e continuação de um certificado de aeronavegabilidade de categoria experimental (SAC-EC); usa piloto automático com pedigree do DoD, + 250.000 horas e continuando; equipado com transponder modo S e saída ADS- B (a unidade TSO pode ser usada, se disponível); equipado com luzes estroboscópicas e de posição, esquema de pintura de alta visibilidade; o modo de terminação de voo é o pouso vertical de emergência; (5) 91.113: sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo com a fusão da alimentação FAA SBS e sensores locais, tela de mapa em movimento de alvos semelhantes a outros sistemas de exibição de tráfego; (6) Comunicações de voz bidirecionais: permite a coordenação entre os pilotos e com o ATC.
[00109] Os seguintes riscos podem resultar desta operação: O UAS tem uma colisão próxima ao meio do ar (NMAC) com aeronaves tripuladas; e UAS afeta uma pessoa no solo.
[00110] O risco para as pessoas não participantes no solo existe quando uma perda de controle da aeronave leva a um pouso além da propriedade. Isso é atenuado por procedimentos, aprimoramento da visibilidade (para que as pessoas no solo possam ver um objeto se aproximar deles) e vários recursos de segurança do UAS, incluindo a cerca geográfica e o modo de término de voo, que é projetado para executar um pouso vertical de emergência em propriedades particulares (vias férreas) sob várias circunstâncias.
[00111] O risco de colisão com aeronaves tripuladas existe inerentemente no Sistema Nacional de Espaço Aéreo. Para esta avaliação, uma abordagem conservadora pode ser adotada. O risco de colisão próximo no meio do ar (NMAC) pode ser abordado em vez do risco de colisão no meio de ar (MAC). Esse risco de NMAC aumenta se a UA fizer uma excursão a partir da rota de voo planejada e altitude de cruzeiro, ou se uma aeronave tripulada for encontrada de maneira inesperada (não detectada pelo sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo, não responder ao pedido de coordenação via comunicação de voz bidirecional, manobras de maneira irregular ou imprevisível, tornando a UA menos manobrável incapaz de evitar). Essas situações são atenuadas ao voar a 400 pés (121,92 m) AGL onde há menos densidade de tráfego aéreo. Outras atenuações incluem o sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo, apresentação de NOTAMs (e notificação e coordenação com o DoD e outros usuários do NAS) e melhorias de visibilidade (para que os pilotos de aeronaves tripuladas possam ver a UA em voo).
[00112] A seguir, são descritas as atenuações de segurança usadas nessas operações do BVLOS e o modelo usado para avaliar o impacto das falhas das atenuações para evitar os perigos.
[00113] Para esta avaliação de risco, uma suposição fundamental é que cada mitigação de segurança individual seja 100% eficaz na prevenção de um perigo em operações normais. Se nenhuma dessas mitigações falhar, não haverá riscos. Essa é uma suposição simplificadora, usada para evitar modelagem mais complicada da eficácia relativa das mitigações e suas possíveis interações.
[00114] Eficácia de CONOPS e da tripulação: O BVLOS CONOPS e o treinamento da tripulação foram desenvolvidos por profissionais experientes da aviação e a eficácia destes continua a ser avaliada sob um programa de teste de voo R&D. Para esta avaliação de risco, supõe-se que a eficácia do panorama por trás dessas operações e os seres humanos altamente treinados que podem executar esses planos não consigam evitar um risco em 5% do tempo em todas as classes de espaço aéreo.
[00115] Comunicação de voz bidirecional: a comunicação de voz é uma importante mitigação de segurança operacional para operações do BVLOS. Isso permite que os pilotos de aeronaves coordenem suas atividades, mesmo que não tenham contato visual entre si. No entanto, o erro humano é inevitável. Como mostra a Tabela 5, supõe-se que essa mitigação possa falhar a uma taxa de 25% em todas as classes de espaço aéreo. Supõe-se também que essa mitigação não tem efeito sobre o risco de o UAS impactar uma pessoa no terreno. Queda de detritos devido a uma colisão no ar não é considerada.
[00116] Sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo: A capacidade de "ver e evitar" outro tráfego aéreo de acordo com a 14 CFR 91.1 13 é crítica. O sistema de conscientização de situação do tráfego aéreo não é um sistema certificado de detecção e prevenção em solo (GBDSAA). Ele pode monitorar e exibir a posição e o rastreamento do tráfego aéreo cooperativo e não cooperativo. Isso permite que o piloto da UA evite o tráfego aéreo tripulado nas proximidades. Essa capacidade é importante no espaço aéreo não controlado. As taxas na Tabela 5 são estimadas sob a premissa de que é mais provável que este sistema falhe na prevenção de um NMAC em ambientes onde é provável que haja mais tráfego aéreo de baixa altitude e não cooperativo. As taxas de falha variam de 5% no espaço aéreo de classe B, C e D a 20% no espaço aéreo de classe E e classe G. Supõe-se que essa mitigação não tenha efeito sobre o risco de atingir uma pessoa no solo.
[00117] Transponder UAS Mode S com ADS-B: Esse equipamento faz da UA uma aeronave cooperativa e (juntamente com a comunicação via rádio bidirecional) permite que o UAS entre no espaço aéreo das classes B e C de acordo com os regulamentos existentes. As taxas na Tabela 5 são estimadas sob a premissa de que é mais provável que este sistema falhe na prevenção de um NMAC em ambientes onde é provável que haja mais tráfego aéreo de baixa altitude e não cooperativo. As taxas de falha variam de 1% no espaço aéreo de classe B e classe C e 10% no espaço aéreo de classe D a 20% no espaço aéreo de classe E e classe G. Supõe-se que essa mitigação não tenha efeito sobre o risco de atingir uma pessoa no solo.
[00118] Pontos de espera do aeroporto: foram estabelecidos procedimentos para aumentar a segurança dos locais próximos aos aeroportos. Esses procedimentos exigem que a UA retenha/espere em locais distantes da linha central da via estendida e o caminho de aproximação para as vias quando o tráfego aéreo tripulado estiver no padrão ou em uma abordagem por instrumentos. Esses locais são planejados e conhecidos como livres de obstruções verticais. As taxas na Tabela 5 são estimadas sob a premissa de que é mais provável que este sistema falhe na prevenção de um NMAC em ambientes onde é provável que haja mais tráfego aéreo de baixa altitude e não cooperativo. As taxas de falha variam de 10% no espaço aéreo de classe B, classe C e classe D a 20% no espaço aéreo de classe E e classe G. Supõe-se que essa mitigação não tenha efeito sobre o risco de atingir uma pessoa no solo. Queda de detritos devido a uma colisão no ar não é considerada.
[00119] Procedimentos específicos da classe de espaço aéreo: foram desenvolvidos procedimentos para operações em várias classes de espaço aéreo. Isso inclui pontos de retenção/espera antes de entrar/sair do espaço aéreo controlado e uso de procedimentos de emergência e planos de voo com enlaces perdidos, adaptados a locais específicos para evitar a população no solo, obstruções verticais e propriedade do aeroporto. Taxas de falhas na Tabela 5 variam de 5% na classe B e classe C a 10% no espaço aéreo de classe D, classe E e classe G. Supõe-se que essa mitigação não tenha efeito sobre o risco de atingir uma pessoa no solo. Queda de detritos devido a uma colisão no ar não é considerada.
[00120] Listas de verificação antes do voo: a execução adequada das verificações antes do voo garante que o sistema esteja operando normalmente, conforme projetado. É provável que um sistema em pleno funcionamento seja eficaz na prevenção de um NMAC e na prevenção de lesões em pessoas no solo. Conforme mostrado na Tabela 5, estima-se que essa mitigação possa falhar na prevenção de um NMAC e no impacto de pessoas no solo a uma taxa de 25% em todas as classes de espaço aéreo. Novamente, isso é análogo a supor que a comunidade piloto seja composta por estudantes C, o que é conservador.
[00121] Luz estroboscópica e tinta de alta visibilidade: O UAS é menor que uma aeronave tripulada. As luzes estroboscópicas, pintura de alta visibilidade, e luzes de posição de alta aumentam a probabilidade de que o UAS possa ser visto por outros aviadores e por pessoas no solo, principalmente à noite. Para esta avaliação de risco, supõe- se que, se as melhorias de visibilidade da UA falharem, o NMAC não seria impedido a uma taxa de 10% e o impacto das pessoas no terreno não seria impedido a uma taxa de 90%. Isso implica que as pessoas no solo têm maior probabilidade de ver o esquema de iluminação e pintura e agir do que os pilotos de aeronaves tripuladas.
[00122] NOTAM: Um aviso aos aviadores informa outros usuários do NAS sobre a atividade de voo da UA. É mais provável que isso evite um NMAC se o NOTAM for emitido em tempo hábil e for lido e interpretado corretamente por outros usuários do NAS. Para essa avaliação de risco, assume-se que a falha em emitir, ler, compreender e cumprir ou usar adequadamente as informações em um NOTAM está sujeita a erro humano e, portanto, pode falhar na prevenção de um risco em 25% das vezes.
[00123] A Tabela 5 abaixo lista as mitigações de segurança apresentadas acima com estimativas da probabilidade de que uma falha nessa mitigação falhe na prevenção de um resultado perigoso.
Tabela 5. Probabilidade de que a falha de uma mitigação de segurança leve a riscos Sistema Procedi- Procedi- Com. de Procedi- mentos Pontos mentos de consci- Trans- mentos para Estrobo Estado de es- para ae- Lista de voz ência ponder para aero- e tinta Eficiência de pera roportos verifica- NO- Evento de de de aero- portos de alta Conops/Pi- sis- de ae- de ção pré- TAM dois situ- modo S portos de visibi- loto tema ro- classe E voo cami- ação de UAS de classe C lidade porto ou nhos tráfego classe B ou classe G aéreo classe D
NMAC 25% 5% 1% 10% 5% Na Na 25% 10% 25% 5%
CLASSE Pedestre
B machu- Na Na Na Na Na Na Na 25% 90% Na 5%
cado
NMAC 25% 5% 1% 10% Na 5% Na 25% 10% 25% 5%
CLASSE Pedestre
C machu- Na Na Na Na Na Na Na 25% 90% Na 5%
cado
NMAC 25% 5% 10% 10% Na 10% Na 25% 10% 25% 5% CLASSE Pedestre D machu- Na Na Na Na Na Na Na 25% 90% Na 5% cado AERO- NMAC 25% 20% 25% 20% Na Na 10% 25% 10% 25% 5%
PORTO Pedestre
DE machu- Na Na Na Na Na Na Na 25% 90% Na 5%
CLASSE cado
E OU G NMAC 25% 50% 25 20% Na Na 10% 25% 10% 25% 5% CLASSE Pedestre G machu- Na Na Na Na Na Na Na 25% 90% Na 5% cado
[00124] Falhas no sistema que levam a uma perda de controle fazendo com que a UA se desvie do curso planejado têm mais chances de resultar nos riscos listados acima. Essas falhas e eventos foram desenvolvidos usando o conhecimento dos subsistemas do UAS, como eles falham e o que ocorre quando eles falham. As condições de falha estão listadas abaixo, juntamente com o desvio resultante do curso planejado sobre a propriedade privada.
[00125] Para esta avaliação de risco, duas premissas principais sobre falhas do sistema são: Uma única falha do sistema tem uma chance de 0,01 (1%); falhas múltiplas têm uma chance de 0,0001 (0,01%). As taxas de falha são por hora.
[00126] Voar para longe: Para qualquer situação em que o piloto automático ainda esteja a bordo da aeronave, mas a aeronave está fugindo do curso planejado e não está respondendo aos comandos para retornar ao curso (provavelmente o resultado de um erro humano no planejamento do voo, um erro humano no plano de voo de comunicação perdido), etc.), o término do voo por violação do limite do espaço aéreo pode levar a um pouso do VTOL a 20 metros do limite. O desvio máximo é de 166 pés (50,5968 m).
[00127] Falha no sistema de controle de solo (GCS): no caso de uma falha no GCS, a aeronave pode continuar em seu plano de voo programado. No entanto, a perda da funcionalidade da estação de controle pode eventualmente resultar na perda do enlace de comando e controle. A aeronave pode executar seu procedimento de perda que pode resultar em um pouso controlado nas propriedades do operador ferroviário. Por exemplo, uma zona de aterrissagem tem 66 pés (20,1168 m) de diâmetro, que fica dentro do corredor de
+/- 100 pés (30,48 m) de propriedade privada.
[00128] GPS perdido: No caso de uma falha no GPS, a aeronave reverte para um sistema de navegação inercial (INS). Atitude e direção são mantidas. A posição é determinada usando um magnetômetro. A estimativa de posição da aeronave é propagada, portanto, a posição da aeronave pode derivar com erro na medição de rumo e na estimativa de vento. Se a perda de GPS for transitória, o piloto automático poderá voltar às orientações do GPS ao recuperar um sinal de GPS. Se a perda de GPS for sustentada, a terminação do voo pode ser executada e o desvio é de 66 pés (20,1168 m).
[00129] Enlace perdido: Se ocorrer uma perda do enlace de comando e controle (C2), os avisos aparecerão no GCS e serão acompanhados por avisos de áudio repetidos. Isso é acionado com base em um tempo limite definido pelo piloto e normalmente é de 30 segundos. O piloto automático lida com um evento de enlace perdido com um conjunto de parâmetros que o piloto define para a missão de voo especificada, incluindo um temporizador de voo que define a quantidade máxima de tempo que a aeronave pode voar. O cronômetro de voo geralmente é baseado na quantidade de combustível carregada ou nos requisitos da missão. Também é definido uma localização de enlace perdido segura (latitude, longitude, altitude), onde a aeronave pode voar através de um conjunto prescrito de pontos de caminho chamado "Plano de voo para o enlace perdido". Uma vez na localização de enlace perdido, a aeronave pode voar em uma órbita em um raio de órbita definido até a expiração do cronômetro de voo. Se o enlace perdido ocorrer durante o lançamento, a aeronave poderá continuar com seu plano de decolagem e seguir o procedimento do enlace perdido. Durante a subida, cruzeiro e descida, essa aeronave pode seguir o procedimento de enlace perdido. Durante o pouso, a aeronave pode continuar a seguir o plano de pouso pré-programado. Se o tempo de voo expirar (duração do temporizador definida pelo PIC antes das operações), a aeronave poderá se direcionar para um ponto de caminho de aterrissagem automática pré-programado. A aeronave pode então realizar um pouso VTOL. A zona de aterrissagem tem 66 pés (20,1168 m) de diâmetro e está dentro do corredor de +/- 100 pés (30,48 m) de propriedade privada.
[00130] Comunicação por voz perdida: a comunicação de voz é uma importante mitigação de segurança operacional para operações do BVLOS. O UA não pode entrar no espaço aéreo de classe D ou C, nem pode ser iniciado a partir do espaço aéreo de classe D ou C sem comunicação de voz bidirecional com o ATC. Uma perda de comunicação de voz com o ATC no espaço aéreo controlado de Classe D ou C pode resultar em uma recuperação imediata do VTOL da UA na propriedade na localização atual. O UA não pode entrar no espaço aéreo da Classe E, nem pode ser iniciado a partir do espaço aéreo da Classe E, sem comunicação de voz bidirecional pelo CTAF local. A UA não pode voar dentro de duas milhas (3,2 km) da aproximação para qualquer aeroporto sem comunicação de voz bidirecional pelo CTAF. A zona de aterrissagem tem 66 pés (20,1168 m) de diâmetro e está dentro do corredor de +/-100 pés (30,48 m) de propriedade privada.
[00131] Falha na distribuição do sistema de energia elétrica: Existe apenas um sistema de distribuição de energia elétrica, diferentemente de aeronaves de transporte maiores que possuem sistemas de distribuição de energia elétrica redundantes. O backup da bateria exclui alguns cenários de perda de energia elétrica. Os problemas de conectores e cabos que possam levar à perda de distribuição de energia devem ser identificados antes do voo por meio de inspeções pré-voo e de manutenção regular. Uma perda total de energia elétrica pode causar falha no piloto automático e matar a ignição do motor empurrador. Sem energia do motor de voo para frente e sem a capacidade de receber entradas de controle, a aeronave, que é estaticamente estável, pode deslizar ao longo de uma trajetória ditada pelas últimas posições da superfície de controle antes da falha. Na pior das hipóteses, em uma proporção de planeio de aproximadamente 8:1, a aeronave continuaria voando em frente por aproximadamente 3200 pés (975,36 m) lineares e depois impactaria o solo.
[00132] Falha no computador de bordo: existe apenas um computador de voo/piloto automático. Se este computador falhar, o mecanismo de voo para frente será desligado automaticamente pelo que é chamado circuito deadman no painel de distribuição de energia. Este é um recurso de segurança do piloto automático conectado à ignição do motor de voo para frente. Caso o circuito de deadman perca um sinal de hardware do piloto automático, o motor é morto. Sem energia do motor de voo para frente e sem a capacidade de receber entradas de controle, a aeronave, que é estaticamente estável, pode deslizar ao longo de uma trajetória ditada pelas últimas posições da superfície de controle antes da falha. Na pior das hipóteses, a uma taxa de planeio de aproximadamente 8:1, a aeronave continuaria voando em frente por aproximadamente 3200 pés (975,36 m) lineares e depois impactaria o solo.
[00133] A suposição para esse cenário de falha é que o computador de bordo enfrenta uma falha "grave", onde nenhuma função de piloto automático está disponível. Observe que a interrupção do motor impede uma verdadeira condição de voo para longe.
[00134] Um cenário de pior caso é aquele em que alguma combinação de funções de funções no computador de voo falha de uma maneira que permite que o UA voe de maneira controlada sem responder aos comandos do piloto. Aqui, a UA poderia voar até o combustível acabar. A UA tem um alcance de pelo menos 450 NM (27.337.750 pés) (833,4 km). Os desenvolvedores do piloto automático desconhecem qualquer ocorrência dessa falha no histórico operacional da unidade.
[00135] Falha no sensor IMU: A aeronave possui apenas um IMU e nenhum sensor redundante (giroscópios, acelerômetros). Uma falha que forneça dados incorretos provavelmente pode resultar em voo não controlado. O pouso de emergência do VTOL pode não ser possível. O estado do sistema é monitorado durante o voo. Se uma falha no sensor levar a um comportamento errático do voo, o piloto poderá iniciar o término do voo levando a um pouso forçado na propriedade ou próximo a ela, embora os resultados possam variar dependendo da falha do sensor. Para esta falha, o desvio é assumido como 600 pés (182,88 m).
[00136] Falha no sistema de dados aéreos: a perda do sistema de dados aéreos pode resultar em leituras imprecisas de altitude e velocidade do ar. Embora a aeronave possa subir ou descer (dependendo da falha), ainda pode permanecer em sua rota de voo. A aeronave pode sofrer uma parada aerodinâmica devido a uma leitura de velocidade no ar erroneamente alta. Nesse caso, a aeronave pode parar e cair perto de sua localização atual. A alternativa é que a velocidade do ar seja erroneamente baixa e a aeronave mergulhe para velocidade, colidindo com o solo. Em ambos os casos, a navegação lateral é mantida. A perda de dados do ar por um período prolongado pode resultar em uma aeronave não controlada.
[00137] Há uma verificação antes do voo para confirmar a função do sensor de velocidade do ar para garantir a disponibilidade deste sistema. O estado do sistema de dados aéreos é monitorado durante o voo. Se uma anomalia do sistema de dados aéreos for rapidamente identificada durante o voo, a aeronave poderá ser pousada na propriedade do operador ferroviário. A zona de aterrissagem tem 66 pés (20,1168 m) de diâmetro e está dentro do corredor de +/-100 pés (30,48 m) de propriedade privada.
[00138] Falha no sistema de reconhecimento da situação do tráfego aéreo: perda da alimentação de dados do SBS e/ou perda da rede local de sensores ou falha local do sensor que corrompe a função de fusão de dados pode levar a exibição imprecisa do tráfego aéreo que pode resultar em colisão no ar. A tripulação de voo pode monitorar a saúde do sistema. Isso inclui o monitoramento dos indicadores do sistema, a progressão de vias de metas cooperativas e não cooperativas e a sincronização de horário com o servidor do sistema. Se uma anomalia for rapidamente identificada durante o voo, a aeronave poderá ser pousada na propriedade. A zona de aterrissagem tem 66 pés (20,1168 m) de diâmetro e está dentro do corredor de +/-100 pés (30,48 m) de propriedade privada.
[00139] Falha na propulsão: uma falha no sistema de propulsão com o piloto automático ainda funcionando permite que o piloto controle o pouso. Ao girar com um ângulo de inclinação de 20 graus, o UA pode descer com um raio de giro de 665 pés (202,692 m).
[00140] A Tabela 6 abaixo resume a quantidade de desvio do corredor da rota de voo com maior probabilidade de ocorrer se uma única falha ocorrer (a diagonal da tabela) e se ocorrerem duas falhas. Essas informações podem ser usadas para desenvolver as probabilidades na Tabela 7 abaixo, que podem ser usadas na Seção 6 para determinar o risco de o UAS impactar/atingir pessoas no chão.
Tabela 6. Falhas e seus desvios resultantes nos piores casos em pés Voar Falha Dist. Elé. SAS de GPS Enlace Voz Computador Sensor Dados Falha de para de (lista de tráfego perdido Perdido perdida em voo IMU aéreos propulsão longe GCS verificação) aéreo Voar para 166 166 166 166 166 3200 3200 166 166 166 3200 longe Falha de 66 66 66 66 3200 3200 100 66 66 665
GCS
GPS 66 66 66 3200 3200 600 66 66 665 perdido Enlace 66 66 3200 2733750 600 66 66 665 Perdido Voz 66 3200 3200 600 66 66 665 perdida Dist. Elé. 3200 3200 3200 3200 3200 3200 Computador 3200 3200 3200 3200 3200 em voo
Sensor IMU 600 600 600 665
Dados 66 66 665 aéreos
SAS de tráfego 66 665 aéreo
Falha de 665 propulsão
[00141] Usando as informações desenvolvidas acima, é estimada a taxa de ocorrência de três magnitudes diferentes de incidentes de desvio. O primeiro é um desvio de 166 pés (50,5968 m), o segundo é um desvio de 3200 pés (975,36 m) e o terceiro é um desvio mais longo, no qual o UAS é considerado desonesto ou descontrolado (cenário voando para longe). Qualquer desvio menor que um desvio de 100 pés (30,48 m) do curso é considerado parte normal das operações do UAS.
[00142] A Tabela 7 mostra as porcentagens para as ocorrências de diferentes desvios com base nesta análise. Observe que a ocorrência mais provável, no total, é de até 3200 pés (975,36 m), mas superior a 166 pés (30,48 m). No entanto, sob uma única falha, é mais provável que o UAS não sofra um desvio. Tabela 7. Porcentagens de eventos de desvio com base na análise de confiabilidade Porcentagem Porcentagem Porcentagem Incidente de de ocorrência de ocorrência de ocorrência desvio de falha de falhas total única múltiplas Sem desvio (<100 pés) 33,3% 72,7% 25,5% (30,48 m) 100-166 pés (30,48- 12,1% 9,1% 12,7% 50,5968 m) 167-3200 pés (50,9016- 53,0% 18,2% 60,0% 975,36 m) >3200 pés 1,5% 0% 1,8%
(975,36 m)
[00143] Como observado acima, supõe-se que uma única falha tenha uma chance de 0,01 e que várias falhas tenham uma chance de 0,0001 (ou seja, 1% e 0,01%, respectivamente) por hora de voo. Assim, combinando essas premissas com as estimativas da Tabela 7, podemos estimar a probabilidade de desvio do caminho prescrito para as diferentes magnitudes de desvio. Eles estão listados na Tabela 8. Tabela 8. Probabilidade de se desviar do caminho prescrito para diferentes magnitudes de desvio Porcentagem Incidente de de Incidente desvio de desvio PDI 100-166 pés (30,48- 9,22 x 10-4 50,5968 m) 167-3200 pés (50,9016- 1,88 x 10-3 975,36 m) >3200 pés 1,82 x 10-6 (975,36 m)
[00144] Com base nesta análise, e devido ao projeto deste UAS, desvios mais curtos são muito mais prováveis de ocorrer do que desvios desonestos maiores. Como a probabilidade de uma falha de desvio não autorizada é magnitudes abaixo da dos outros dois, ela é ignorada por enquanto. A probabilidade de ocorrência de desvio é, portanto, PDI = 9,22 x 10-4 + 1,88 x 10-3 = 2,80 x 10-3.
[00145] A seção a seguir descreve as premissas usadas na análise de colisão próxima ao meio do ar, bem como uma discussão dos métodos para calcular o risco associado.
[00146] As principais premissas nesta análise são as seguintes: (1) A densidade do tráfego aéreo está correlacionada com a classe de espaço aéreo - a Classe B tem o maior tráfego, depois a Classe C, D, E. A Classe G tem a menor densidade de tráfego. (2) A densidade do tráfego aéreo é inferior a 400 pés (121,92 m) AGL. (3) O tráfego aéreo abaixo de 400 pés (121,92 m) é uniformemente perturbado dentro de uma determinada classe de espaço aéreo. (4) Incidentes de desvio não são contabilizados na determinação do risco de NMAC.
[00147] Uma colisão perto do meio do ar (NMAC), conforme definida pela AIM (7-6-3), é "um incidente associado à operação de uma aeronave na qual uma possibilidade de colisão ocorre como resultado da proximidade de menos de 500 pés (152,4 m) para outra aeronave, ou um relatório é recebido de um piloto ou de um membro da tripulação de voo, informando que existia um risco de colisão entre duas ou mais aeronaves."
[00148] Para esta avaliação de risco, um volume NMAC é modelado como uma esfera ao redor da aeronave. Um NMAC ocorre se as esferas ao redor de duas aeronaves se cruzarem. O volume NMAC para a UA é uma esfera com um raio de 500 pés (152,4 m). Como o UA possui uma extensão de asa de ~ 15 pés (4,572 m), essa esfera encapsula o próprio UA e inclui um buffer de 500 pés (152,4 m). O volume NMAC para aeronaves tripuladas é uma esfera com um raio de 700 pés (213,36 m). Como a extensão de asa dos aviões comerciais é de aproximadamente 200 pés 60,96 m), isso encapsula a maior das aeronaves tripuladas e também inclui o buffer de 500 pés
(152,4 m).
[00149] Para esta avaliação de risco, supõe-se que o tráfego aéreo seja uniformemente perturbado dentro de uma determinada classe de espaço aéreo. Isso permite o cálculo da probabilidade de colisão usando um modelo geométrico (espacial) básico. Sob essa suposição, o espaço aéreo é modelado como uma coleção de células da grade. Dentro de cada célula, o tráfego aéreo é aproximado como tendo uma densidade constante.
[00150] Supõe-se também que, exceto no espaço aéreo imediatamente próximo aos aeroportos, a densidade do tráfego aéreo seja menor para altitudes abaixo da altitude do padrão de tráfego (~ 800 pés (243,84 m) AGL) e ainda mais baixo a 400 pés (121,92 m) AGL devido a 14 CFR 91.1 19.
[00151] Na realidade, existem áreas com maiores concentrações de aeronaves. É mais provável que as aeronaves sigam certas rotas (victor airways, rotas IR e VR e trajetos diretos entre aeroportos). Normalmente, existe uma densidade mais alta perto dos aeroportos, particularmente aqueles próximos a áreas mais populosas e os que justificam designações de espaço aéreo de classe C e B. No entanto, essa variação no ambiente só pode ser contabilizada com dados específicos do local, que não estão prontamente disponíveis e uso de modelagem mais complexa.
[00152] A Tabela 9 fornece a frequência estimada de tráfego aéreo em diferentes classes de espaço aéreo em unidades de aeronave por milha cúbica por hora. Esses valores podem ser usados para calcular a exposição ao risco para colisões próximas ao ar em diferentes classes de espaço aéreo.
Tabela 9. Frequência de tráfego aéreo abaixo de 800 pés (243,84 m) AGL por classe de espaço aéreo Frequência próxima ao solo Classe de espaço aéreo (nm^3/hr) (<800 pés (243,84 m) AGL) Classe B 50 Classe C 30 Classe D 15 Classe E 10 Classe G 5 Média US 0,68¹
[00153] A Figura 12 ilustra um risco de colisão de meio de ar próximo não mitigado 1200 exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do risco não mitigado de colisão próximo do meio do ar 1200 mostrado na Figura 12 é apenas para ilustração. Outras modalidades do risco de colisão próxima ao meio do ar não mitigado poderiam ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00154] A frequência do tráfego aéreo dentro de uma milha náutica cúbica (por hora) é aplicada a uma célula de 1 nm (1852 m) por 1 nm (1852 m) por 800 pés (243,84 m). Essa redução de área torna os valores da densidade do tráfego aéreo conservadores. As colisões próximas ao meio do ar quase ocorrem quando uma das aeronaves viola o volume NMAC da outra. Para estimar essa probabilidade, foi realizada uma simulação de Monte Carlo, na qual um bilhão de pares de pontos aleatórios foram selecionados dentro de uma célula do espaço aéreo, como mostra a Figura 12. A taxa na qual a distância entre esses pares de pontos era menor que 700 pés
(213,36 m) foi calculada. Os critérios estabelecidos para o NMAC foram atendidos a uma taxa de 39%. Esse valor, 3,9 x 10-1, pode ser chamado de risco geométrico para NMAC. Isso representa o risco não mitigado de quase colisão no ar para todas as classes de espaço aéreo.
[00155] Deve-se notar que esta é uma estimativa muito conservadora. Supõe-se que um evento NMAC possa ocorrer em todas as instâncias abaixo de 1.200 pés (365,76 m) (menos de 500 pés (152,4 m) é devido a um evento NMAC duplo). No entanto, na realidade, as posições das aeronaves seguem trajetórias, portanto, qualquer valor abaixo de 1.200 pés (365,76 m) já teria desencadeado um evento NMAC para a aeronave tripulada. Este é um artefato da simulação de Monte Carlo.
[00156] Novamente, uma suposição fundamental dessa avaliação de risco é que as atenuações de segurança empregadas para essas operações são completamente eficazes. Se nenhum deles falhar, um NMAC não ocorre. Um cenário de pior caso é aquele em que todas as possíveis falhas no sistema de mitigação ocorrem de acordo com as premissas da Tabela 5. A Tabela 10 abaixo apresenta a probabilidade de NMAC para diferentes classificações de espaços aéreos usando os valores e as premissas de exposição acima. Tabela 10. Probabilidade de NMAC para classificações do espaço aéreo Classe de espaço aéreo PNMAC Classe B 3,81 x 10-9 Classe C 2,29 x 10-9 Classe D 2,29 x 10-8 Classe E 3,05 x 10-7
Classe G 3,81 x 10-7
[00157] A Figura 13 ilustra uma zona de risco para pedestres exemplar 1300 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da zona de risco para pedestres 1300 mostrada na Figura 13 é apenas para ilustração. Outras modalidades da zona de risco para pedestres podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00158] A seção a seguir descreve as premissas usadas na análise de impactar pessoas do solo, bem como uma discussão dos métodos para calcular o risco associado.
[00159] As principais premissas nesta análise são as seguintes: (1) todas as pessoas no terreno estão desprotegidas. (2) A população terrestre está correlacionada com a classe de espaço aéreo - a Classe B encontra-se em áreas metropolitanas, a Classe C encontra-se em áreas urbanas, a Classe D em áreas suburbanas, as Classes E e G em áreas rurais. (3) A população terrestre é uniformemente perturbada dentro de uma determinada classe de espaço aéreo. (4) Qualquer pessoa que esteja nas vias da estrada férrea é um participante ativo da operação. Os invasores não são tratados como um caso especial - eles estão envolvidos em atividades ilegais e aceitaram riscos associados. (5) Presume-se que os seres humanos nos cruzamentos não estejam abrigados e sejam contabilizados na distribuição uniforme da densidade populacional. Isso é conservador. (6) Os incidentes de desvio de curso são contabilizados na determinação de riscos para as pessoas no solo.
[00160] Para esta avaliação de risco, supõe-se que a população seja uniformemente perturbada dentro de uma determinada classe de espaço aéreo. Isso permite o cálculo da probabilidade de colisão usando um modelo geométrico (espacial) básico. Dada a rota de voo da operação do UAS, uma zona de risco de solo é modelada em ambos os lados da trajetória, como mostrado na Figura 13. O comprimento de cada segmento de zona é de 1 milha (1,6 km) e a largura é determinada pelos recursos de deslizamento do UAS. Em certas modalidades, a UA pode deslizar 3.200 pés (975,36 m) a partir de uma altitude inicial de 400 pés (121,92 m) AGL. O risco geométrico de um pedestre por milha é a proporção da área de um ser humano típico com a área do segmento em questão. Para o cálculo, supõe-se que a área de um ser humano (como visto de cima) seja de 2,25 pés quadrados (0,2090318 m²). O valor de risco geométrico resultante é 6,66 x 10-8 por segmento.
[00161] Dada uma rota de voo, as densidades populacionais ao longo da rota podem ser estimadas na área diretamente adjacente ao caminho. Para esta avaliação de risco, a densidade populacional associada a diferentes classes de espaço aéreo foi estimada com base em dados censitários exemplares para áreas representativas. A Tabela 11 lista essas estimativas populacionais. Tabela 11. População assumida por segmento por classificação do espaço aéreo Classe de espaço aéreo População por segmento Classe B 10000 Classe C 1000 Classe D 100 Classe E 10 Classe G 1
[00162] Considerando o pior cenário em que todos os sistemas de mitigação falham, a probabilidade calculada de atingir um humano para diferentes classes de espaço aéreo com populações assumidas por segmento, para os valores da população assumida, é apresentada na Tabela 12. Esses valores são a densidade populacional de um segmento aplicada ao risco geométrico e refletem a magnitude do risco não mitigado de atingir um humano. Uma análise mais precisa usaria partes dos dados do bloco censitário (ou dados de outra fonte, como uma varredura terrestre) coletados ao longo de uma rota de voo específica. Tabela 12. Risco geométrico para pessoas no solo para classificações do espaço aéreo Riscos não mitigados para Classe de espaço aéreo pedestres Classe B 6,66 x 10-4 Classe C 6,66 x 10-5 Classe D 6,66 x 10-6 Classe E 6,66 x 10-7 Classe G 6,66 x 10-8
[00163] Uma suposição fundamental dessa avaliação de risco é que as atenuações de segurança empregadas para essas operações são completamente eficazes. Se nenhum deles falhar, um NMAC não ocorrerá. Um cenário de pior caso é aquele em que todas as possíveis falhas no sistema de mitigação ocorrem de acordo com as premissas da Tabela 5. A Tabela 13 abaixo apresenta a probabilidade de atingir uma pessoa no solo para diferentes classificações de espaços aéreos usando os valores e suposições de cima. Tabela 13. Risco Mitigado para Pessoas em Terra pela Classificação do Espaço Aéreo
Classe de espaço aéreo PSH/DI Classe B 7,49 x 10-6 Classe C 7,49 x 10-7 Classe D 7,49 x 10-8 Classe E 7,49 x 10-9 Classe G 7,49 x 10-10
[00164] Supõe-se que a probabilidade de atingir um humano no solo também dependa também de um incidente. O UAS não pode atingir um ser humano não participante, a menos que se desvie de seu curso. Assim, métodos para avaliar a confiabilidade do SAA, além dos sistemas de mitigação discutidos, devem ser desenvolvidos. Em geral, essa é uma tarefa difícil, porque há dados muito limitados ou não existem dados para fazer uma avaliação precisa da confiabilidade dos componentes do UAS. Como tal, estimativas devem ser feitas.
[00165] Assim, agora podemos calcular PSH = PSH\DI PDI> onde PDI foi definido acima nos parágrafos [00150] -
[00151] e apresentar a Tabela 14 para incluir a probabilidade de incidente de desvio. Tabela 14. Probabilidade de atingir um ser humano pela classificação do espaço aéreo, devido a um incidente de desvio Classe de espaço aéreo PSH Classe B 4,19x 10-9 Classe C 4,19x 10-10 Classe D 4,19x 10-11 Classe E 4,19x 10-12 Classe G 4,19x 10-13
[00166] Algumas estimativas sugerem que o risco inerente do NMAC para o voo VFR da Aviação Geral no NAS é de aproximadamente 1,33 x 10-7 por hora. Essa avaliação de risco, que utilizou premissas conservadoras, indica que a operação proposta do BVLOS está na ordem do nível de risco existente e não pode aumentar substancialmente o risco no NAS.
[00167] As estimativas de risco de morte ao serem atingidas por qualquer objeto em queda são de aproximadamente 1,44 x 10-9 por hora (3 x 10-6 por ano)². Essa avaliação de risco, que utilizou premissas conservadoras, indica que a operação proposta do BVLOS pode não aumentar substancialmente o risco para as pessoas no solo. A Tabela 15 fornece um resumo da análise de risco operacional. Tabela 15. Resumo da Análise de Risco Operacional Probabilidade de Probabilidade do NMAC entre UAS e Classe de espaço UAS impactar aeronave aéreo humanos no solo tripulada (por (por hora) hora) Classe B 3,81 x 10-9 4,19 x 10-9 Classe C 2,29 x 10-9 4,19 x 10-10 Classe D 2,29 x 10-8 4,19 x 10-11 Classe E 3,05 x 10-7 4,19 x 10-12 Classe G 3,81 x 10-7 4,19 x 10-13
[00168] A Figura 14 ilustra uma interface de espaço aéreo de corredor seguro (SCA) exemplar 1400 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da interface SCA 1400 mostrada na Figura 14 é apenas para ilustração. Outras modalidades da interface SCA 1400 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00169] As Figuras 15A, 15B e 15C ilustram condições de trilho com falha exemplares 1500, 1501 e 1502 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. As modalidades das condições de trilho com falha 1500, 1501 e 1502 mostradas na Figura 15 são apenas para ilustração. Outras modalidades das condições de trilho com falha 1500, 1501 e 1502 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00170] A condição defeituosa 1500 é chamada de trilho quebrado ou espaço entre trilhos. A condição defeituosa 1500 é causada pelo resfriamento rápido está uma área que separa o trilho.
[00171] A condição defeituosa 1501 é chamada de lastro sujo. A condição defeituosa 1501 é causada pelo acúmulo de lama nas ligações ferroviárias. O lastro sujo causa erosão da base dos trilhos e amarras. Como o lastro retira a força do trem do trilho, o acúmulo de lama faz com que o lastro ofereça menos perdão ao trilho. A falta de perdão causa estresse aos componentes do trilho, como amarras, e potencialmente pode afrouxar ou sair do trilho. O lastro com incrustação pode ser determinado quando a prevalência de novos não-rastros aparecer na imagem ou se as amarras estão cobertas.
[00172] A condição defeituosa 1502 é chamada de trilho curvo, trilho ondulado ou trilho desalinhado. A condição defeituosa 1502 é causada por um movimento severo do trilho devido ao aquecimento rápido. O trilho expande uma quantidade devido ao calor que faz com que o trilho seja empurrado para fora. A expansão dos trilhos causa desvios nas medições entre os trilhos.
[00173] As condições defeituosas 1500, 1501 e 1502 podem ser detectadas comparando a imagem com uma imagem do trilho anterior e também comparando a imagem com uma imagem ou série de imagens do trilho tiradas anteriormente.
[00174] Todas as condições defeituosas 1502 são analisadas para alterações na coloração de pixels, densidade de pixels e quantidade de pixels entre componentes indicando uma distância, etc. Uma alteração é identificada quando uma das alterações ocorre entre imagens sucessivas em um único voo e também identificada quando uma das alterações ocorre nas imagens do mesmo trilho de diferentes voos UAV.
[00175] As condições defeituosas também podem ser detectadas com base em medições específicas. Por exemplo, um padrão para a largura do trilho é 1435 mm (4 pés 8,5 pol). Nesta modalidade, quando a imagem tirada mostra que o trilho se desvia de 1435 mm, uma condição de falha do trilho curvo 1502 é detectada.
[00176] A fim de evitar detecções falsas ou não substanciais, um limite pode ser atribuído para cada condição defeituosa 1500, 1501 e 1502. Por exemplo, um padrão para um espaço entre os trilhos sucessivos é 14,30 mm. Para fins de inclusão de tolerância, um limite de folga pode ser de 14,50 mm. Quando um intervalo é detectado abaixo de 14,50 mm, o sistema não identifica um intervalo.
[00177] Além disso, o sistema pode identificar um comprimento de cada trilho e usá-lo para validar diferentes folgas. Por exemplo, um comprimento padrão de trilho é de 39 pés (11,8872 m). Para esse trilho de comprimento, o sistema pode usar o limite de intervalo em um intervalo que corresponderia a cada trilho. Na modalidade do trilho de 39 pés (11,8872 m), o sistema poderia usar o limite de folga para compensar as folgas entre os trilhos, mas usar um limite de folga muito menor entre as faixas. Por exemplo, o sistema usaria 5 mm como um limite de folga para uma distância de uma extremidade do trilho superior a 1 pé (0,3048 m) e usaria um limite de 15 mm para uma distância para uma extremidade do trilho igual ou inferior a 1 pé (0,3048 m).
[00178] O sistema também faz determinação ou falha com base na criticidade da falha. Certas falhas podem ser consideradas críticas ou preventivas. Falhas críticas são falhas que podem potencialmente atrapalhar ou danificar um trem ou impedir significativamente o movimento do trem. Falhas de advertência são falhas que requerem manutenção, mas não representam risco de descarrilamento, dano ou impedimento significativo do trem.
[00179] A Figura 16 ilustra um conceito exemplar de operações 1600 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do conceito de operações 1600 mostrada na Figura 16 é apenas para ilustração. Outras modalidades do conceito de operações 1600 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00180] Diferentes conceitos de operações 1600 incluem, entre outros, inspeção suplementar de túnel e ponte 1605, sobrevoo contínuo dos ativos 1610, inspeção suplementar de via 1615 e voos complementares de integridade de via 1620.
[00181] A Figura 17 ilustra um ecossistema de UAS 1700 exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do ecossistema UAS 1700 mostrada na Figura 17 é apenas para ilustração. Outras modalidades do ecossistema UAS 1700 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00182] O ecossistema UAS inclui satélites 1705, módulos GPS 1710, hélice 1715, controle de voo 1720, controlador de motor 1730, motor 140, estrutura 1745, iluminação de posicionamento LED 1750, receptor RC 155, controle remoto 1760, suporte para câmera 1765, câmera 1770, transmissão de imagem ao vivo 1775, óculos de realidade virtual 1780, bateria de polímero de lítio 1785, etc.
[00183] Os satélites 1705 permitem a comunicação entre o UAS e o centro de controle de voo.
[00184] Um módulo GPS 1710 é um dispositivo capaz de receber informações de localização de um satélite GPS. O módulo GPS é usado tanto para rastrear o UAS quanto para seguir o plano de voo programado.
[00185] Uma hélice 1715 é acoplada rotativamente ao UAS e fornece o elevador ao UAS. As hélices são usadas para fins de decolagem e pouso. O UAS pode incluir uma pluralidade de hélices.
[00186] Um controle de voo 1720 inclui a programação para o plano de voo para a decolagem e aterrissagem do UAV. O controle de voo 1720 está instalado no UAS. O controle de voo 1720 controla as hélices de acordo com o plano de voo.
[00187] Um controlador de motor 1730 está incluído no UAS. O controlador do motor 1730 controla o motor 140 para
[00188] Um motor 140 fornece impulso para a frente para o UAS. O UAS pode incluir mais de um motor 140.
[00189] Uma estrutura 1745 do UAS fornece suporte e proteção para os componentes do UAS. A estrutura 1745 é estruturada de uma maneira que o UAS pode continuar a deslizar após falha dos componentes ou sistemas de impulso ou elevação.
[00190] A iluminação de posicionamento LED 1750 está instalada no UAS. A iluminação de posicionamento LED 1750 fornece indicação do UAS para outras aeronaves e identifica a localização do UAS. A iluminação de posicionamento LED também é benéfica para ambientes de baixa visibilidade, como túneis, nevoeiro, noite, etc.
[00191] Um receptor RC 1755 é um receptor sem fio embutido no UAS. O receptor RC pode se comunicar com torres ou outros satélites para receber sinais. O centro de comando transmite sinais para o UAS através do receptor RC 1755.
[00192] Um controlador remoto 1760 é instalado na estrutura 1745 do UAS ou se comunica através do receptor RC
1755. O controle remoto 1760 pode ser carregado com o plano de voo antes que o voo ocorra, ou pode receber um plano de voo atualizado ou ser controlador através do receptor RC
1755.
[00193] O suporte para câmera 1765 é usado para montar a câmera 1770. O suporte da câmera 1765 fornece suporte para a câmera 1770. O suporte da câmera 1765 pode ser anexado à base da estrutura 1745.
[00194] A câmera 1770 é usada para capturar dados de imagem e vídeo no sistema ferroviário. Mais de uma câmera e tipos diferentes de câmeras podem ser conectados ao UAS.
[00195] A câmera 1770 é usada para identificar redes de estradas ferroviárias para monitoramento. As imagens das ferrovias também podem ser usadas para regular o plano de voo. Em outras palavras, se as imagens não confirmarem a localização do UAV do plano de voo, o plano de voo poderá ser ajustado. O UAV também pode enviar uma indicação de discrepância ao centro de comando, indicando a diferença na localização determinada do plano de voo ou sensores versus a localização determinada da imagem.
[00196] A câmera 1770 também é usada para identificar falhas no sistema ferroviário. A câmera 1770 pode detectar uma obstrução do trilho, como um carro parado ou estacionado nos trilhos, lixo ou outros detritos, etc. Na detecção de falhas, a câmera 1770 pode ser usada para capturar imagens do trilho que são analisadas quanto a trilhos quebrados/folgas de trilho 1500, lastro com incrustação 1501, trilho curvo 1502, etc.
[00197] A transmissão de imagem ao vivo 1775 é realizada usando a câmera 1770 e o receptor RC 1755. As imagens/quadros capturados pela câmera 1770 podem ser transmitidos, como para o centro de comando. A transmissão de imagem ao vivo pode fornecer imagem ou vídeo em tempo real para que o usuário analise melhor uma situação de falha.
[00198] O óculos de realidade virtual 1780 pode ser usado por um operador no solo ou no centro de comando. Os óculos de realidade virtual podem exibir a imagem ao vivo transmitindo 1775 da câmera 1770.
[00199] A bateria de polímero de lítio 1785 está embutida na estrutura 1745 do UAS. A bateria 1785 pode ser usada para alimentar os diferentes componentes do UAS.
[00200] As Figuras 18 ilustram um exemplo de componentes de sistema UAS 1800 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade dos componentes do sistema UAS 1800 mostrados na Figura 18 é apenas para ilustração. Outras modalidades dos componentes do sistema UAS 1800 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00201] Os componentes do sistema UAS 1800 incluem, mas não estão limitados a, software 1805, UAS 1810, módulo de controle de rastreador 1815, piloto automático 1820, altímetro a laser acima de sensor de solo 1825, estação de controle de solo montada em rack 1830, etc.
[00202] O software 1805 pode ser instalado no UAS e no centro de comando. O software 1805 pode executar qualquer uma das funções descritas nesta aplicação.
[00203] UAS 1810 é o sistema aéreo não tripulado. O UAS sobrevoa o sistema ferroviário para monitorar a saúde dos trilhos. O UAS também monitora o trilho quanto a obstruções.
[00204] O módulo de controle do rastreador 1815 rastreia o UAS durante a operação. O módulo de controle do rastreador 1815 pode incluir o plano de voo e detectar quando o UAS está impedindo o plano de voo. O módulo de controle do rastreador 1815 pode atualizar o plano de voo, determinar um problema com o próprio UAS ou indicar um alarme para um usuário no centro de comando.
[00205] O piloto automático 1820 controla o UAS 1810. O piloto automático 1820 pode ser instalado no UAS ou no solo e transmitir as instruções através do receptor RC.
[00206] O sensor altímetro a laser acima do solo 1825 determina a altitude do UAS 1810. O altímetro a laser 1825 está em comunicação com o centro de comando.
[00207] Estação de controle de solo montada em rack 1830 A estação de controle de solo montada em rack 1830 fornece um centro de comando para o UAS 1810. A estação de controle 1830 pode controlar o plano de voo do UAS e monitorar o UAS enquanto executa o plano de voo.
[00208] As Figuras 19A, 19B e 19C ilustram UASs exemplares 1900, 1905, 1910 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade das UASs 1900, 1905, 1910 mostrada na Figura 19 é apenas para ilustração. Outras modalidades das UASs poderiam ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00209] A Figura 20 ilustra um sensor óptico exemplar 2000 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do sensor óptico 2000 mostrado na Figura 20 é apenas para ilustração. Outras modalidades do sensor óptico 2000 podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00210] As Figuras 21A e 21B ilustram limites de segurança UAS 2100 e 2101 exemplares de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade dos limites de segurança UAS 2100 e 2101 mostrados nas Figuras 21A e 21B são apenas para ilustração. Outras modalidades dos limites de segurança do UAS podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00211] As Figuras 22A e 22B ilustram imagens exemplares de sensor de integridade da via 2200, 2201 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade das imagens do sensor de integridade da via 2200, 2201 mostradas nas Figuras 22A e 22B são apenas para ilustração. Outras modalidades das imagens do sensor de integridade da via podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00212] Nas imagens 2200 e 2201, o UAS está monitorando os trilhos 2205. O UAS inspeciona cada junta 2210 quanto a possíveis falhas.
[00213] As Figuras 23A, 23B, 23C e 23D ilustram um potencial defeito de cabeça de trilho 2300 exemplar de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade do potencial defeito da cabeça de trilho 2300 mostrado na Figura 23 é apenas para ilustração. Outras modalidades do defeito potencial da cabeça de trilho poderiam ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00214] As imagens 2300, 2305, 2310 e 2315 ilustram um UAS detectando uma falha no trilho. Na primeira imagem 2300, o sistema UAS detecta uma possível falha. O sistema UAS amplia o zoom no trilho para capturar a imagem 2305. O sistema UAS repete o zoom para as imagens 2315 e 2320 até que uma condição de falha ou não falha seja identificada e confirmada. Uma condição de não falha é quando o trilho é determinado que não precisa de reparo.
[00215] A Figura 24 ilustra um diagrama de blocos exemplar da rede de controle 2400 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da rede de controle 2400 mostrada na Figura 24 é apenas para ilustração. Outras modalidades da rede de controle podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00216] A rede de controle 2400 inclui, mas não está limitada a, localização de operador fixa 2405, localização de operador de campo 2410, piloto automático 2415, UAS 2420, rede com fio 2425, torre 2430, rádio de banda de aviação 2435, etc. A rede de controle 2400 é usada para monitorar um sistema de trilhos quanto a falhas ou obstruções. O rádio de banda de aviação 2435 se comunica com outro veículo aéreo
2440, que pode ser tripulado ou não tripulado.
[00217] Uma localização de operador fixa 2405 é um centro de comando localizado permanentemente. A localização de operador fixa 2405 pode ser cabeada ou conectada sem fio a uma torre 2430 para comunicação com o UAV.
[00218] A localização de operador de campo 2410 é um centro de comando que está localizado temporariamente. Em outras palavras, a localização de operador de campo 2410 pode ser remota a partir do centro de comando e monitorar o UAS no campo. A localização de operador de campo 2405 é conectada sem fio a uma torre 2430 para comunicação com o UAS 2420. A localização de operador de campo 2410 também pode se comunicar ou controlar o UAS diretamente, sem o uso de uma torre. A localização de operador de campo 2410 também pode se comunicar com a localização de operador fixa 2405.
[00219] Um piloto automático 2415, embora ilustrado como localizado na localização de operador de campo 2410, também pode ser localizado na localização de operador fixa
2405. O piloto automático 2415 é usado para controlar o UAS
2420.
[00220] O UAS 2420 sobrevoa o sistema de trilhos, monitorando falhas ou obstruções. O UAS 2420 também pode incluir um piloto automático 2415. O UAS 2420 pode se comunicar diretamente com o piloto automático 2415 (se localizado na localização de operador de campo 2410) ou com os sistemas da localização de operador de campo 2410 ou nas torres 2430.
[00221] O UAS 2420 pode ser programado para permanecer em comunicação com uma pluralidade de torres, por exemplo, duas torres no mínimo. Isso significaria que seria necessária uma transferência para uma terceira torre antes de derrubar uma das duas torres conectadas. O UAS 2420 (ou o piloto automático 2415, sistemas na localização de operador fixa 2410 ou localização de operador de campo 2405) pode determinar o número de torres ou quais torres serão conectadas com base na intensidade do sinal, na qualidade do sinal, etc.
[00222] A rede com fio 2425 conecta a localização de operador fixa com a pluralidade de torres 2430. As torres 2430 são conectadas individualmente às outras torres através da rede com fio 2425. Como as torres 2430 estão conectadas à rede com fio 2425, a localização de operador de campo 2410 pode permanecer em comunicação com o UAS 2420 após o UAS ter ultrapassado o alcance do sinal sem fio da localização de operador de campo 2410.
[00223] A torre 2430 transmite e recebe sinais sem fio com o UAS, as outras torres 2430 e os sistemas da localização de operador de campo 2410. As torres 2430 também estão conectadas à rede com fio 2425 para comunicação com a localização de operador fixa 2405 e as outras torres 2430.
[00224] A Figura 25 ilustra uma rede de controle de sistema de direito de passagem/aéreo exemplar 2500 de acordo com as várias modalidades da presente divulgação. A modalidade da rede de controle de sistema de direito de passagem/aéreo 2500 mostrada na Figura 25 é apenas para ilustração. Outras modalidades da rede de controle de sistema de direito de passagem/aéreo podem ser usadas sem se afastar do escopo desta divulgação.
[00225] A rede de controle de sistema de direito de passagem/aéreo 2500 inclui, mas não está limitada a, UAS
2505, uma torre primária 2510, uma torre secundária 2515, sistema de controle de solo 2520, um piloto automático 2530, um RTK 2545, um transceptor de torre sem fio 2550, um transceptor sem fio UAV 2555 e um piloto automático 2560, etc.
[00226] As implantações de longo alcance do UAS concentraram-se em operações militares no espaço aéreo militar ou no teatro de combate estrangeiro, onde as regras relativas à aviação comercial não são tão prevalecentes. A precisão da localização da aeronave, a evasão do terreno, a latência de controle e comunicação/comando e as considerações da carga útil da aeronave são radicalmente diferentes e, em muitos casos, não são aplicáveis a uso comercial, baixa altitude, uso doméstico.
[00227] No desenvolvimento dos caminhos/meios para prosseguir as operações de voo de longo alcance, foi criada uma solução de sistemas que possuía várias características principais: Primeiro, a rede de controle 2500 fornece a capacidade de ingerir dados de tráfego aéreo FAA (quando disponíveis) e mesclar os dados com dados adicionais de tráfego aéreo e obstrução coletados de dados de informações geográficas proprietárias e receptores de voz/dados de aviação suplementares montados nos vários locais de torres no caminho certo. Segundo, garantia de navegação para a aeronave e os vários sensores de coleta de dados - abaixo de 500 pés (152,4 m) AGL, a rede de controle 2500 montada na figura 25 fornece aos planejadores de missão e aos pilotos a garantia de navegação que ajuda a evitar o terreno, precisão de navegação, foco no sensor/carga útil e precisão de localização e altitude acima de validação de solo. A soma das partes do RTK 2545, UAS 2505, PCC 2530, transceptor de torre sem fio 2550, transceptor sem fio de UAV 2555, sistema de controle de solo 2520, torre primária 2510 e torre secundária 2515 fornece essa percepção para que planos remotos tenham perspectiva do desempenho da aeronave, o ambiente, a precisão do voo, o desempenho do sensor e a conformidade com os regulamentos de aviação da FAA e nossos requisitos de voo. Por fim, se surgir uma situação de emergência ou mau funcionamento, a soma dos sistemas permitirá que o piloto aterrize com segurança o avião no direito de passagem. Terceiro, além da rede usada para transmitir/receber dados do receptor de torre sem fio 2550 e do receptor sem fio UAV 2555, bem como do piloto automático 2560 e controle de solo 2520, um rádio de banda de aviação 2435 é montado perto de qualquer aeroporto próximo a 2510 e 2515, que fornece ao piloto a capacidade de se comunicar com outros aviões nas proximidades do aeroporto e, portanto, evita interações de baixa altitude perto de aeroportos rurais/sem torre - um recurso crítico de segurança e bastante exclusivo para essa implantação.
[00228] A Figura 26 ilustra um exemplo de processo para inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado de acordo com várias modalidades da presente divulgação. Por exemplo, o processo 2600 pode ser executado usando o UAS.
[00229] Na operação 2605, o sistema executa a visão ferroviária. A visão ferroviária inclui o processamento de imagens local ou remotamente para a detecção de obstruções ou falhas no sistema ferroviário. A visão ferroviária também inclui armazenar os resultados localmente e transferir os resultados para arquivamento no centro de comando. O sistema transmite, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo. O sistema ferroviário pode incluir uma pluralidade de trilhos através de uma localização geográfica. A rota de voo é a trajetória do UAV para monitorar o sistema ferroviário. A rota de voo pode incluir voar ao longo de vias, em torno de pontes, através de túneis, etc. A rota de voo pode começar e terminar em um local definido ou em locais diferentes.
[00230] Na operação 2610, o sistema monitora o sistema ferroviário para detecção de componentes da via e outros recursos. O sistema pode receber, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário. O UAV pode ser conectado a várias torres, com um montante mínimo de duas torres. As torres de comunicação podem ser conectadas com base na intensidade do sinal, na qualidade do sinal etc. A pluralidade de torres de comunicação inclui um rádio de banda de aviação configurado para comunicar dados com outros veículos aéreos.
[00231] O sistema pode detectar uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos. Os dados recebidos podem incluir dados de outras fontes, como um aeroporto local da FAA, outros veículos aéreos, etc. Os dados recebidos podem ser combinados com os dados do operador para diminuir a mudança de colisão ou interferência com o UAV ou no plano geral de voo. Os dados recebidos podem incluir dados atuais de tráfego aéreo, dados de obstrução, dados geográficos, dados de voz da aviação, dados climáticos, etc.
[00232] Na operação 2615, o sistema executa rotas de voo em grupo. As rotas de voo do grupo incluem mudança de rumo ou velocidade e ajuste para evitar folgas na sobreposição da imagem.
[00233] Na operação 2620, o sistema executa a costura da imagem. Imagens consecutivas são unidas para uma compreensão completa do sistema ferroviário. A costura da imagem também fornece alinhamento adequado para análises.
[00234] Na operação 2625, o sistema realiza o pós- processamento nas imagens. Os resultados das imagens, incluindo localização geográfica, hora, etc., são coletados da câmera e do receptor GPS. O sistema pode detectar uma falha ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos. Uma lógica de janela rolante para defeitos é usada. A lógica da janela de rolagem está comparando imagens consecutivas ou sucessivas para alterações na cor do pixel, densidade do pixel, comprimento do pixel entre os trilhos, etc. O sistema reconhece que a cor e a densidade de pixels de um trilho são diferentes da cor e da densidade de pixels de uma amarra de trilho, lastro, componente do ambiente circundante (por exemplo, rochas, sujeira, lama), etc. O sistema também reconhece distâncias de componentes comuns. Por exemplo, o sistema reconhece a distância entre os trilhos e a distância entre os trilhos, etc. Na operação 2630, o sistema executa a geração de relatórios. A geração do relatório inclui navegação em HTML e exibição em KML. O relatório pode ser publicado em qualquer formato conhecido, incluindo PDF, CSV etc.
[00235] Na operação 2635, o sistema realiza a transferência de dados. Os dados são armazenados em um armazenamento local no UAS, que é removido ou baixado em um dos locais fixos do operador ou na localização de operador de campo.
[00236] Embora a Figura 26 ilustra um exemplo de um processo 2600 para inspeção de ativos ferroviários usando um veículo aéreo não tripulado, várias alterações podem ser feitas na Figura 26. Por exemplo, embora representadas aqui como uma série de etapas, as etapas do processo podem se sobrepor, ocorrer em paralelo, ocorrer em uma ordem diferente ou ocorrer várias vezes.
[00237] Certas modalidades da presente divulgação são baseadas em um UAS capaz de decolagem e aterrissagem vertical. Entre outras coisas, o UAS inclui um sistema de piloto automático que faz interface com a infraestrutura de controle e comando de sistema. O UAS também processa informações de navegação geradas a partir de sistemas de informações geográficas e suporta vários sensores a bordo que fornecem informações de localização. Em particular, esses sensores são capazes de transmitir e receber informações com um farol de navegação a bordo (ADSB) e um transponder de modo C ou equivalente.
[00238] Modalidades do UAS têm capacidade de geração de energia elétrica a bordo suficiente para fornecer energia confiável a todos os outros sistemas da aeronave, como os subsistemas de sensores, comunicações e controle. Além disso, o UAS preferencialmente possui capacidade de combustível líquido suficiente para suportar durações de voo superiores a 8 horas. O UAS também possui a capacidade de carga útil necessária para suportar vários sensores para a coleta de informações e os subsistemas de comunicação e controle precisam passar essas informações em tempo real para um centro de operações de voo. O UAS preferencialmente também inclui meio de armazenamento de informações a bordo para armazenamento local das informações coletadas. Além disso, o sistema inclui subsistemas a bordo e externos para facilitar as manobras de emergência e o pouso do UAS no corredor de voo.
[00239] Em geral, os sensores de bordo tiram fotos de localização precisas de alta resolução, pelo menos duas vezes por segundo e ¼ pés (0,0762 metros) ou mais de resolução da altitude operacional. De preferência, o sistema de sensor também possui capacidade computacional local integrada, seu próprio sistema de navegação e capacidade de comunicação independente para comunicação com outros subsistemas de bordo, incluindo o piloto automático. Os sensores podem incluir um sensor fotográfico, uma câmera de vídeo, um termovisor e/ou um sensor multiespectral. Em particular, o sistema de sensores inclui uma câmera de vídeo diurna e noturna em tempo real para conscientização de situação de piloto, que inclui pelo menos alguma capacidade limitada de proteção em tempo real.
[00240] O sistema também inclui software focado na detecção de trilhos e análise de condições de direito de passagem, que oferecem vantagens na inspeção de ativos lineares, como vias, pontes e similares. Entre outras coisas, o software de sistema, tanto a bordo quanto remoto, inclui software de visão de máquina treinado para entender e reconhecer condições críticas em uma área com pelo menos duas fronteiras lineares. O software de sistema também é capaz de validar condições funcionais normais na área linear.
[00241] Mais especificamente, o software de bordo é executado no UAS em uma linha entre os sensores e os sistemas de comunicações baseados em solo. O software de bordo processa os dados coletados pelos sensores, que são carregados nos sistemas computacionais baseados em solo que, por sua vez, emitem dados quantitativos e qualitativos sobre o que os sensores viram. O sistema de software processa dados em massa, cria outro conjunto de dados localizados geograficamente e, em seguida, cria um terceiro conjunto de dados. O software de sistema finalmente cria vários relatórios associados aos dados de interesse, cria um arquivo de localização geográfica que permite que os usuários mapeiem facilmente a localização das condições de interesse selecionadas. De preferência, os dados em massa permanecem não processados e os receptores recebem apenas dados utilizáveis de que realmente precisam.
[00242] O software de sistema também inclui software de informações de campo, que pode ser usado separadamente deste sistema ou mesmo com vários UASs. O software de informações de campo incorpora um algoritmo que mapeia a funcionalidade e determina em que ordem o software deve executar operações, o que elimina vantajosamente os erros humanos. Em particular, o software de informações de campo recebe a mídia gerada pelo sistema de sensor, transfere esses dados para um laptop ou outro sistema de processamento e, em seguida, inicia o software local. O software local codifica, rotula e transfere automaticamente os dados para uma unidade e arquivos e transmite adequadamente esses dados para quem os precisar (por exemplo, diferentes departamentos de uma organização). O software de informações de campo pode ser usado para quaisquer dados coletados relacionados a uma localização de campo. O software de informações de campo é preferencialmente baseado em um sistema em rede, incluindo um servidor ou conjunto de dispositivos de hardware. Em algumas modalidades, o software de informações de campo é executado após a conclusão de um voo pelo UAS (isto é, executa o processamento de dados pós voo). Os dados podem ser distribuídos entre os recursos em rede, que executam análises adicionais e garantem que os dados sejam codificados e armazenados adequadamente. Isso ajuda a manter uma cadeia de custódia e minimiza os erros de dados.
[00243] Direitos de passagem, corredores e torres são fatores importantes em um sistema de inspeção de ferrovias aéreas. O presente sistema acessa os canais de 900 MHz utilizados para o Sistema de Controle Automático de Trens (ATCS) implementado através do AAR, embora esse não seja um requisito estrito para a prática dos presentes princípios. O hardware e o software de sistema atual são otimizados para usar o canal AAR de baixa largura de banda de uma maneira altamente funcional. Para sistemas que usam os canais AAR preferenciais, o usuário normalmente requer uma licença, e controles Ethernet redundantes, incluindo os canais apropriados para se comunicar com o UAS. Estes podem ser implementados com ativos de telecomunicações ferroviárias.
[00244] O UAS é preferencialmente uma aeronave de decolagem e aterrissagem vertical e opera (incluindo pousos) em qualquer lugar ao longo de uma rede de ativos ferroviários. Uma vez que o UAS está no ar, o piloto comanda o piloto automático para iniciar o voo. O voo começa e UAS voa de acordo com uma rota programada por sistemas de informações geográficas para uma linha de via férrea real e segue essa linha. Em outras palavras, quando o piloto aciona o piloto automático, o software de sistema assume o controle e voa o UAS o mais próximo possível uma vez na via. O sistema de software também permite automaticamente que os sensores comecem a tirar duas fotos por segundo da via. Ao mesmo tempo, os sistemas de sensor e software controlam a inclinação, guinada e rotação do UAS, de modo que o sensor ou sensores apropriados permaneçam focados e posicionados sobre a via para garantir a resolução necessária e as imagens sobrepostas. Se o software de análise determinar, após o voo, que não houve sobreposição suficiente, ou se seções da via foram perdidas devido à ocupação do direito de passagem, a rota é rapidamente retomada e o sensor tira mais imagens.
[00245] Enquanto o piloto automático está ligado e o sensor está tirando fotos, o sistema de controle do UAS utiliza o GPS baseado no espaço e, quando disponível, correção de erros de GPS no solo, para manter o UAS posicionado sobre a linha e manter a altitude operacional e conformidade de rota de voo linear, que garante a resolução do sensor e a conformidade com os requisitos regulamentares em relação a alturas e largura da rota de voo.
[00246] Novamente, de preferência o UAS e o sensor têm sistemas de navegação independentes. Vantajosamente, quando o UAS e o(s) sensor(es) possuem sistemas de navegação independentes, a energia computacional é preservada para itens críticos atribuídos a cada componente. Por exemplo, o sistema de sensor pode incluir software e hardware de estabilização de sensor.
[00247] De preferência, o UAS transmite sua localização, velocidade, altitude e rumo através da rede de vigilância FAA existente (SBS) e também para outros UASs equipados para receber esses sinais. Além disso, a infraestrutura da ferrovia pode apoiar a suplementação do sistema FAA SBS usando receptores ADSB/transponder suplementares, radar e outros elementos ao longo do caminho certo. Enquanto o UAS está em voo, sua condição operacional, localização e saúde geral são transmitidas ao piloto por meio do enlace de comando e controle. Durante todas as fases do voo, o UAS tem acesso a várias localizações de transceptores de comando e controle, garantindo um nível de redundância de comando e controle.
[00248] Se o UAS perder a conexão com o sistema de comando e controle, após um período de tempo determinado pelas regras do operador e/ou FAA, o UAS poderá iniciar seu "perfil de enlace perdido" e descer automaticamente e se estabelecer ao longo da linha ferroviária. O piloto pode estar ciente da condição de enlace perdido e, com base na última forma de transmissão, o UAS notificaria os usuários na fila e os despachantes do pouso eminente da aeronave. Os sistemas de comunicações e navegação secundárias dos sensores também podem ajudar na localização do UAS.
[00249] Se durante o voo houver outras falhas críticas nos sistemas, o UAS iniciará automaticamente um dos vários procedimentos pré-determinados de término de voo, retornando ao local de lançamento ou outro local de segurança conforme programado. Durante o curso do voo, o piloto tem a opção de utilizar um segundo sensor para imagens em tempo real da linha. Esse sensor secundário também pode ser usado para algumas análises de condições, mas é principalmente para conscientização de piloto. Se durante o curso do voo uma condição crítica for identificada, o sensor do UAS poderá utilizar um canal de comunicação secundário não conectado ao primário para enviar uma notificação imediata aos pilotos.
[00250] No final de uma missão especificada, o piloto inicia os procedimentos de aterrissagem, o UAS aproveita todos os sistemas mencionados para chegar ao local de aterrissagem, e realiza os procedimentos de aterrissagem para aterrissagem vertical. O procedimento de pouso inclui a ativação de um laser ar-solo, fornecendo ao UAS informações precisas de pouso. Nos estágios finais do voo antes do pouso, o piloto usa o sistema de comando e controle do UAS para garantir um pouso seguro. O UAS possui vários sistemas de suporte a bordo para garantir um pouso seguro. Se algo estiver presente no solo ou na área de pouso que impediria um pouso seguro, o procedimento de cancelamento de pouso será iniciado e o local de pouso alternativo será identificado. Após um pouso seguro, o piloto remove as unidades de armazenamento de dados de sensor e as conecta a um servidor. O UAS inicia um processo automatizado de análise e entrega de dados que resulta na entrega de relatórios personalizados e conjuntos de dados acionáveis.
[00251] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidades específicas, essas descrições não devem ser interpretadas em um sentido limitante. Várias modificações das modalidades divulgadas, bem como modalidades alternativas da divulgação, podem se tornar aparentes para os técnicos no assunto mediante referência à descrição da invenção. Deve ser apreciado pelos técnicos no assunto que a concepção e a modalidade específica divulgada possam ser prontamente utilizadas como uma base para modificar ou projetar outras estruturas para realizar os mesmos objetivos da presente divulgação. Também deve ser percebido pelos técnicos no assunto que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e escopo da divulgação, conforme estabelecido nas reivindicações anexas.
[00252] É, portanto, contemplado que as reivindicações podem cobrir quaisquer modificações ou modalidades que se enquadram no verdadeiro escopo da divulgação.
[00253] A descrição neste documento de patente não deve ser entendida como implicando que qualquer elemento, etapa ou função em particular seja um elemento essencial ou crítico que deve ser incluído no escopo da reivindicação. Além disso, nenhuma das reivindicações pretende invocar 35 USC § 112 (f) com relação a qualquer uma das reivindicações anexadas ou elementos de reivindicação, a menos que as palavras exatas "meios para" ou "etapa para" sejam explicitamente usadas na reivindicação específica, seguidas por uma frase em particípio identificando uma função. O uso de termos como (mas não limitado a) "mecanismo", "módulo", "dispositivo", "unidade", "componente", "elemento", "membro", "aparelho", "máquina", "sistema", "processador", "dispositivo de processamento" ou "controlador" dentro de uma reivindicação é entendido e pretende se referir a estruturas conhecidas pelos técnicos no assunto, conforme modificadas ou aprimoradas pelos recursos das próprias reivindicações, e não é pretendido invocar 35 USC § 112 (f).
[00254] Pode ser vantajoso estabelecer definições de certas palavras e frases usadas ao longo deste documento de patente. Os termos "incluem" e "compreendem", bem como seus derivados, significam inclusão sem limitação. O termo "ou" é inclusivo, significa e/ou. A frase "associado a", bem como seus derivados, pode significar incluir, ser incluído em, interconectar-se, conter, estar contido em, conectar-se a ou com, acoplar-se a, comunicar-se com, cooperar com, intercalar, justapor, estar próximo de, vinculado a ou com, possuir, possuir uma propriedade de, ter uma relação com ou com ou similar. A frase "pelo menos um de", quando usada com uma lista de itens, significa que diferentes combinações de um ou mais dos itens listados podem ser usadas e pode ser necessário apenas um item na lista. Por exemplo, "pelo menos um dos seguintes: A, B e C "inclui qualquer uma das seguintes combinações: A, B, C, A e B, A e C, B e C, e A e B e C.
[00255] Embora esta divulgação tenha descrito certas modalidades e métodos geralmente associados, alterações e permutações dessas modalidades e métodos podem ser evidentes para os técnicos no assunto. Por conseguinte, a descrição acima de modalidades exemplares não define ou restringe esta divulgação. Outras mudanças, substituições e alterações também são possíveis sem se afastar do espírito e do escopo desta divulgação, conforme definido pelas reivindicações a seguir.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES
1. Rede de controle de sistema aéreo para um veículo aéreo não tripulado (UAV) para inspeção de ativos ferroviários, caracterizada pelo fato de que compreende: uma pluralidade de torres de comunicação; e um sistema de controle de solo conectado à pluralidade de torres, o sistema de controle de solo configurado para: transmitir, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo, receber, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário, detectar uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos, e ajustar o plano de voo com base na interferência.
2. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os dados recebidos incluem dados atuais de tráfego aéreo, dados de obstrução, dados de informações geográficas e dados de voz de aviação.
3. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a pluralidade de torres de comunicação inclui um rádio de banda de aviação configurado para comunicar dados com outros veículos aéreos, e o plano de voo é ajustado com base nos dados comunicados.
4. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: o UAV inclui pelo menos uma câmera configurada para capturar imagens do sistema ferroviário, e os dados recebidos incluem uma pluralidade de imagens capturadas a partir da pelo menos uma câmera montada no UAV.
5. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle de solo é ainda configurado para: monitorar a pluralidade de imagens em busca de um desvio do plano de voo; ajustar o plano de voo para manter o sistema ferroviário na pluralidade de imagens.
6. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle de solo é ainda configurado para: monitorar a pluralidade de imagens quanto a uma condição defeituosa do sistema ferroviário.
7. Rede de controle de sistema aéreo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a condição de falha é identificada a partir de: uma diferença em uma primeira imagem e uma segunda imagem tirada em sucessão ao longo da rota de voo; e uma diferença na primeira imagem e na imagem armazenada de um voo anterior do UAV capturado no mesmo local.
8. Sistema de veículo aéreo não tripulado (UAV) para monitorar um sistema ferroviário, caracterizado pelo fato de que compreende: um UAV; e uma rede de controle de sistema aéreo que compreende: uma pluralidade de torres de comunicação; e um sistema de controle de solo conectado à pluralidade de torres, o sistema de controle de solo configurado para: transmitir, através da pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo, receber, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário, detectar uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos, e ajustar o plano de voo com base na interferência.
9. Sistema UAV, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os dados recebidos incluem dados atuais de tráfego aéreo, dados de obstrução, dados de informações geográficas e dados de voz de aviação.
10. Sistema de UAV, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: a pluralidade de torres de comunicação inclui um rádio de banda de aviação configurado para comunicar dados com outros veículos aéreos, e o plano de voo é ajustado com base nos dados comunicados.
11. Sistema de UAV, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: os dados recebidos incluem uma pluralidade de imagens capturadas de pelo menos uma câmera montada no UAV.
12. Sistema UAV, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de solo é ainda configurado para: monitorar a pluralidade de imagens quanto a um desvio do plano de voo; ajustar o plano de voo para manter o sistema ferroviário na pluralidade de imagens.
13. Sistema UAV, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de solo é ainda configurado para: monitorar a pluralidade de imagens quanto a uma condição defeituosa do sistema ferroviário.
14. Sistema UAV, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a condição defeituosa é identificada a partir de: uma diferença em uma primeira imagem e uma segunda imagem tirada em sucessão ao longo da rota de voo; e uma diferença na primeira imagem e na imagem armazenada de um voo anterior do UAV capturado no mesmo local.
15. Método para uma rede de controle de sistema aéreo de um veículo aéreo não tripulado (UAV) para inspeção de ativos ferroviários, o método caracterizado pelo fato de que compreende: transmitir, através de uma pluralidade de torres de comunicação, um plano de voo incluindo um sistema ferroviário e uma rota de voo; receber, através da pluralidade de torres de comunicação, dados enquanto o UAV está monitorando o sistema ferroviário; detectar uma interferência ao longo da rota de voo com base nos dados recebidos; e ajustar o plano de voo com base na interferência.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os dados recebidos incluem dados atuais de tráfego aéreo, dados de obstrução, dados de informações geográficas e dados de voz de aviação.
17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
comunicar, através de um rádio de banda de aviação na pluralidade de torres de comunicação, dados com outros veículos aéreos, em que o plano de voo é ajustado com base nos dados comunicados.
18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: os dados recebidos incluem uma pluralidade de imagens capturadas de pelo menos uma câmera montada no UAV.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda: monitorar a pluralidade de imagens em busca de um desvio do plano de voo; ajustar o plano de voo para manter o sistema ferroviário na pluralidade de imagens.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: monitorar a pluralidade de imagens quanto a uma condição defeituosa do sistema ferroviário; em que a condição defeituosa é identificada a partir de: uma diferença em uma primeira imagem e uma segunda imagem tirada em sucessão ao longo da rota de voo; e uma diferença na primeira imagem e uma imagem armazenada de um voo anterior do UAV capturada no mesmo local.
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