PL229849B1 - System oraz sposób akwizycji i udostępniania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych w rejonie użytkownika - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest system oraz sposób akwizycji i udostępniania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych w rejonie użytkownika, działający w oparciu o udostępnianie posiadanych informacji przez indywidualnych operatorów bezzałogowych statków powietrznych (UAVO) innym użytkownikom systemu w czasie rzeczywistym. System zapewnia również obrazowanie danych zgromadzonych w serwerze centralnym dla UAVO.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system oraz sposób akwizycji i udostępniania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych w rejonie użytkownika działający w oparciu o udostępnianie posiadanych informacji przez indywidualnych operatorów bezzałogowych statków powietrznych (UAVO) innym użytkownikom systemu w czasie rzeczywistym. System zapewnia również obrazowanie danych zgromadzonych w Serwerze Centralnym dla UAVO.

Celem zapewnienia ciągłego nadzoru nad przebiegiem lotu wraz z możliwością ingerencji w przebieg tego lotu, operatorzy Bezzałogowych Statków Powietrznych (UAVO) wykorzystują naziemne stacje kontroli lotu (NSKL) działające w oparciu o dwukierunkowe łącza radiowe. Informacje o położeniu własnego Bezzałogowego Statku Powietrznego (BSP) pozyskiwane są zatem w czasie rzeczywistym indywidualnie przez każdego z operatorów UAVO, jednak na chwilę obecną dane te wykorzystywane są wyłącznie na użytek własny operatora.

Przeważająca większość operacji cywilnych bezzałogowych statków powietrznych oraz duża część operacji załogowego lotnictwa ogólnego i sportowego, odbywa się na stosunkowo niewielkich wysokościach względnych w przestrzeni niekontrolowanej, gdzie mimo relatywnie niskiej ilości operacji (w porównaniu do przestrzeni kontrolowanej na większych wysokościach), występuje nieproporcjonalnie do ilości operacji, stosunkowo wysoki poziom ryzyka kolizji w ruchu lotniczym. Do podstawowych przyczyn takiego stanu rzeczy zaliczyć można:

- niewystarczające pokrycie radarowe na małych wysokościach,

- znikome echo radarów aktywnych przy odbiciu wiązki od ograniczonej gabarytowo powierzchni poprzecznej lekkiego bezzałogowego statku powietrznego czy też lotni, paralotni i podobnego lekkiego sprzętu latającego (często wycinane jako szum z obrazów radarowych),

- brak obowiązku utrzymywanie ciągłej dwukierunkowej łączności ze służbami informacyjnymi i/lub służbami kontroli ruchu lotniczego podczas lotu w przestrzeni niekontrolowanej.

Z drugiej jednak strony wykonywanie lotów na wysokościach względnych poniżej 500 m nad terenem pozwala na wykorzystanie istniejącej infrastruktury telekomunikacyjnej (sieci GSM itp.) lub innych sieci bezprzewodowych naziemnych i/lub satelitarnych (dalej Istniejąca Infrastruktura) do akwizycji, przetwarzania i udostępniania krytycznych informacji o locie celem minimalizacji ryzyka kolizji w niekontrolowanym ruchu lotniczym.

Znane są systemy i metody do monitoringu, kontroli lotu BSP, unikania kolizji, informowania o zagrożeniach, wyznaczania obszaru lotu BSP, wyznaczania aktualnej pozycji geograficznej, wysokości, szybkości lotu, kierunku poruszania się przy użyciu systemu GPS, wykorzystujących środki komunikacji bezprzewodowej i istniejącą infrastrukturę telekomunikacyjną do przesyłania danych do odbiorników naziemnych lub centrów kontroli lotu.

Z dokumentu US2009316755A znany jest system oraz sposób wyznaczania danych pozycyjnych UAV przekazywanych do centralnej jednostki sterowania lotem. Stacja kontroli naziemnej do sterowania UAV odbiera dane z UAV, o jego pozycji. UAV może dostarczać dane GPS lub skorygowane dane o położeniu w oparciu o odczyty z systemu nawigacji inercyjnej. Stacja kontroli naziemnej przesyła dane o pozycji UAV do centrum kontroli lotów.

W patencie US2009248287A opisano metodę przekazywania danych o lokalizacji bezzałogowca (UAS). Implementacje metody mogą obejmować odbieranie danych pozycji do UAS z systemu raportowania kontroli ruchu lotniczego (ATC-RS) ze stacją kontroli naziemnej (GCS) w komunikacji z UAS, gdzie ATC-RS i GCS są połączone ze sobą i znajduje się na ziemi. Sposób może obejmować przekazywania danych o położeniu za pomocą jednego lub większej liczby modemów telekomunikacyjnych zawartych w ATC-RS w centrum kontroli mchu lotniczego (ATC) i przekazywanie danych o położeniu za pomocą automatycznego nadzoru zależnego (ADS-B) i usługi informacji o ruchu drogowym (TIS-B) do odbiorników jednego lub większej liczby statków powietrznych.

Opisane są również rozwiązania do wizualizacji lokalizacji BSL na tabletach lub smartphone'ach, np. z dokumentu US2014018979A znane są urządze nia, systemy i techniki generowania graficznego interfejsu użytkownika w tym trójwymiarowej przestrzeni wirtualnej dla latającego bezzałogowca (UAV). W niektórych przykładach, graficzny interfejs użytkownika może być generowany napodstawie danych wprowadzonych przez użytkownika. Z dokumentu US2006253254A znany jest system Sense-and-Avoid Display System (SAVDS), który integruje dane z naziemnych źródeł krótkiego

PL 229 849 B1 zasięgu z danymi pozycyjnymi z Global Positioning System (GPS). Korzystanie z wyświetlacza o wysokiej rozdzielczości, SAVDS pokazuje lokalizację GPS z bezzałogowego samolotu w stosunku do innych statków powietrznych poruszających się w tej samej przestrzeni powietrznej.

Żadne ze znanych rozwiązań nie zapewnia jednoczesnego nadzoru lotu BSP z możliwością ingerencji w przebieg lotu, współpracującego jednocześnie z wieloma BSP, udostępniającego parametry lotu do systemów zewnętrznych tj. służby kontroli ruchu lotniczego (ATC) i innych odbiorców.

Ponadto do tej pory nie wykorzystywano technologii rozszerzonej rzeczywistości AR w celu wizualizacji uzyskanych informacji.

System akwizycji, udostępniania i obrazowania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych w rejonie użytkownika działa w oparciu o udostępnianie informacji dostarczanych przez indywidualnych, kooperujących operatorów UAVO innym użytkownikom systemu w czasie rzeczywistym poprzez przekaz danych o położeniu geograficznym, prędkości, wysokości i kursie z naziemnej stacji kontroli lotu BSP lub bezpośrednio z pokładu statku powietrznego za pośrednictwem Istniejącej Infrastruktury telekomunikacyjnej. Wykorzystując ten sam schemat działania piloci lotni, paralotni, motolotni i innych lekkich statków powietrznych, dla których ruch bezzałogowy stanowić może istotne zagrożenie mogą kooperować (np. za pośrednictwem urządzeń mobilnych typu smartphone wyposażonych w dedykowaną aplikację) celem udostępniania własnego położenia i obserwacji innych kooperujących użytkowników przestrzeni powietrznej, w tym cywilnych bezzałogowych statków powietrznych.

Słowniczek używanych skrótów:

API - Application Programming Interface,

AR - technologia rozszerzonej rzeczywistości (Augmented Reality), (m.in. nakładanie dodatkowych informacji na obraz video w czasie rzeczywistym),

ATC - służby kontroli ruchu lotniczego (Air Traffic Control),

SP - Statek Powietrzny,

BSP - Bezzałogowy Statek Powietrzny,

BVLOS - loty poza zasięgiem wzroku operatora (Beyond Visual Line of Sight),

GNSS - Global Navigation Satellite System (obejmuje GPS, GLONASS, GALILEO i inne),

IMU - bezwładnościowy system odniesienia (Inertial Measurement Unit),

NSKL - Naziemna Stacja Kontroli Lotu,

UAVO - operator Bezzałogowego Statku Powietrznego.

Istotą wynalazku jest system akwizycji i udostępniania informacji o ruchu kooperujących bezzałogowych statków powietrznych (BSP) w rejonie użytkownika, charakteryzujący się tym, że zawiera co najmniej jeden Serwer Centralny, co najmniej jedną naziemną stację kontroli lotu (NSKL) oraz BSP współpracujący z NSKL, przy czym informacje o lokalizacji BSP są przekazywane do NSKL, następnie z NSKL przekazywane są do centralnego serwera, gdzie informacje te są gromadzone, przetwarzane i udostępniane innym NSKL i/lub służbom kontroli ruchu lotniczego (ATC) i/lub innym użytkownikom systemu, a następnie są wizualizowane na ekranach wyświetlaczy NSKL oraz innych terminali internetowych (urządzenia mobilne, komputery PC) połączonych z Serwerem Centralnym, przy czym pozyskiwanie informacji odbywa się za pomocą komunikacji bezprzewodowej w czasie rzeczywistym, natomiast udostępnianie informacji odbywa się zarówno za pomocą komunikacji bezprzewodowej jak i komunikacji z wykorzystaniem lądowej infrastruktury sieci internetowej.

Korzystnie, NSKL i BSP komunikują się dedykowanym, radiowym łączem telemetrycznym. Korzystnie, informacje stanowią bazowy zestaw danych, który obejmuje:

a) koordynaty geograficzne WGS84 (zgodne z GNSS),

b) wysokość lotu nad poziomem morza,

c) identyfikator statku powietrznego.

Korzystnie, bazowy zestaw danych obejmuje dodatkowo kurs i prędkość lotu.

Korzystnie, Serwer Centralny gromadzi dane o aktualnym położeniu BSP i innych kooperujących statków powietrznych, przetwarza te dane (m.in. celem ich wizualizacji, archiwizacji i rozgłaszania) oraz udostępnia innym użytkownikom systemu.

Korzystnie, BSP jest wyposażony w odbiornik GNSS oraz moduł komunikacyjny do komunikacji z NSKL i za pomocą odebranego sygnału GNSS, określa własne położenie 3D i wysyła je w czasie rzeczywistym do NSKL.

Korzystnie, NSKL jest wyposażona w moduł komunikacyjny do komunikacji z BSP, moduł komunikacyjny do komunikacji z Serwerem Centralnym oraz znana jest orientacyjna lokalizacja NSKL, korzystnie NSKL wyposażone jest w zintegrowany odbiornik GNSS.

PL 229 849 B1

Korzystnie, NSKL wykorzystuje znajomość własnego położenia 3D (pomiar GNSS przy NSKL), znajomość położenia 3D własnego BSP oraz znajomość położenia BSP innych użytkowników systemu a następnie określa względne kąty (azymut, elewacja) oraz odległości (w przestrzeni 3D) pomiędzy własnym, a obcymi statkami powietrznymi.

Korzystnie, jako źródła informacji o położeniu kooperujących statków powietrznych, poza NSKL kooperujących BSP, system akwizycji i udostępniania informacji o ruchu wykorzystuje urządzenia mobilne innych użytkowników systemu, w szczególności gdy informacje o ruchu pozyskiwane są z bazowych zestawów danych dostarczanych z urządzeń typu smartphone użytkowanych przez np. pilota lotni, paralotni etc. do udostępniania własnego położenia (wg odczytu GNSS z odbiornika wbudowanego w urządzenie mobilne) oraz do obserwacji położenia innych kooperujących użytkowników przestrzeni powietrznej.

Korzystnie, częstotliwość odświeżania zestawów danych bazowych przekazywanych pomiędzy Serwerem Centralnym a użytkownikami systemu wynosi 0,016 Hz, tj. raz na minutę, korzystnie 10 Hz.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób akwizycji i udostępniania bazowego zestawu danych o statkach powietrznych (SP), który obejmuje:

a) odczytanie przez bezzałogowy statek powietrzny (BSP) własnego położenia z systemu GNSS i regularne wysyłanie danych o położeniu do naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL),

b) nawiązanie połączenia przez NSKL i regularne transmitowanie bazowego zestawu informacji do Serwera Centralnego lub grupy serwerów, do którego kierowane są wszystkie informacje udostępniane przez użytkowników systemu akwizycji, udostępniania i wizualizacji danych o SP,

c) udostępnianie skonsolidowanej informacji z Serwera Centralnego dla służb kontroli ruchu lotniczego (ATC) i do osób trzecich, w tym do wszystkich NSKL kooperujących celem pozyskiwania i rozgłaszania bazowych zestawów danych monitorowanych BSP,

d) zapewnianie wizualizacji danych o kooperujących statkach powietrznych zgromadzonych w Serwerze Centralnym dla operatorów BSP, obserwatorów naziemnych oraz pilotów załogowych statków powietrznych.

Korzystnie, wizualizacja danych o pozycji kooperujących BSP ma miejsce na współpracujących NSLK i/lub współpracujących urządzeniach mobilnych, przy czym wizualizacja obejmuje:

a) znany ruch lotniczy przedstawiany na mapie będącej częścią aplikacji NSKL lub niezależną dedykowaną aplikacją,

b) dla urządzeń mobilnych wyposażonych w kamerę cyfrową o osi obiektywu zabudowanej w kierunku prostopadłym do tylnej powierzchni wyświetlacza , znany ruch lotniczy, który jest podzielony na dwie grupy, przy czym grupa I - obejmuje obiekty znajdujące się w polu widzenia kamery urządzenia mobilnego, a grupa II obejmuje obiekty poza tym polem widzenia, przy czym kamera urządzenia mobilnego pozyskuje i obrazuje elementy sytuacyjne otoczenia, podczas gdy informacje o położeniu wizualizowanych SP wyliczane są na podstawie położenia(z GNSS) obserwatora i punktu obserwowanego, kątów orientacji przestrzennej urządzenia (a tym samym zintegrowanej z nim kamery) oraz geometrii optyki kamery,

c) obiekty latające z grupy I zostają zobrazowane na grafikach nałożonych bezpośrednio na widok z kamery video,

d) informacja o obiektach latających z grupy II zostaje ograniczona do graficznego wskazania kierunku, w którym należy obrócić urządzenie mobilne, aby ten obiekt latający znalazł się ponownie w polu widzenia.

Korzystnie, Serwer Centralny gromadzi dane o aktualnym położeniu BSP i innych kooperujących statków powietrznych, przetwarza te dane (m.in. celem ich wizualizacji, archiwizacji i rozgłaszania) oraz udostępnia innym użytkownikom systemu.

Korzystnie, NSKL pobiera dane o lokalizacji „własnego” BSP a następnie przekazuje je do centralnego serwera i/lub pobiera dane z Serwera Centralnego o położeniu innych BSP i wizualizuje je na ekranie wyświetlacza, korzystnie mapie.

Korzystnie, BSP jest wyposażony w odbiornik GNSS oraz moduł komunikacyjny do komunikacji z NSKL, za pomocą odebranego sygnału GNSS, określa własne położenie 3D i wysyła je w czasie rzeczywistym do NSKL.

PL 229 849 B1

Korzystnie, NSKL jest wyposażona w moduł komunikacyjny do komunikacji z BSP, moduł komunikacyjny do komunikacji z Serwerem Centralnym oraz znana jest orientacyjna lokalizacja NSKL, korzystnie NSKL wyposażone jest w zintegrowany odbiornik GNSS.

Korzystnie, NSKL wykorzystuje znajomość własnego położenia 3D (pomiar GNSS przy NSKL), znajomość położenia 3D własnego BSP oraz znajomość położenia BSP innych użytkowników systemu i określa względne kąty (azymut, elewacja) oraz odległości (w przestani 3D) pomiędzy własnym i obcymi (kooperującymi) statkami powietrznymi.

Korzystnie, częstotliwość odświeżania zestawów danych bazowych przekazywanych pomiędzy Serwerem Centralnym a użytkownikami systemu wynosi 0,016 Hz, tj. raz na minutę, korzystnie 10 Hz.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest połączenie w jednym systemie możliwości udostępniania informacji o pozycji, kursie i wysokości nadzorowanego BSP z możliwością pozyskania tych samych informacji o okolicznym ruchu bezzałogowym.

Kolejnym korzystnym skutkiem wynalazku jest zapewnienie ciągłego dostępu do (do tej pory szczątkowych) kluczowych danych dotyczących aktywności cywilnych BSP dla jednostek informacji powietrznej i służb kontroli ruchu lotniczego.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest również zwiększenie bezpieczeństwa operacji bezzałogowych statków powietrznych poprzez wzrost ergonomii stanowiska pracy oraz zapewnienie wyższej świadomości sytuacyjnej operatorów bezzałogowych statków powietrznych dzięki umożliwieniu otwartego dostępu do informacji o okolicznym ruchu kooperujących statków powietrznych, a także dzięki zastosowaniu technologii wzbogaconej rzeczywistości do wizualizacji kluczowych informacji.

Wykorzystanie systemu i sposobu według wynalazku pozwala na zwiększenie świadomości sytuacyjnej pilotów załogowych statków powietrznych operujących na małym pułapie w lotnictwie ogólnym i sportowym (w szczególności pilotów lotni, paralotni, motolotni samolotów ultralekkich etc.) oraz otwarcie możliwości gromadzenia statystyk z zakresu obciążenia ogólnodostępnej przestrzeni powietrznej wykorzystaniem przez bezzałogowe cywilne statki powietrzne.

System i sposób według wynalazku umożliwia udostępnianie informacji dostarczanych przez indywidualnych operatorów UAVO szerszej rzeszy odbiorców w czasie rzeczywistym poprzez przekaz danych o położeniu geograficznym, prędkości, wysokości i kursie z naziemnej stacji kontroli lotu wykorzystując istniejącą infrastrukturę GSM lub inne sieci bezprzewodowe naziemne i/lub satelitarne (dalej Istniejąca Infrastruktura).

Regularnie przesyłany bazowy zestaw danych (BZD) (w formie jednej lub kilku wiadomości) obejmuje:

• koordynaty geograficzne WGS84 (lub równorzędne), • wysokość lotu nad poziomem morza, • identyfikator statku powietrznego, • kurs i prędkość lotu (opcjonalnie).

Dla przeważającej większości zastosowań, w tym dla zobrazowania położenia obcych BSP w bezpośrednim sąsiedztwie (tj. obiektów mających największy wpływ na możliwość bezpiecznego wykonywania operacji lotniczych), nie jest wymagana duża częstotliwość odświeżania ww. danych. Niezbędnym minimum wydaje się być 0,016 Hz (tj. raz na minutę). Natomiast dla uzyskania płynności ruchu zobrazowania proponowane jest odświeżanie ww. danych z częstotliwością 10 Hz.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia architekturę systemu ze szczególnym uwzględnieniem kanałów przepływu informacji, fig. 2 przedstawia graficzne zobrazowanie danych na urządzeniu mobilnym przy wykorzystaniu technologii wzbogaconej rzeczywistości, fig. 3 przedstawia przykładowy widok ekranu w przypadku, gdy wszystkie okoliczne statki powietrzne są poza polem widzenia zintegrowanej kamery, fig. 4 prezentuje widok ekranu dla 2 statków powietrznych objętych polem widzenia kamery oraz fig. 5, który przedstawia jeden z potencjalnie dostępnych sposobów wizualizacji kooperującego ruchu.

P r z y k ł a d 1

Sposób według wynalazku przebiega następująco:

W przypadku pośredniego przekazu informacji, bazując na połączeniu indywidualnych naziemnych stacji kontroli lotu UAV przez Istniejącą Infrastrukturę z serwerami centralnymi w pierwszej kolejności następuje transmisja bazowego zestawu danych przez dedykowany cyfrowy tor radiowy (łączność telemetryczna) do naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL), a następnie retransmisja bazowego zestawu danych z naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL) do Serwera Centralnego systemu (za pomocą modemów GSM lub innych sieci bezprzewodowych naziemnych i/lub satelitarnych).

PL 229 849 B1

W przypadku bezpośredniego przekazu informacji, bazując na połączeniu pokładowego odbiornika GNSS z modemem GSM następuje transmisja bazowego zestawu danych z pokładu bezzałogowego statku powietrznego bezpośrednio do Serwera Centralnego (za pomocą modemów GSM lub innych sieci bezprzewodowych naziemnych i/lub satelitarnych).

Z uwagi na dużą różnorodność standardów wyposażenia BSP oraz oprogramowania pełniącego funkcje NSKL, w tym oprogramowania licencjonowanego, należy przyjąć, że do prawidłowego działania systemu udostępniania, akwizycji i obrazowania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych niezbędna jest dostępność m.in. jednego z poniższych:

- możliwość pozyskania w czasie rzeczywistym bazowego zestawu danych o położeniu BSP z oprogramowania NSKL (np. za pomocą otwartego API, dekodowania bieżącej komunikacji BSP-NSKL, konfiguracji oprogramowania NSKL jako serwer Proxy itp.) w sposób umożliwiający przesłanie ww. bazowego zestawu danych do Serwera Centralnego, lub

- dedykowane urządzenie na pokładzie BSP transmitujące samodzielnie aktualne pomiary GNSS do Serwera Centralnego.

Rolą Serwera Centralnego jest gromadzenie danych pochodzących od użytkowników systemu, a następnie ich przetwarzanie i udostępnianie. Przetwarzanie informacji pozyskanych od kooperujących statków powietrznych obejmuje m.in.:

• konwertowanie bazowych zestawów danych pomiędzy dostępnymi formatami, • sortowanie bazowych zestawów danych według pozycji geograficznej i wysokości lotu, • monitorowanie ciągłości informacji pozyskiwanych od poszczególnych kooperujących statków powietrznych, m.in. poprzez weryfikację czy od ostatniego zgłoszenia nie minęło więcej niż 1 min, • określanie odległości i tempa zmiany tej odległości pomiędzy poszczególnymi statkami powietrznymi, • szacowanie ryzyka kolizji na bazie odległości i tempa zmiany odległości pomiędzy poszczególnymi SP, • (opcjonalnie) określanie względnego położenia przestrzennego okolicznego ruchu względem wskazanego statku powietrznego.

Serwer Centralny udostępnia skonsolidowane informacje, a w szczególności:

- dane o pozycji, kursie i wysokości BSP podłączonych do systemu dla służb ATC i osób trzecich przez interfejs www,

- dane o znanych BSP podłączonych do systemu w rejonie działania monitorowanego BSP, tj. bazowy zestaw danych obcych statków powietrznych jest retransmitowany do naziemnej stacji kontroli lotu monitorowanego BSP (każdy użytkownik systemu według wynalazku jednocześnie dzieli się podstawową informacją o przebiegu swojego lotu oraz ma wgląd w obecność obcych BSP w rejonie).

System i sposób według wynalazku zapewnia również wizualizację danych zgromadzonych w Serwerze Centralnym dla operatorów BSP. Korzystając ze standardowego formatu bazowego zestawu danych operator BSP (tak swojego UAV jak i obcych, współpracujących BSP w rejonie) oraz z technologii wzbogaconej rzeczywistości (Augmented Reality) użytkownik systemu ma możliwość wizualizacji okolicznych bezzałogowych statków powietrznych na odpowiednio wyposażonym urządzeniu mobilnym (w szczególności w GNSS, IMU, Magnetometr oraz kamerę). Wizualizacja obejmuje następujące elementy:

- znany ruch lotniczy (tj. raportowany w rejonie przez Serwer Centralny) zostaje podzielony na dwie grupy: pierwsza (grupa I) obejmuje obiekty znajdujące się w polu widzenia kamery urządzenia mobilnego, a druga (grupa II) obiekty poza tym polem widzenia. Klasyfikacji tej dokonuje się według obliczeń geometrycznych na bazie kątów patrzenia obiektywu oraz lokalizacji geograficznej punktu obserwacji (tj. urządzenia naziemnego) oraz lokalizacjach geograficznych obiektów latających raportowanych przez Serwer Centralny,

- obiekty latające z grupy I zostają zobrazowane na grafikach nałożonych bezpośrednio na widok z kamery video, gdzie w szczególności przedstawiane są:

• raportowane położenia własnego i obcych statków powietrznych oraz przewidywany błąd położenia (błąd wyświetlany jako obszar niepewności) • wartość wysokości lotu i odległości od punktu obserwacji (lub od pozycji własnego bezzałogowego statku powietrznego), • wektory prędkości lotu,

PL 229 849 B1

- informacja o obiektach latających z grupy II zostaje ograniczona do graficznego wskazania kierunku, w którym należy obrócić urządzenie mobilne (tablet, smartphone), aby ten obiekt latający znalazł się ponownie w polu widzenia (tj. by przeszedł do grupy I). Informacja ta może zostać uzupełniona o informacje o odległości i wysokości niewidocznego obiektu,

- różne barwy mogą zostać wykorzystane celem klasyfikacji wskazywanych obiektów latających według ich odległości od punktu obserwacji (lub od pozycji własnego bezzałogowego statku powietrznego).

P r z y k ł a d 2

W szczególnym przykładzie wykorzystania systemu akwizycji i obrazowania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych w rejonie użytkownika, można rozpatrzeć dwa niezależne zespoły operatorów UAVO (zespoły A i B) wykonujące niezależne loty dwoma bezzałogowymi statkami powietrznymi (SP_A i SP_B) we współdzielonej przestrzeni powietrznej oraz niezależnego obserwatora O (np. jednostkę służby ATC). Przyjmując, że oba zespoły użytkują system udostępniania, akwizycji i wizualizacji bazowego zestawu danych o SP, mamy co następuje:

Statek powietrzny SP_A wykonując lot udostępnia własne dane o przebiegu lotu (w tym bazowy zestaw danych) do współpracującej z nim naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL_A) zarządzanej przez zespół A.

Statek powietrzny SP_B wykonując lot udostępnia własne dane o przebiegu lotu (w tym bazowy zestaw danych) do współpracującej z nim naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL_B) zarządzanej przez zespół B.

Zespół A nawiązuje za pomocą Istniejącej Infrastruktury połączenie (korzystając pomiędzy własną NSKL_A a Serwerem Centralnym (lub grupą serwerów), po czym regularnie transmituje bazowy zestaw informacji odn. statku powietrznego SP_A i/lub regularnie odbiera z tego serwera bazowy zestaw danych dla statku powietrznego SP_B (jeśli tylko ten ostatni zestaw jest dostępny).

Zespół B nawiązuje za pomocą Istniejącej Infrastruktury połączenie pomiędzy własną NSKLB a Serwerem Centralnym, po czym regularne transmituje bazowy zestaw informacji odn. statku powietrznego SP_B do Serwera Centralnego (lub grupy serwerów) i/lub regularnie odbiera z tego Serwera Centralnego bazowy zestaw danych dla statku powietrznego SP_A (jeśli tylko ten ostatni zestaw jest dostępny).

Jeśli ze względów technicznych (np. gorszy zasięg GSM przy NSKL) lub operacyjnych jeden z zespołów (tu przyjmijmy zespół B) nie ma możliwości nawiązania połączenia pomiędzy NSKL_B, a Serwerem Centralnym to wykorzystanie Istniejącej Infrastruktury do nawiązania połączenia bezpośrednio pomiędzy SP_B, a Serwerem Centralnym celem udostępnienia danych bazowych jest również traktowane jako szczególny przypadek użytkowania systemu akwizycji i obrazowania informacji o ruchu kooperujących statków powietrznych,

Obserwator O nawiązuje dowolnymi środkami połączenie z Serwerem Centralnym, po czym regularnie odbiera z Serwera Centralnego bazowe zestawy danych dotyczących statków powietrznych aktualnie podłączonych do systemu udostępniania, akwizycji i wizualizacji bazowego zestawu danych o SP. Obserwator O, korzystając z interfejsu www lub aplikacji na urządzenia mobilne (obejmujących m.in. zobrazowanie ruchu na mapie), może wybrać interesujące go informacje np. definiując obszar geograficzny, w szczególności obserwator O odbiera informacje o SP_A i/lub SP_B.

Dane bazowe pozyskane od kooperujących użytkowników systemu według wynalazku są gromadzone, przetwarzane (m.in. celem ich wizualizacji, archiwizacji i rozgłaszania) oraz udostępniane innym użytkownikom systemu. W szczególności dane o położeniu kooperujących statków powietrznych mogą być wykorzystane do raportowania statystyk odnośnie obciążenia ruchem czy też do wskazywania SP, którym grozi kolizja m.in. bazując na pozycji 3D dwóch niezależnych SP, jeśli aktualnie dzieli je dystans mniejszy niż predefiniowany próg, lub jeśli predykcja tych dwóch pozycji na bazie dostępnych danych 3D i prędkości może w zdefiniowanym czasie doprowadzić do zmniejszenia dzielącego je dystansu poniżej ww. predefiniowanego progu.

Jako użytkownika systemu należy rozumieć dowolną osobę lub urządzenie, która regularnie udostępnia lub pobiera z Serwera Centralnego (lub grupy serwerów centralnych) bazowy zestaw danych dla własnego lub obcych statków powietrznych.

NSKL w systemie według wynalazku może, ale nie musi obejmować urządzenie mobilne, przykłady konfiguracji obejmują:

• stacja NSKL umiejscowiona na komputerze przenośnym typu laptop, połączona (np. interfejsem Bluetooth) z urządzeniem mobilnym typu tablet/smartphone, gdzie rozdzielone są funkcje nadzoru i kontroli własnego BSP (dostępne na NSKL) oraz funkcje wizualizacji ruchu statków powietrznych w rejonie, • połączenie funkcji NSKL z funkcją wizualizacji na jednym urządzeniu mobilnym.

PL 229 849 B1

P r z y k ł a d 3 Wizualizacja

Dla korzystającego z systemu (w sposób niezależny bądź jako część kooperującej NSKL) urządzenia mobilnego wyposażonego w odbiornik GNSS oraz w kamerę cyfrową o osi obiektywu zabudowanej w kierunku prostopadłym do tylnej powierzchni wyświetlacza (tj. w kierunku „za ekran”), znany ruch lotniczy zostaje zobrazowany przy zastosowaniu technologii wzbogaconej rzeczywistości. W takim przypadku kamera urządzenia mobilnego służy do pozyskania i zobrazowania elementów sytuacyjnych otoczenia (budynki, roślinność, rzeźba terenu), podczas gdy informacje odn. położenia wizualizowanych SP wyliczane są na podstawie położenia (z GNSS) obserwatora i punktu obserwowanego, kątów orientacji przestrzennej urządzenia (a tym samym zintegrowanej z nim kamery) oraz geometrii optyki kamery. Co istotne, nie ma potrzeby wykorzystywać kamery urządzenia mobilnego do realizacji funkcji wykrywania obiektów latających (co od strony technicznej mogłoby stwarzać istotne problemy). Nałożenie na wspólny obraz danych pozyskanych z kamery oraz wyników obliczeniowych pozwala na uzyskanie wysokiego poziomu ergonomii w zobrazowaniu kluczowych danych, a co za tym idzie wyższej świadomości sytuacyjnej operatora bezzałogowego statku powietrznego. Dzięki przyjęciu ww. sposobu wizualizacji danych, użytkownik jest w stanie w prosty sposób zaobserwować bezpośrednią relację pomiędzy widocznymi gołym okiem (i jednocześnie zobrazowanymi na obrazie z kamery) elementami sytuacyjnymi otoczenia, a położeniem własnego i obcych statków powietrznych również zobrazowanymi na ekranie urządzenia mobilnego. Kooperujące obiekty latające znajdujące się w polu widzenia kamery urządzenia mobilnego zostają wyeksponowane na ekranie (np. poprzez obrysowanie każdego z nich prostokątem, kołem etc.) nawet jeśli rozdzielczość kamery nie gwarantuje ich widoczności. Z kolej dla obiektów poza tym polem widzenia na ekranie obrazu wyświetlane zostają strzałki informujące, w którą stronę użytkownik powinien skierować urządzenie mobilne tak by dany kooperujący obiekt latający mógł zostać zobrazowany w polu widzenia kamery (po zmianie orientacji przestrzennej urządzenia).

P r z y k ł a d 4

Na fig. 1 pokazano architekturę systemu ze szczególnym uwzględnieniem kanałów przepływu informacji. W szczególności Statek powietrzny 1, przekazuje radiowo do stacji naziemnej 6 strumień danych telemetrycznych 2a, jednocześnie odbierając zwrotny strumień danych kontroli i sterowania 2b przekazywanych radiowo ze stacji naziemnej 6 do SP oznaczonego 1. Opisana wymiana danych jest możliwa dzięki zestawowi radiowych modemów telemetrii do dwukierunkowej komunikacji 3a. Serwer Centralny 9 serwisu akwizycji, udostępniania oraz obrazowania danych o ruchu kooperującym otrzymuje ze stacji naziemnej 6, za pośrednictwem radiowego modemu internetowego 3b (GSM, satelitarny lub równorzędny), strumień dostępnego lokalnie bazowego zestawu danych 4 oraz wysyła strumień bazowych zestawów danych o ruchu lotniczym w rejonie 5. Dane z Serwera Centralnego 9 zostają udostępnione poprzez strumienie danych 10 do korzystających z systemu obserwatorów korzystających z komputerów 13a oraz urządzeń mobilnych 13b (w tym służb ATC) oraz do innych kooperujących zespołów operujących statkami powietrznymi poprzez strumienie danych 5. Naziemna stacja kontroli lotu 7, niedysponująca (w przeciwieństwie do stacji 6) łączem internetowym wykorzystuje radiowy modem telemetryczyny 7a do nadzoru statku powietrznego 8 w oparciu o strumień danych kontroli i sterowania 11a oraz strumień danych telemetrycznych 11 b. Statek powietrzny 8, który dysponuje łączem internetowym za pośrednictwem pokładowego radiowego modemu internetowego 8a (GSM, satelitarny lub równorzędny) otrzymuje, poprzez strumień radiowy 5 z Serwera Centralnego 9, bazowe zestawy danych opisujące kooperujący ruchu powietrzny z rejonu operacji oraz przekazuje poprzez strumień radiowy 4 bazowy zestaw danych własnych. Strumień danych 11a przekazywanych radiowo ze statku powietrznego 8 do stacji 7, za pośrednictwem zestawu modemów 7a, może obejmować przekaz bazowych zestawów danych o wszystkich okolicznych statkach powietrznych do zobrazowania na naziemnej stacji kontroli lotu 7. Pilot załogowego statku powietrznego 12 wyposażony w kooperujące urządzenie mobilne (z modem internetowym oraz odbiornikiem GNSS), będąc aktywnym użytkownikiem systemu otrzymuje przez strumień danych 5 z Serwera Centralnego 9 bazowe zestawy danych odn. okolicznego kooperującego ruchu powietrznego oraz wysyła przez strumień danych 4 własny bazowy zestaw danych do udostępnienia dla pozostałych użytkowników.

PL 229 849 B1

P r z y k ł a d 5

Na fig. 2 pokazano graficzne zobrazowanie danych na urządzeniu mobilnym przy wykorzystaniu technologii wzbogaconej rzeczywistości. Serwer Centralny 9 udostępnia dane o kooperujących statkach powietrznych do użytkowników systemu, w tym załogowych 14 i bezzałogowych 17, 18 statków powietrznych oraz obserwatorów naziemnych wyposażonych w urządzenia mobilne 16. Urządzenie 16 (wyposażone min. w odbiornik GNSS, akcelerometry, żyroskopy, magnetometr, modem internetowy oraz kamerę cyfrową) do wizualizacji okolicznego ruchu kooperującego wykorzystuje technologię wzbogaconej rzeczywistości do zobrazowania (za pomocą symbolicznych sylwetek uogólnionego modelu statku powietrznego) statków powietrznych 17 w polu widzenia 15 kamery urządzenia mobilnego oraz wskazaniu kierunku do pozostałych statków powietrznych 14, 18 przebywających w rejonie wykonywania operacji.

P r z y k ł a d 6

Na fig. 3, 4 oraz 5 pokazano przykłady zobrazowania ruchu na ekranie urządzenia mobilnego korzystającego z danych udostępnionych z Serwera Centralnego oraz wykorzystującego technologię wzbogaconej rzeczywistości. Skale widoczne u góry i w centralnej części ekranu przedstawiają azymut (u góry) oraz kąt pochylenia (w centrum) kierunku określanego przez środek rzutu kamery zintegrowanej z urządzeniem mobilnym. Fig. 3 przedstawia przykładowy widok ekranu, w przypadku gdy wszystkie okoliczne statki powietrzne są poza polem widzenia zintegrowanej kamery, natomiast fig. 4 prezentuje widok ekranu dla 2 statków powietrznych objętych polem widzenia kamery. Pod każdym z ukazanych na fig. 4 obiektów latających przedstawiana jest również (wyliczona na bazie danych GNSS) odległość do punktu obserwacji. Z kolej fig. 5 przedstawia jeden z potencjalnie dostępnych sposobów wizualizacji kooperującego ruchu: na bazie znanej pozycji i orientacji obcego statku powietrznego rysowana jest odpowiednio zorientowana w przestrzeni sylwetka uogólnionego modelu statku powietrznego.

Claims (18)

1. System akwizycji i udostępniania informacji o ruchu kooperujących bezzałogowych statków powietrznych (BSP) w rejonie użytkownika, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden Serwer Centralny, co najmniej jedną naziemną stację kontroli lotu (NSKL) oraz BSP współpracujący z NSKL, przy czym informacje o lokalizacji BSP są przekazywane do NSKL, następnie z NSKL przekazywane są do centralnego serwera, gdzie informacje te są gromadzone, przetwarzane i udostępniane innym NSKL i/lub służbom kontroli ruchu lotniczego (ATC) i/lub innym użytkownikom systemu, a następnie są wizualizowane na ekranach wyświetlaczy NSKL oraz innych terminali internetowych połączonych z Serwerem Centralnym, przy czym pozyskiwanie informacji odbywa się za pomocą komunikacji bezprzewodowej w czasie rzeczywistym, natomiast udostępnianie informacji odbywa się zarówno za pomocą komunikacji bezprzewodowej jak i komunikacji z wykorzystaniem lądowej infrastruktury sieci internetowej.

2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że NSKL i BSP komunikują się dedykowanym, radiowym łączem telemetrycznym.

3. System według zastrz. 1, znamienny tym, że informacje stanowią bazowy zestaw danych, który obejmuje:

a) koordynaty geograficzne WGS84 (zgodne z GNSS),

b) wysokość lotu nad poziomem morza,

c) identyfikator statku powietrznego.

4. System według zastrz. 2, znamienny tym, że bazowy zestaw danych obejmuje dodatkowo kurs i prędkość lotu.

5. System według zastrz. 1, znamienny tym, że Serwer Centralny gromadzi dane o aktualnym położeniu BSP i innych kooperujących statków powietrznych, przetwarza te dane oraz udostępnia innym użytkownikom systemu.

6. System według zastrz. 1, znamienny tym, że BSP jest wyposażony w odbiornik GNSS oraz moduł komunikacyjny do komunikacji z NSKL i za pomocą odebranego sygnału GNSS, określa własne położenie 3D i wysyła je w czasie rzeczywistym do NSKL.

7. System według zastrz. 1, znamienny tym, że NSKL jest wyposażona w moduł komunikacyjny do komunikacji z BSP, moduł komunikacyjny do komunikacji z Serwerem Centralnym oraz znana jest orientacyjna lokalizacja NSKL, korzystnie NSKL wyposażone jest w zintegrowany odbiornik GNSS.

PL 229 849 B1

8. System według zastrz. 1 lub 7, znamienny tym, że NSKL wykorzystuje znajomość własnego położenia 3D (pomiar GNSS przy NSKL), znajomość położenia 3D własnego BSP oraz znajomość położenia BSP innych użytkowników systemu a następnie określa względne kąty oraz odległości pomiędzy własnym, a obcymi statkami powietrznymi.

9. System według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródła informacji o położeniu kooperujących statków powietrznych, poza NSKL kooperujących z BSP, wykorzystuje urządzenia mobilne innych użytkowników systemu.

10. System według zastrz. 1, znamienny tym, że częstotliwość odświeżania zestawów danych bazowych przekazywanych pomiędzy Serwerem Centralnym, a użytkownikami systemu wynosi 0,016 Hz, korzystnie 10 Hz.

11. Sposób akwizycji i udostępniania bazowego zestawu danych o statkach powietrznych (SP), który obejmuje:

a) odczytanie przez bezzałogowy statek powietrzny (BSP) własnego położenia z systemu GNSS i regularne wysyłanie danych o położeniu do naziemnej stacji kontroli lotu (NSKL)

b) nawiązanie połączenia przez NSKL i regularne transmitowanie bazowego zestawu informacji do Serwera Centralnego lub grupy serwerów, do którego kierowane są wszystkie informacje udostępniane przez użytkowników systemu akwizycji, udostępniania i wizualizacji danych o SP,

c) udostępnianie skonsolidowanej informacji z Serwera Centralnego dla służb kontroli ruchu lotniczego (ATC) i do osób trzecich, w tym do wszystkich NSKL,

d) zapewnianie wizualizacji danych o kooperujących statkach powietrznych zgromadzonych w serwerze centralnym dla operatorów BSP, obserwatorów naziemnych oraz pilotów załogowych statków powietrznych.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wizualizacja danych o pozycji kooperujących BSP ma miejsce na współpracujących NSLK i/lub współpracujących urządzeniach mobilnych, przy czym wizualizacja obejmuje:

a) znany ruch lotniczy przedstawiany na mapie będącej częścią aplikacji NSKL lub niezależną dedykowaną aplikacją,

b) dla urządzeń mobilnych wyposażonych w kamerę cyfrową o osi obiektywu zabudowanej w kierunku prostopadłym do tylnej powierzchni wyświetlacza, znany ruch lotniczy, który jest podzielony na dwie grupy, przy czym grupa I - obejmuje obiekty znajdujące się w polu widzenia kamery urządzenia mobilnego, a grupa II obejmuje obiekty poza tym polem widzenia, przy czym kamera urządzenia mobilnego pozyskuje i obrazuje elementy sytuacyjne otoczenia, podczas gdy informacje o położeniu wizualizowanych SP wyliczane są na podstawie położenia obserwatora i punktu obserwowanego, kątów orientacji przestrzennej urządzenia oraz geometrii optyki kamery,

c) obiekty latające z grupy I zostają zobrazowane na grafikach nałożonych bezpośrednio na widok z kamery video,

d) informacja o obiektach latających z grupy II zostaje ograniczona do graficznego wskazania kierunku, w którym należy obrócić urządzenie mobilne, aby ten obiekt latający znalazł się ponownie w polu widzenia.

13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że Serwer Centralny gromadzi dane o aktualnym położeniu BSP i innych kooperujących statków powietrznych, przetwarza te dane oraz udostępnia innym użytkownikom systemu.

14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że NSKL pobiera dane o lokalizacji „własnego” BSP a następnie przekazuje je do centralnego serwera i/lub pobiera dane z Serwera Centralnego o położeniu innych BSP i wizualizuje je na ekranie wyświetlacza, korzystnie mapie.

15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że BSP jest wyposażony w odbiornik GNSS oraz moduł komunikacyjny do komunikacji z NSKL, za pomocą odebranego sygnału GNSS, określa własne położenie 3D i wysyła je w czasie rzeczywistym do NSKL

16. Sposób według zastrz. 11 lub 14, znamienny tym, że NSKL jest wyposażona w moduł komunikacyjny do komunikacji z BSP, moduł komunikacyjny do komunikacji z Serwerem Centralnym oraz znana jest orientacyjna lokalizacja NSKL, korzystnie NSKL wyposażone jest w zintegrowany odbiornik GNSS.

PL 229 849 Β1

17. Sposób według zastrz. 11 lub 16, znamienny tym, że NSKL wykorzystuje znajomość własnego położenia 3D znajomość położenia 3D własnego BSP oraz znajomość położenia BSP innych użytkowników systemu i określa względne kąty oraz odległości pomiędzy własnym obcymi statkami powietrznymi.

18. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, częstotliwość odświeżania zestawów danych bazowych przekazywanych pomiędzy Serwerem Centralnym a użytkownikami systemu wynosi 0,016 Hz, korzystnie 10 Hz.