IL VOLO A BASSA QUOTA PER LA CONOSCENZA DEL TERRITORIO

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1 Comune di Chies d Alpago, BL Provincia di Belluno IL VOLO A BASSA QUOTA PER LA CONOSCENZA DEL TERRITORIO Potenzialità di sistemi UAV (Unammned Aerial Vehicle) e di altri velivoli radio controllati per l acquisizione di dati territoriali 26 giugno 2010 Tambre d Alpago, presso il Centro Sociale 2 meeting italiano Scopo dell incontro è la presentazione di attività amatoriali e professionali legate ai voli a bassa quota per dimostrarne le potenzialità nell ambito dell acquisizione di dati territoriali quali DTM, emissioni, controllo di disseti idrogeologici. Nell ambito della Protezione Civile l importanza dei voli a bassa quota trova applicazione nel monitoraggio in tempo reale di eventi franosi, esondazioni, nella ricerca di persone disperse e nel censimento dei danni provocati da eventi calamitosi. In ambito locale le Province, le Comunità Montane, i Comuni potrebbero trarre immediato vantaggio dai voli a bassa quota dato il loro basso costo, semplicità di impiego e flessibilità d utilizzo.

2 Convegno Potenzialità di sistemi UAV (Unammned Aerial Vehicle) e di altri velivoli radio controllati per l acquisizione di dati territoriali RELAZIONI TECNICHE Sistema Regionale di Protezione Civile e nuove tecnologie per la determinazione del rischio Mario Pizzolon Mario Pizzolon L innovazione tecnologica applicata al monitoraggio del territorio e alla valutazione del rischio richiede una evoluzione continua nei processi e nelle piattaforme utilizzate per il rilievo. Gli UAV e i mini-uav in particolare, categoria all interno della quale ricadono i multirotori, rappresentano un innovazione per la ripresa del territorio ad alta risoluzione, bassa quota di volo e costi contenuti. Tali sistemi rappresentano uno strumento nuovo di rilievo aereo, collocandosi ad un altezza di volo intermedia tra il suolo e la quota dei velivoli tradizionali (aerei, elicotteri), fascia di quota finora coperta solamente da palloni aerostatici che mostrano una rigidità di movimento tale da non consentire una raccolta di dati diffusa nel territorio. Il multirotore presenta caratteristiche di volo che sono senz altro utilizzabili per gli scopi tipici del telerilevamento. Si evidenzia in particolare la possibilità del volo su punti prestabiliti (hovering) e di percorrere tracciati preimpostati grazie all utilizzo del sistema GPS e ad una sensoristica di bordo (giroscopi, accelerometri, pressiometri, magnetometri) sempre più affidabile. Su queste piattaforme sono allestibili diverse tipologie di sensori che permettono la ripresa e il monitoraggio del territorio con un approccio da un nuovo punto di osservazione per la valutazione del rischio, il monitoraggio idrogeologico e delle zone colpite da disastri naturali, la sorveglianza, il supporto a interventi di ricerca di persone disperse ed altre operazioni di Protezione Civile. Certificazione UAV Marco Masiero Marco Masiero Lo sviluppo delle tecnologie del volo UAV e in genere dei sistemi UV anche navali e terrestri segue un trend di crescita esponenziale. La normativa tuttavia ad oggi limita fortemente l'impiego di questi oggetti nel campo civile e anche militare. Può un UAV essere paragonato a un Airbus? Per la normativa attuale sì, e domani? L' Italia si pone all' avanguardia in Europa per lo studio e lo sviluppo di norme idonee grazie allo sforzo degli enti militari di certificazione che stanno producendo una normativa ad hoc per gli UAV di categoria inferiore ai 150 kg. La certificazione resta comunque un argomento molto importante, tecnicamente complesso e infine complicato a salvaguardia dei terzi sorvolati.

3 Metodo di volo UAV ed FPV e possibili applicazioni Alessandro Da Col Alessandro Da Col FPV, acronimo di First Personal View (volo in prima pesona), consiste nel pilotaggio di velivoli rientranti nella categoria micro-uav attraverso la visione da parte del pilota e di un eventuale collaboratore di immagini acquisite in tempo reale a bordo del velivolo e trasmesse a terra. I vantaggi principali di questo metodo sono la ripresa a basso costo ed in sicurezza. Un possibile ambito applicativo è la ricerca e il raggiungimento di un ferito su una parete rocciosa per la definizione d'intervento e il riconoscimento rapidissimo della via di acceso per la squadra di soccorso. Dalla base operativa possono essere comunicate delle informazioni importanti alla squadra di soccorso. Altro possibile ambito di utilizzo è la scansione con termocamera di una valanga mediante la navigazione per punti con ausilio del GPS. Anche in questo caso i vantaggi sono il tempo d'intervento ridotto, la sicurezza degli operatori ed il basso costo. Questi non sono sistemi sostitutivi di quelli attualmente in uso, ma integrativi, apportandone vantaggi significativi. Esempio di progettazione e sperimentazione di un quadrirotore e di una mano volante Alessandro Scola, Elisa Capello e Andrea Sala Alessandro Scola Quadrirotore Presso il Dipartimento di Ingegneria Aeronautica e Spaziale è stato progettato e costruito un quadrirotore, con una autonomia di circa 15 minuti trasportando un carico utile di almeno 300 grammi. Il carico utile di progetto è una fotocamera di tipo commerciale o una videocamera. In futuro si intendono installare a bordo altri sensori, ad esempio dei rivelatori di particelle per analisi in aree contaminate o sensori di tipo ARVA, per il ritrovamento di dispersi nelle valanghe. In seguito ad una analisi di stabilità del velivolo, si è verificato che il quadrirotore è intrinsecamente instabile. Per questo motivo si è proceduto a settare la scheda di controllo (progettata secondo le specifiche desiderate) attraverso prove di volo. Al momento il sistema di controllo è di tipo proporzionale-integrativo-derivativo, tuttavia è in fase di sviluppo un nuovo sistema di controllo ottimo, che garantirà prestazioni più elevate e la possibilità di effettuare il volo in formazione in modalità autonoma. Elisa Capello

4 Andrea Sala Mano volante L'obiettivo del progetto AIRobots è quello di sviluppare una nuova generazione di robot di servizio aereo in grado di fornire supporto alle attività che richiedono la capacità di interagire attivamente e in modo sicuro con l ambiente non vincolati a terra ma liberi nell aria. Il passo in avanti rispetto al classico campo della robotica aerea è quella di realizzare velivoli in grado di gestire una grande varietà di applicazioni, come ad esempio l'ispezione di edifici e grandi infrastrutture, la raccolta di campioni e altre manipolazioni aeree a distanza. Tale progetto si appoggia sulla competenza dell Università di Bologna nel campo del controllo automatico ed in particolare sull esperienza maturata in questi ultimi anni nel campo del controllo di stabilità del volo che ci ha condotto alla costruzione e messa a punto di un vettore di nuova concezione basato sul principio di volo del Torque roll oggi di gran moda nell aeromodellismo, denominato anche Tail sitter. Trattasi quindi di un velivolo che si sostiene in volo grazie alla spinta verticale di un elica intubata, a passo fisso, controllato in assetto e posizione attraverso la vettorizzazione del flusso dell elica. Tale sistema può essere messo in concorrenza nell espletamento di missioni di videosorveglianza, sicurezza e Protezione Civile, con quadrirotori ed elicotteri rispetto ai quali offre vantaggi e svantaggi. Aumento autonomia degli UAV Roberto Navoni Roberto Navoni Nel corso dell'ultimo anno di lavoro sulla piattaforma MultiBoard uno dei temi complessi che ci siamo trovati ad affrontare in diverse occasioni è quello dell'autonomia del velivolo. I temi su cui si è soffermata l'attenzione del nostro gruppo di R&D (Fox Team) sono essenzialmente quelli relativi alle batterie disponibili sul mercato in particolare alle tecnologie Lipo e Life e ad un'analisi puntuale ed una caratterizzazione di ogni singola componente. Il gruppo su cui si è focalizzata maggiormente la nostra attenzione è quello delle eliche / motori / coefficenti aerodinamici, in relazione al peso in ordine di volo. Dalle diverse sperimentazioni con velivoli dotati di motori su cui erano alloggiate batterie di diversa capacità (dai 2200 ai ma/h) è emerso che all'aumento di peso dovuto ad un maggior carico di batterie corrisponde in modo esponenziale un aumento degli assorbimenti del velivolo. Di qua la convinzione di dover andare ad analizzare altre soluzioni per poter superare abbondantemente i minuti max di permanenza in volo. Si è così pensato all'impiego di tecnologie ibride e abbiamo iniziato ad analizzare ed identificare velivoli monomotore con eliche a passo variabile. Questo approccio consente, grazie alla possibilità di impiegare motori a scoppio o turbine, di superare gli attuali limiti di autonomia dettati dal multirotore a passo fisso con batterie Lipo.

5 L utilizzazione di multirotori per il trasporto in quota di sensori ambientali. Niccolò Iandelli Niccolò Iandelli Il monitoraggio del territorio richiede sempre un innovazione costante nei processi e nelle tecnologie di rilevamento. Recentemente i micro-uav (peso <2 kg) rappresentano l'ultima frontiera per la ripresa del territorio ad alta risoluzione e a bassa quota di volo. La possibilità di montare diversi sensori e la loro agilità li rendono utilizzabili in ambito urbano, per analisi di rischio ambientale e per la stima dei cambiamenti uso del suolo. Inoltre presentano una soluzione a basso costo per la creazione di quadri conoscitivi condivisi. L obiettivo è quello di sviluppare un piattaforma leggera di rilievo aereo individuando le aree tematiche di utilizzo. Le fasi di progetto vanno dalla costruzione e test delle capacità di volo e di payload (capacità di carico in assetto di volo) al test di diversi sensori legati ai campi di applicazione e ai rilievi a cui sono dedicati i velivoli fino alla realizzazione di un sistema di volo dedicato in grado di far volare i quadrirotori in modo autonomo o semi autonomo, realizzando così la possibilità di volo sincrono di più velivoli, uno sciame composto da diversi multi-rotori ognuno dotato di sensoristica e compiti di rilievo specifici. Applicazione laserscanner avionico e terrestre Nuccio Bucceri Nuccio Bucceri Le tecniche di rilievo laser scanner sia terrestre che avionico hanno assunto negli ultimi anni un ruolo di sempre maggior importanza nell'ambito dei rilievi di grandi aree di montagna. La possibilità di misurare con grande accuratezza e precisione la componente verticale, della porzione di territorio di interesse, colloca la tecnologia in questione in perfetta continuità con le più classiche tecniche di ripresa fotogrammetrica sia aerea che terrestre, favorendo una sempre più esaustiva rappresentazione del territorio. Il contesto montano, con la sua elevata energia del rilievo e la frequente presenza di vegetazione ostacola pesantemente le tecniche topografiche tradizionali e satellitari ma ben si presta ad essere rilevato attraverso la tecnica laserscanner, offrendo inoltre la possibilità di integrare con grande efficacia i due sistemi di misura non a contatto aerea e terrestre consentendo, al contempo, una valutazione critica dei modelli ottenuti.

6 Telerilevamento aereo multispettrale da piattaforma leggera per il monitoraggio agricolo e forestale Claudio Belli Claudio Belli Terrasystem, spin-off dell Università della Tuscia, in collaborazione con alcuni Enti di Ricerca lavora da anni allo sviluppo e sul trasferimento tecnologico di sensori aerotrasportati e sulla definizione di metodologie di elaborazione dati telerilevati per lo studio e il monitoraggio delle risorse agricole, forestali e ambientali/territoriali. In particolare, sono stati ingegnerizzati diversi sensori su una piattaforma aerea leggera, integrati in un sistema di acquisizione dati digitali comprensivo di camere multispettrali e termiche a bande selezionabili chiamato DFR. Il sistema è alloggiato su una piattaforma aerea monomotore caratterizzata dalla facilità di impiego, economicità e flessibilità d uso. Tale sistema è stato impiegato in numerosi progetti nazionali ed internazionali di ricerca e applicazione, tra cui: il progetto CORIAL-BARILLA per il monitoraggio del contenuto proteico del grano; il progetto SIMIB, finanziato dal MIPAF, per la mappatura delle aree boschive percorse da incendio ai fini della realizzazione del catasto degli incendi boschivi; il progetto UE CARBOMONT per la stima della produttività delle praterie europee, due progetti PRAL Lazio per il monitoraggio di alcune fitopatologie del nocciolo e del castagno. Osservazioni di lunga durata mediante dirigibili Nicola La Gloria Nicola La Gloria Dopo essere stati protagonisti dell'aeronautica all'inizio del XX secolo, i dirigibili sono oggi al centro di importanti progetti e applicazioni in campo civile, militare e spaziale. Questi velivoli, che sfruttano la spinta idrostatica per rimanere in volo, offrono significativi vantaggi se pensati come architetture robotiche autonome in grado di estendere la durata delle missioni rispetto ad aerei o elicotteri. I dirigibili necessitano di poca potenza rispetto al carico utile che possono trasportare e a differenza delle mongolfiere, che volano in balia delle correnti ventose, possono essere manovrati dall'uomo o da un computer. La loro controllabilità premette: di pianificare traiettorie di volo per scopi di sorveglianza del territorio, lo stazionamento su punti di interesse, il trasporto di strumentazione scientifica di vario tipo come telecamere ottiche o termiche, laser altimetri, strumenti per l'analisi atmosferica o per le telecomunicazioni. L'ampia superficie della fusoliera permette l'installazione di celle fotovoltaiche per la ricarica delle batterie tramite energia solare estendendo maggiormente il periodo di missione. Dal punto di vista dell'impatto ambientale i dirigibili a motore elettrico sono poco rumorosi e possono essere considerati piattaforme di volo ecologiche ancora affascinanti.

7 Osservazioni rapide da alta quota a basso costo Roberto Da Forno Roberto Da Forno L osservazione di scenari globali permette di acquisire una grande mole di informazioni riguardanti l evoluzione di eventi quali inondazioni, eruzioni vulcaniche, frane, ecc. L osservazione satellitare rappresenta l apice per estensione geografica mentre per una risoluzione maggiore è necessario utilizzare aeromobili. In tutti i casi risultano evidentemente elevati i costi e, parimenti, i tempi di approntamento. Per i satelliti in bassa orbita è necessario attendere il passaggio (ogni 90 min circa), mentre per gli aeromobili è necessario attivare una catena di collegamenti non particolarmente tempestiva, anche in relazione alla distanza fra l evento e l aeroporto più prossimo. L osservazione d alta quota mediante sistemi a razzo permette di avere i vantaggi dei sistemi satellitari, data l elevata altezza raggiungibile, con maggiore risoluzione data la quota di osservazione decisamente più bassa dei satelliti in bassa orbita, posizionati attorno ai 400 km di altezza. Con l attuale tecnologia della propulsione ibrida è possibile ottenere veicoli a basso costo capaci di raggiungere quote considerevoli on-demand, ossia la dove è necessaria l osservazione, tutto questo con elevati standard di sicurezza data la non esplosività di propulsori ibridi. In questo modo è possibile, in sostanza, avere a disposizione l equivalente di una strisciata satellitare esattamente nel momento in cui serve con costi decisamente inferiori. Sistemi propulsivi a basso costo in supporto all osservazione del territorio Daniele Pavarin Daniele Pavarin I propulsori a razzo ibrido costituiscono una classe di propulsori intermedi tra i propulsori solidi e propulsori liquidi caratterizzati da combustibile e comburente stivati in fasi diverse e quindi non miscibili. Questa peculiarità conferisce ai sistemi ibridi alcune peculiarità uniche tra i sistemi propulsivi chimici: estrema sicurezza di impiego, controllabilità, affidabilità. Si ritiene che grazie alle sue peculiarità questo apparato propulsivo sia applicabile a sistemi destinati all osservazione rapida del territorio. Presso il Centro Studi e Attività Spaziali (CISAS) dell Università di Padova sono in corso da alcuni anni studi numerici e sperimentali rivolti allo sviluppo di questa tipologia di propulsori, che hanno condotto allo sviluppo di diverse tipologie di propulsori nel range di spinta 1-20 kn. In questa presentazione saranno illustrate le peculiarità degli apparati propulsivi ibridi congiuntamente al programma di ricerca in corso presso l Ateneo di Padova e alle possibili applicazioni in ambito di osservazione rapida del territorio.