Планирование маршрута

Цель занятия: обучающиеся составляют план облёта объекта с геозонами и заданным поведением при отказах и обосновывают выбранные границы расчётом.

План полёта задаёт не только маршрут, но и границы: докуда аппарату разрешено уходить, на какой высоте работать и что делать при потере связи или разряде. Геозоны и failsafe планируются до вылета — в воздухе их настраивать уже поздно.

Из чего состоит план

Элемент	Что задаёт
Точка взлёта	Откуда стартуем и куда возвращаемся
Точки маршрута	Последовательность координат с высотами
Действия в точках	Снять кадр, повернуть камеру, зависнуть
Геозона	Границы, за которые нельзя
Поведение при отказах	Что делать при потере связи, разряде, потере GPS
Точка посадки	Где садимся штатно

Геозона: граница, которую аппарат не пересечёт

Геозона задаётся радиусом от точки взлёта и максимальной высотой. При подходе к границе аппарат остановится или вернётся — в зависимости от настройки.

Геозона строится не по маршруту, а по безопасности. Вопрос не «куда я собираюсь лететь», а «куда аппарат не должен попасть ни при каких обстоятельствах»: на дорогу, на соседний участок, на территорию школы во время перемены. Геозона — это последний рубеж, когда всё остальное уже пошло не так.

Разумная практика: граница проходит с запасом до опасного объекта, а не по его краю. Аппарат по инерции проходит несколько метров после команды на остановку.

Расчёт высоты и перекрытия для съёмки

Если задача — снять объект, высота выбирается не «на глазок», а расчётом.

Ширина кадра на земле зависит от высоты и угла обзора камеры:

W = 2 H \tan\!\left(\frac{\text{FOV}}{2}\right)

где $H$ — высота, FOV — угол обзора объектива.

Для сшивки снимков нужно перекрытие соседних кадров — обычно 70–80 % вдоль маршрута и 60–70 % между соседними полосами. Отсюда шаг между кадрами:

d = W \cdot (1 - p)

где $p$ — доля перекрытия.

Пример. Камера с FOV 80°, высота 50 м. $W = 2 \cdot 50 \cdot \tan 40° \approx 84$ м — такова ширина кадра на земле. При перекрытии 70 % шаг между кадрами: $d = 84 \cdot 0{,}3 \approx 25$ м. Если аппарат летит со скоростью 5 м/с, кадр нужно снимать каждые 5 секунд.

Почему перекрытие такое большое. Программа сшивки ищет общие точки на соседних снимках. Мало перекрытия — не за что зацепиться, и модель рассыпается. Дешевле снять лишние кадры, чем приехать на объект второй раз. Это типичный инженерный размен: избыточность против риска переделки.

Поведение при отказах

Задаётся до вылета, для каждого сценария отдельно.

Сценарий	Типичная реакция	Обоснование
Потеря связи с пультом	Возврат домой	Оператор не может управлять
Разряд до первого порога	Прервать миссию, вернуться	Хватит на обратный путь
Разряд до второго порога	Немедленная посадка на месте	На возврат уже не хватит
Потеря GPS	Зависание или снижение	Маршрут без координат невыполним
Выход за геозону	Остановка и возврат	Защита людей за границей

Расчёт порога возврата

Порог по заряду считается от расстояния до дома, а не берётся круглым числом.

t_{\text{возврат}} = \frac{D}{v} \cdot k_{\text{ветер}} + t_{\text{запас}}

Пример. Аппарат на 400 м, скорость возврата 8 м/с, встречный ветер даёт коэффициент 1,5, запас на посадку — 60 с. $t = \frac{400}{8} \cdot 1{,}5 + 60 = 135$ с — больше двух минут. Если полётное время аппарата 12 минут, это почти 20 % запаса только на возврат — и порог должен быть выше, а не «полечу, пока не запищит».

Ветер несимметричен. Улететь по ветру легко и быстро — и это обманывает: аппарат ушёл далеко, времени потрачено мало, заряда потрачено мало. Обратная дорога против ветра занимает в разы больше. Планировать надо так, чтобы возвращаться по ветру, а уходить против, а порог считать по худшему случаю.

Практика занятия

Выбрать объект и поставить задачу

Здание школы, спортплощадка, участок местности. Формулируем: что снимаем, с какой детальностью, для чего.

Рассчитать высоту и шаг

По формулам выше: ширина кадра, шаг между кадрами, интервал съёмки. Записываем расчёт — он часть сдачи.

Построить маршрут

Ставим точки в станции, задаём высоты и действия.

Задать геозону и пороги

Границы — от безопасности. Порог возврата — расчётом от расстояния.

Защитить план

Обучающийся объясняет каждое решение: почему такая высота, почему такая граница, почему такой порог. Ответ «так по умолчанию» не принимается.

Прогнать в SITL

Проверяем план в симуляции до реального вылета — см. автономные миссии.

Типичные ошибки планирования

Ошибка	Чем оборачивается
Геозона по краю опасного объекта	Аппарат по инерции пересекает границу
Порог возврата «на глаз»	Не хватает заряда на обратный путь
Высота ниже препятствий на маршруте	Столкновение с деревом, проводом, мачтой
Не учтён ветер	Возврат занимает втрое больше расчётного
Маршрут уходит за пределы видимости	Нарушение правил и потеря контроля
Нет запасной площадки	Некуда садиться при отказе

Приёмка занятия

План построен, геозона и пороги заданы.
Расчёт высоты, шага съёмки и порога возврата выполнен письменно.
Обучающийся защищает каждое решение расчётом или требованием безопасности.
План прогнан в SITL, включая срабатывание защит.

QGroundControl Разбор логов