Kartoitusdronen suunnittelu, toteutus ja käyttöönotto

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-08-17
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoinformatics (GIS)
Language
fi
Pages
60+8
Series
Abstract
Tässä tutkimuksessa suunniteltiin, toteutettiin ja otettiin käyttöön kartoitustehtävään soveltuva miehittämätön ilma-alusjärjestelmä (UAS). Tutkimus rajattiin koetyön osalta multikopterimallisiin pyöriväsiipisiin droneihin, mutta kirjallisuuskatsauksessa selvitettiin lyhyesti myös muun tyyppisten dronejen sovelluksia ja toimintaperiaatteita. Kirjallisuuskatsauksessa identifioituja sovelluksia käytettiin myöhemmin vertailupohjana arvioitaessa kokeellisen osion toimivuutta. Kokeellisessa osuudessa määriteltiin kartoitusdronejärjestelmältä vaaditut ominaisuudet ja niiden pohjalta simuloitiin kokoonpano, joka suoriutuu kartoitustehtävästä mahdollisimman hyvin, ollen silti hinnaltaan kilpailukykyinen. Simulaation tuloksena saatiin tarvittavien toiminnallisten komponenttien osalistaus ja arviot dronen suorituskyvylle kyseisellä konfiguraatiolla. Toteutusvaiheessa kartoitusdrone rakennettiin käyttäen hyväksi simulaatiotuloksia. Näin voitiin tilata ainoastaan simulaatiossa määritellyt komponentit ja dronen rakentaminen onnistui heti ensimmäisillä tilatuilla komponenteilla. Työssä rakennetun dronen soveltuvuutta kartoitustehtävään testattiin kartoituskoelennolla Asuntomessut Tuusulassa 2020 -tapahtuman messualueella. Koelento suunniteltiin Mission Planner ohjelmistolla simulaatiotuloksiin pohjautuen niin, että lennon kesto oli lähellä simuloitua lentoaikaa. Toteutunut lentoaika vastasi Mission Plannerissa suunniteltua ja akun varaustaso oli lennon jälkeen simulaation mukainen ilmoitettujen toleranssien puitteissa. Lopuksi kartoituskoelennolla kerätyltä materiaalilta tuotettiin 3D pistepilvi, jota verrattiin samalta alueelta koelentopäivänä kerättyyn maalaserkeilainaineistoon. Vertailussa ilmeni laserkeilausaineiston osalta laatuongelmia, joten vertailua ei voitu käyttää tarkkuusvalidointiin, mutta sillä saatiin menestyksekkäästi testattua kahden eri perspektiivistä kerätyn pistepilviaineiston yhteiskäyttöä. Lisäksi varmistettiin molempien aineistojen soveltuvuus senttimetriluokan kartoitustehtävään.

In this research, an unmanned aircraft system (UAS) capable of conducting a survey mission was designed, implemented, and deployed. The research was constrained to cover multirotor type rotary wing vehicles, but the literature review briefly examined other types of drone applications and operational principles as well. Applications identified in the literature review were later utilized to compare to the experimental results of the research. The experimental part of the research defined the characteristics required from the surveying drone system. Results were applied to simulate a drone system capable of conducting surveying tasks as effectively as possible while being cost efficient. Simulation results include a list of parts required to assemble the drone and performance characteristics of the vehicle. In the implementation stage, the survey drone was built using the simulation results. This made it possible to order only the parts identified in the simulation, thus reducing the time and resources required for the implementation. The surveying task suitability of the drone was tested by conducting a surveying test flight at the Asuntomessut Tuusulassa 2020 -event location. The test flight was planned using Mission Planner suite and flight times derived from the simulation results so that the duration of the test flight closely matched the maximum flight time according to the simulation. The real flight time of the test flight matched the planned flight time as well as the simulated flight time within the tolerances stated in the simulation program. Finally, the material gathered from the test flight was used to create a 3D point cloud which was compared to a terrestrial 3D point cloud captured the same day from the event area. Comparison revealed quality issues of the terrestrial scans so the material could not be used to validate the accuracy of either dataset but it was successfully used to test the workflow of orienting the two different point cloud datasets into a common coordinate system. Furthermore, the research verified that both datasets were suitable for centimeter level surveying missions.
Description
Supervisor
Vaaja, Matti
Thesis advisor
Rönnholm, Petri
Keywords
UAV, miehittämätön ilma-alus, kartoitus, prototyypitys, pistepilvi
Other note
Citation