Trumpas atsakymas: taip, didžiąją laiko dalį. Gerai suprojektuota drone-in-a-box sistema skrenda esant nedideliam lietui, vidutiniam vėjui ir minusinei temperatūrai. Ji neskrenda esant stipriems gūsiams, smarkiam lietui ar snygiui, šąlančiam rūkui ir lijundrai. Išanalizavę dešimties metų orų duomenis nustatėme, kad dronas su įprastomis ribomis būtų negalėjęs skristi maždaug vieną valandą iš devynių Prahoje ir vieną valandą iš šešių Šiaurės jūros pakrantėje, o naktimis padėtis pastebimai geresnė nei dieną.
Kas riboja drone-in-a-box esant blogiems orams?
Drone-in-a-box sistemą sudaro dvi dalys, kurias oras veikia skirtingai. Stotis stovi lauke ištisus metus ir turi atlaikyti viską: audras, šalną, karštį ir sniegą. Dronui oro sąlygos svarbios tik skrydžio metu, tačiau jo atsarga daug mažesnė, nes jis lengvas, maitinamas akumuliatoriumi ir ore laikosi besisukančių propelerių dėka. Praktiškai tai, ar skrydis gali įvykti, lemia šie šeši veiksniai:
- Vėjas ir gūsiai. Dažniausia priežastis likti ant žemės. Kritinis momentas – nusileidimas atgal į stotį.
- Lietus ir sniegas. Ribas lemia drono apsauga nuo vandens ir tai, ką kamera dar gali matyti.
- Šaltis. Mažina akumuliatorių talpą ir neleidžia jų saugiai įkrauti.
- Apledėjimas. Šąlantis rūkas ir lijundra per kelias minutes gali išvesti multirotorių iš rikiuotės. Tai besąlygiška neskraidymo sąlyga.
- Matomumas. Rūkas ir žemi debesys ne visada sustabdo droną, tačiau gali padaryti vaizdo įrašą nenaudingą.
- Karštis. Daugiausia stoties problema: vasarą elektronikai ir kraunamiems akumuliatoriams reikia aušinimo.
Ką dronų stočiai reiškia IP klasė?
Gamintojai nurodo IP klases pagal IEC 60529. Pirmasis skaitmuo reiškia apsaugą nuo dulkių ir kietųjų daiktų, antrasis – nuo vandens. Antrasis skaitmuo nėra paprasta reitingo skalė, todėl šiuos skaičius lengva klaidingai suprasti.
| Klasė | Dulkės | Vanduo | Ką tai reiškia lauke |
|---|---|---|---|
| IP54 | Apsaugota nuo dulkių | Purslai iš bet kurios krypties | Lietus, bet ne vėjo genamas lietus ar vandens srovė iš žarnos |
| IP55 | Apsaugota nuo dulkių | Žemo slėgio vandens čiurkšlės (12,5 l/min) | Vėjo genamas lietus; įprasta stočių dronų klasė |
| IP56 | Apsaugota nuo dulkių | Stiprios vandens čiurkšlės (100 l/min) | Audros genamas lietus; šiek tiek dulkių vis tiek gali patekti |
| IP65 | Dulkėms nepralaidi | Žemo slėgio vandens čiurkšlės (12,5 l/min) | Vėjo genamas lietus ir visiškai jokių dulkių: naudinga statybvietėse, karjeruose ir saulės elektrinėse |
2026 m. rinkoje esančios komercinės stotys paprastai turi IP54–IP56 klasę, o jų dronai – IP55. Patikrinkite, ar stoties klasė galioja ir atidarius dangtį, ar tik jį uždarius: stotis labiausiai pažeidžiama kilimo ir tūpimo metu, kai dangtis atidarytas.
IP klasė – tai naujo įrenginio laboratorinis bandymas. Ji nieko nesako apie sandariklių būklę po trijų žiemų, kondensatą korpuso viduje ar į ventiliacijos angą pripustytą sniegą. Paklauskite, kaip stotis kontroliuoja drėgmę ir kokiu intervalu reikia prižiūrėti sandariklius.
Kokį vėją atlaiko apsaugos dronas?
Rinkoje esančioms stotims paprastai skelbiama maždaug 12 m/s (apie 43 km/h, arba 6 balai pagal Boforto skalę) kilimo ir tūpimo vėjo riba. Reali riba būna mažesnė dėl trijų dalykų:
- Gūsiai, ne vidurkiai. Prognozė „7 m/s su gūsiais iki 14 m/s“ reiškia, kad skristi negalima. Dronas turi tiksliai nusileisti ant aikštelės, o kietus nusileidimus sukelia būtent gūsis paskutiniame metre.
- Aukštis. Vėjo greitis paprastai didėja tolstant nuo žemės. Stoties anemometras 2 m aukštyje gali rodyti ramų orą, kai 50 m aukštyje skrendantis dronas kovoja su daug stipresniu vėju.
- Vietos ypatumai. Pastatai, rezervuarų parkai ir konteinerių rietuvės sukelia turbulenciją ir vėjo koridorius. Vėjo elektrinių turbinos pavėjui palieka sūkurių pėdsaką.
Vėjas sumažina ir skrydžio nuotolį. Prieš vėją skrendantis dronas sunaudoja daugiau energijos, be to, jis turi pasilikti pakankamai akumuliatoriaus įkrovos, kad grįžtų prieš vėją. Geras misijų planuoklis tikrina ir grįžimo atkarpą, o ne tik skrydį į tikslą.
Lietus ir sniegas
Su IP55 klasės dronu paprastai galima skristi esant nedideliam ir vidutiniam lietui. Ribas lemia kiti dalykai: vandens lašai ant objektyvo, lietaus brūkšniai, klaidinantys žmonių aptikimą, ir sumažėjęs lazerinių atstumo matuoklių bei kliūčių jutiklių veikimo nuotolis.
Su sniegu sudėtingiau. Krintantis sniegas apakina kameras, šlapias sniegas gali prilipti prie korpuso, o sniegas ant stoties dangčio ar nusileidimo aikštelės gali neleisti stočiai atsidaryti arba dronui nusileisti. Todėl stotys šildo dangčius ir vėjo jutiklius. Šildymas sunaudoja daug energijos, todėl paklauskite, kas dar veikia, kai stotis maitinama iš atsarginio akumuliatoriaus: būtent žiemą dingus elektrai objektas yra labiausiai pažeidžiamas.
Kaip šaltis veikia dronų akumuliatorius?
Ličio akumuliatoriai šaltyje praranda talpą. Tikslūs skaičiai priklauso nuo elementų chemijos ir nuo to, kiek akumuliatorius šiltas kilimo metu, tačiau esant maždaug -10 °C dažnai prarandama ketvirtadalis ar daugiau skrydžio trukmės, o šaltų akumuliatorių įtampa esant apkrovai dar ir krenta. Įkrovimas – dar didesnė problema. Įkraunant ličio elementą žemesnėje nei minimali leistina temperatūroje, ant anodo gali nusėsti metalinis litis, o tai negrįžtamai sumažina talpą ir gali sukelti vidinius trumpuosius jungimus. Stočių akumuliatoriams įkrauti paprastai reikia aukštesnės nei maždaug 5 °C temperatūros, todėl šaltu oru stotys ir akumuliatoriai juos pirmiausia sušildo.
Tai vienas iš kompromisų tarp dviejų stočių konstrukcijų:
- Įkrovimo stotys įkrauna akumuliatorių pačiame drone. Žiemą dronas pirmiausia turi sušildyti akumuliatorių, todėl ilgiau užtrunka, kol jis vėl parengtas.
- Akumuliatorių keitimo stotys pakeičia akumuliatorių įkrautu, laikomu korpuso viduje. Atsarginius akumuliatorius galima laikyti įkrovimui tinkamoje temperatūroje, todėl dronas gali vėl pakilti per kelias minutes, net ir po skrydžio šaltyje.
Pačių stočių žemiausia darbinė temperatūra paprastai būna nuo -20 iki -40 °C. Vidurio Europos žemumose žemesnė nei -20 °C temperatūra reta; mūsų Prahos duomenyse per dešimt metų jos nebuvo nė karto. Aukštai kalnuose esantys objektai ir Skandinavija – visai kita istorija.
Kodėl apledėjimas – besąlygiška neskraidymo sąlyga
Šąlančiame rūke, šąlančioje dulksnoje ir lijundroje yra peršalusių vandens lašelių, kurie užšąla vos prisilietę. Ant mažo propelerio ledas per kelias sekundes pakeičia mentės formą. NTNU apledėjimo vėjo tunelyje bandant 381 mm UAV rotorių esant -5 ir -10 °C, trauka sumažėjo jau per pirmąją minutę, o rotoriui sukti reikalingas sukimo momentas vis didėjo; viename bandyme po 80 sekundžių variklio srovė viršijo greičio reguliatoriaus vardinę vertę ir bandymą teko nutraukti. Vėliau ledo gabalai atskyla netolygiai ir purto rotorių. Multirotorius negali sklandyti: kai jo propeleriai apledėja, jis krenta.
Šildomi ir dengti propeleriai tiriami, tačiau nė vienas šiandienos stočių dronas nėra sertifikuotas skrydžiams apledėjimo sąlygomis. Praktinis sprendimas – aptikimas: maždaug nuo 0 iki -10 °C temperatūra kartu su rūku, dulksna ar lietumi reiškia, kad dronas lieka stotyje. Ledas ant stoties – atskira problema: lijundra gali užšaldyti dangtį, ir tai dar viena priežastis jį šildyti.
Rūkas, žemi debesys ir tamsa
Rūkas retai sutrukdo dronui skristi, nes navigacija remiasi GNSS, o ne regėjimu. Tačiau dėl jo dronas tampa nenaudingas. Dienos kamera tirštame rūke mato nedaug. Termovizinė kamera veikia geriau, nes aptinka šilumą, o ne šviesą, tačiau vandens lašeliai vis tiek silpnina signalą. Žemi debesys svarbūs, jei patruliavimo aukštis artimas debesų apatinei ribai. Tamsa, priešingai, apsaugos dronui su termovizine kamera visai nėra oro sąlygų apribojimas; dauguma apsaugos skrydžių vyksta naktį.
Kiek valandų per metus gali skraidyti drone-in-a-box?
Duomenų lapuose nurodomos ribos, bet juose nepasakyta, kaip dažnai šios ribos viršijamos Jūsų objekte. Norėdami tai įvertinti, paėmėme trijų vietovių dešimties metų (2016–2025) valandinius ERA5 reanalizės duomenis ir suskaičiavome valandas, kuriomis dronas nebūtų galėjęs skristi pagal du ribų rinkinius:
- Įprastos ribos: gūsiai virš 12 m/s, 1 mm/h ar stipresnis lietus, bet koks snygis, šąlantys krituliai arba žemesnė nei -20 °C temperatūra.
- Atsargios ribos: gūsiai virš 10 m/s, 0,5 mm/h ar stipresnis lietus ir tos pačios sniego, apledėjimo bei šalčio taisyklės.
| Vietovė | Negalėjo skristi, įprastos ribos | naktį (20:00–06:00) | Negalėjo skristi, atsargios ribos | Ilgiausias neskraidymo laikotarpis |
|---|---|---|---|---|
| Praha (žemyno gilumoje, CZ) | 10.9% | 7.7% | 20.1% | 73 h |
| Ostrava (žemyno gilumoje, CZ) | 12.9% | 10.3% | 24.1% | 61 h |
| Bremerhavenas (Šiaurės jūros uostas, DE) | 17.7% | 13.1% | 31.2% | 90 h |
Pagrindinė priežastis visur buvo vėjas: Prahoje pagal įprastas ribas gūsiai lėmė 7,5 % visų valandų, sniegas – 2,1 %, lietus – 1,9 %. Sezonai labai skiriasi. Prahoje valandų, kai dronas pagal įprastas ribas negalėjo skristi, dalis buvo tokia:
| Saus. | Vas. | Kov. | Bal. | Geg. | Birž. | Liep. | Rugp. | Rugs. | Spal. | Lapkr. | Gruod. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 22% | 20% | 12% | 10% | 8% | 8% | 6% | 5% | 6% | 9% | 8% | 16% |
Trys išvados apsaugos planavimui:
- Naktys ramesnės. Saulei nusileidus pažemio vėjas paprastai silpnėja, todėl apsaugai svarbiausios valandos kartu yra ir palankiausios skrydžiams.
- Žiema – silpniausias sezonas. Nuo gruodžio iki vasario žemyno gilumoje esančiame objekte planuokite, kad maždaug vieną valandą iš penkių drono nebus, o pakrantėje – dar dažniau.
- Blogi orai užsitęsia. Audros gali neleisti dronui skristi dvi ar tris dienas iš eilės. Jūsų apsaugos sistema turi tiek laiko veikti be drono.
Kaip vertinti šiuos skaičius. ERA5 – tai reanalizė maždaug 30 km tinklelyje, o ne matavimas prie Jūsų tvoros. Ji pateikia gūsius 10 m aukštyje, nors patruliuojama aukščiau, ir neišskiria šąlančio rūko, todėl apledėjimo atvejų suskaičiuojama per mažai. Vertinkite šiuos skaičius kaip dydžio eilę ir būdą palyginti objektus, o ne kaip garantiją. Konkrečiam objektui naudokite artimiausios nacionalinės meteorologijos tarnybos stoties duomenis ir, idealiu atveju, vieno sezono matavimus iš pačios dronų stoties jutiklių.
Kas vyksta su apsauga, kai dronas lieka ant žemės?
Drone-in-a-box – tai vienas apsaugos sistemos sluoksnis, o ne visa sistema. Kai oras pablogėja, stacionarios kameros, perimetro jutikliai ir apsaugininkai dirba toliau taip pat, kaip ir be jo. Svarbu, kad visi žinotų, jog dronas neatskris:
- Sistema turėtų patikrinti orą prieš kiekvieną pakilimą ir atsisakyti skrydžių, viršijančių jos ribas, o ne palikti sprendimą pavargusiam operatoriui 3 val. nakties.
- Operatorius ir pavojaus signalų priėmimo centras turėtų iš karto matyti, kad dronas negali skristi ir kodėl, kad pavojaus signalas būtų nukreiptas tiesiai apsaugininkui ar kamerai.
- Kiekvienas neskraidymo atvejis turėtų būti registruojamas su priežastimi, kad galėtumėte nurodyti tikrąjį prieinamumą ir laikui bėgant koreguoti ribas.
- ES specialiosios kategorijos operacijoms Jūsų oro sąlygų ribos turi būti įtrauktos į naudojimo vadovą, kuriuo grindžiamas Jūsų leidimas. Žr. mūsų ES dronų taisyklių apžvalgą.
Klausimai apie oro sąlygas, kuriuos verta užduoti drone-in-a-box tiekėjui
- Kokios yra kilimo, tūpimo ir skrydžio vėjo ribos ir ar jos taikomos vidutiniam vėjui, ar gūsiams?
- Kokia stoties IP klasė, kai dangtis atidarytas ir uždarytas, ir kokia drono IP klasė?
- Kokia lietaus riba ir ar yra atskira sniego riba?
- Kaip sistema aptinka apledėjimo sąlygas ir ar automatiškai blokuoja skrydžius?
- Kokiame temperatūrų intervale akumuliatorių galima įkrauti ir kaip jis palaikomas šiltas?
- Kas toliau veikia maitinant iš atsarginio šaltinio: šildymas, įkrovimas, pakilimas?
- Kokį prieinamumą pasiekė esami klientai panašiame klimate kaip Jūsų ir ar jie gali parodyti žurnalus?
- Kaip apie neskraidymo atvejus pranešama operatoriams ir pavojaus signalų priėmimo centrui?
Nestua požiūris
Nuo pat pradžių projektuojame atsižvelgdami į Vidurio Europos žiemas. Nestua bazinė stotis turi IP65 klasę, todėl yra nepralaidi dulkėms statybvietėse ir saulės elektrinėse, ir naudoja robotizuotą akumuliatorių keitimą, todėl akumuliatoriai kraunami stoties viduje, o ne šaltame drone. Dronas ir bazinė stotis dar kuriami, todėl skrydžio ribų kol kas neskelbiame. Kai jas paskelbsime, jos bus pagrįstos mūsų pačių bandymais per Čekijos žiemą, o ne laboratorija, ir jas paskelbsime šiame tinklaraštyje. Jei valdote objektą su sudėtingomis oro sąlygomis ir norite padėti mums testuoti, susisiekite su mumis.
Šaltiniai
- IEC 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code): webstore.iec.ch/en/publication/2452
- Müller, N. C. ir Hann, R., UAV Icing: Experimental Analysis of Icing on a Rotor of a UAV, IWAIS 2024 (NTNU): richahan.folk.ntnu.no/Publications/2024_Müller_IWAIS.pdf
- NATO STO SCI-328, Hazards of In-flight Icing on Unmanned Aircraft: richahan.folk.ntnu.no/Publications
- Hersbach, H. ir kt., ERA5 valandinė reanalizė (Copernicus Climate Change Service), gauta per Open-Meteo Historical Weather API: open-meteo.com/en/docs/historical-weather-api