Īsā atbilde: jā, lielāko daļu laika. Labi projektēts drone-in-a-box lido nelielā lietū, mērenā vējā un temperatūrā zem nulles. Tas nelido stiprās brāzmās, stiprā lietū vai snigšanas laikā, kā arī sasalstošā miglā un sasalstošā lietū. Mūsu desmit gadu laikapstākļu datu analīzē drons ar tipiskām robežām būtu palicis uz zemes aptuveni vienu stundu no deviņām Prāgā un vienu stundu no sešām Ziemeļjūras piekrastē, turklāt naktīs situācija ir manāmi labāka nekā dienā.
Kas ierobežo drone-in-a-box sliktos laikapstākļos?
Drone-in-a-box sastāv no divām daļām, kuras laikapstākļi ietekmē atšķirīgi. Stacija atrodas ārā visu gadu, un tai jāiztur viss: vētras, sals, karstums un sniegs. Dronam ar laikapstākļiem jātiek galā tikai lidojuma laikā, taču tā rezerve ir daudz mazāka, jo tas ir viegls, darbojas ar akumulatoru un gaisā to notur rotējoši propelleri. Praksē to, vai lidojums var notikt, nosaka šie seši faktori:
- Vējš un brāzmas. Visbiežākais iemesls palikt uz zemes. Kritiskais brīdis ir nolaišanās atpakaļ stacijā.
- Lietus un sniegs. Ierobežo drona aizsardzība pret ūdeni un tas, ko kamera vēl spēj redzēt.
- Aukstums. Samazina akumulatoru ietilpību un neļauj tos droši uzlādēt.
- Apledojums. Sasalstoša migla un sasalstošs lietus dažu minūšu laikā var padarīt multirotoru nelietojamu. Tas ir beznosacījuma lidojumu aizliegums.
- Redzamība. Migla un zemi mākoņi ne vienmēr aptur dronu, taču var padarīt video nederīgu.
- Karstums. Galvenokārt stacijas problēma: vasarā elektronikai un uzlādējamiem akumulatoriem nepieciešama dzesēšana.
Ko dronu stacijai nozīmē IP klase?
Ražotāji norāda IP klases atbilstoši IEC 60529. Pirmais cipars nozīmē aizsardzību pret putekļiem un cietiem priekšmetiem, otrais – pret ūdeni. Otrais cipars nav vienkārša rangu skala, tāpēc šos skaitļus ir viegli pārprast.
| Klase | Putekļi | Ūdens | Ko tas nozīmē ārā |
|---|---|---|---|
| IP54 | Aizsargāts pret putekļiem | Šļakatas no jebkura virziena | Lietus, bet ne vēja dzīts lietus vai ūdens strūkla no šļūtenes |
| IP55 | Aizsargāts pret putekļiem | Zema spiediena ūdens strūklas (12,5 l/min) | Vēja dzīts lietus; parastā klase staciju droniem |
| IP56 | Aizsargāts pret putekļiem | Spēcīgas ūdens strūklas (100 l/min) | Vētras dzīts lietus; daļa putekļu tomēr var iekļūt |
| IP65 | Putekļdrošs | Zema spiediena ūdens strūklas (12,5 l/min) | Vēja dzīts lietus, un putekļi neiekļūst nemaz: noderīgi būvlaukumos, karjeros un saules parkos |
Tirgū pieejamajām komerciālajām stacijām 2026. gadā parasti ir IP54 līdz IP56 klase, bet to droniem – IP55. Pārbaudiet, vai stacijas klase attiecas arī uz atvērtu vāku vai tikai uz aizvērtu: stacija ir visneaizsargātākā pacelšanās un nolaišanās laikā, kad vāks ir atvērts.
IP klase ir jaunas ierīces laboratorijas tests. Tā neko nepasaka par blīvējumiem pēc trim ziemām, kondensātu korpusa iekšpusē vai sniegu, kas iepūsts ventilācijas atverē. Pajautājiet, kā stacija kontrolē mitrumu un kāds ir blīvējumu apkopes intervāls.
Cik stipru vēju var izturēt apsardzes drons?
Tirgū pieejamajām stacijām parasti publicētā pacelšanās un nolaišanās vēja robeža ir ap 12 m/s (aptuveni 43 km/h jeb 6 balles pēc Boforta skalas). Reālo robežu samazina trīs faktori:
- Brāzmas, nevis vidējie rādītāji. Prognoze „7 m/s ar brāzmām līdz 14 m/s“ nozīmē, ka lidot nevar. Dronam precīzi jānolaižas uz laukuma, un tieši brāzma pēdējā metrā izraisa skarbas nolaišanās.
- Augstums. Vēja ātrums parasti palielinās līdz ar augstumu virs zemes. Stacijas anemometrs 2 m augstumā var rādīt bezvēju, kamēr drons 50 m augstumā cīnās ar daudz stiprāku vēju.
- Vietas ietekme. Ēkas, rezervuāru parki un konteineru grēdas rada turbulenci un vēja koridorus. Vēja parka turbīnas pa vējam aiz sevis atstāj turbulentu pēdu.
Vējš samazina arī darbības rādiusu. Drons, kas lido pret vēju, patērē vairāk enerģijas, un tam jāsaglabā pietiekami daudz akumulatora uzlādes, lai atgrieztos pret vēju. Labs misiju plānotājs pārbauda arī atpakaļceļu, nevis tikai ceļu uz mērķi.
Lietus un sniegs
Ar IP55 dronu nelielā un mērenā lietū parasti var lidot. Ierobežojumi rodas citur: ūdens pilieni uz objektīva, lietus svītras, kas maldina cilvēku noteikšanu, un samazināts lāzera tālmēru un šķēršļu sensoru darbības attālums.
Ar sniegu ir sarežģītāk. Krītošs sniegs aizklāj kameru skatu, slapjš sniegs var pielipt korpusam, un sniegs uz stacijas vāka vai nosēšanās laukuma var neļaut stacijai atvērties vai dronam nolaisties. Tāpēc stacijas apsilda vākus un vēja sensorus. Apsilde patērē daudz enerģijas, tāpēc pajautājiet, kas vēl darbojas, kad stacija strādā no rezerves akumulatora: ziemas elektroapgādes pārtraukums ir tieši tas brīdis, kad objekts ir visneaizsargātākais.
Kā aukstums ietekmē dronu akumulatorus?
Litija akumulatori aukstumā zaudē ietilpību. Precīzi skaitļi atšķiras atkarībā no elementu ķīmijas un no tā, cik silts akumulators ir pacelšanās brīdī, taču ap -10 °C bieži zūd ceturtdaļa lidojuma laika vai vairāk, un aukstiem akumulatoriem slodzes laikā krītas arī spriegums. Lielākā problēma ir uzlāde. Uzlādējot litija elementu zem tā minimālās temperatūras, uz anoda var izgulsnēties metāliskais litijs, kas neatgriezeniski samazina ietilpību un var izraisīt iekšējus īssavienojumus. Staciju akumulatoru uzlādei parasti nepieciešama temperatūra virs aptuveni 5 °C, tāpēc aukstā laikā stacijas un akumulatori tos vispirms uzsilda.
Šis ir viens no kompromisiem starp abiem staciju veidiem:
- Uzlādes stacijas uzlādē akumulatoru pašā dronā. Ziemā dronam vispirms jāuzsilda akumulators, tāpēc paiet vairāk laika, līdz tas atkal ir gatavs.
- Stacijas ar akumulatora maiņu nomaina akumulatoru pret uzlādētu, kas tiek glabāts korpusā. Rezerves akumulatorus var uzturēt uzlādei piemērotā temperatūrā, tāpēc drons var atkal pacelties dažu minūšu laikā pat pēc lidojuma aukstumā.
Pašu staciju zemākā darba temperatūra parasti ir no -20 līdz -40 °C. Centrāleiropas zemienēs temperatūra zem -20 °C ir reta; mūsu Prāgas datos desmit gados tā nav bijusi ne reizi. Augstienēs esošos objektos un Skandināvijā situācija ir citāda.
Kāpēc apledojums nozīmē beznosacījuma lidojumu aizliegumu
Sasalstošā miglā, sasalstošā smidzeklī un sasalstošā lietū ir pārdzesēti ūdens pilieni, kas sasalst saskarē. Uz maza propellera ledus dažu sekunžu laikā maina lāpstiņas formu. NTNU apledošanas vēja tuneļa testos ar 381 mm UAV rotoru -5 un -10 °C temperatūrā vilce samazinājās jau pirmajā minūtē, kamēr rotora griešanai nepieciešamais griezes moments turpināja augt; vienā testā pēc 80 sekundēm motora strāva pārsniedza ātruma regulatora nominālvērtību, un tests bija jāaptur. Pēc tam ledus gabali nevienmērīgi atlūst un krata rotoru. Multirotors nespēj planēt: kad tā propelleri apledo, tas krīt.
Tiek pētīti apsildāmi un pārklāti propelleri, taču neviens no mūsdienu staciju droniem nav sertificēts lidojumiem apledošanas apstākļos. Praktiskais risinājums ir noteikšana: temperatūra aptuveni no 0 līdz -10 °C kopā ar miglu, smidzekli vai lietu nozīmē, ka drons paliek stacijā. Ledus uz stacijas ir atsevišķa problēma: sasalstošs lietus var aizsaldēt vāku, un tas ir vēl viens iemesls vāka apsildei.
Migla, zemi mākoņi un tumsa
Migla reti traucē dronam lidot, jo navigācija balstās uz GNSS, nevis redzi. Taču tā neļauj dronam būt noderīgam. Dienas kamera biezā miglā redz maz. Termokamera darbojas labāk, jo uztver siltumu, nevis gaismu, tomēr ūdens pilieni joprojām vājina signālu. Zemi mākoņi ir svarīgi, ja patrulēšanas augstums ir tuvu mākoņu apakšējai robežai. Turpretī tumsa apsardzes dronam ar termokameru nemaz nav laikapstākļu ierobežojums; lielākā daļa apsardzes lidojumu notiek naktī.
Cik stundu gadā drone-in-a-box var lidot?
Datu lapās ir norādītas robežas, bet tās nepasaka, cik bieži šīs robežas tiek pārsniegtas Jūsu objektā. Lai to novērtētu, mēs ņēmām desmit gadu (2016–2025) stundas ERA5 reanalīzes datus trim vietām un saskaitījām stundas, kurās drons būtu palicis uz zemes pie diviem robežu komplektiem:
- Tipiskās robežas: brāzmas virs 12 m/s, lietus 1 mm/h vai vairāk, jebkāda snigšana, sasalstoši nokrišņi vai temperatūra zem -20 °C.
- Piesardzīgās robežas: brāzmas virs 10 m/s, lietus 0,5 mm/h vai vairāk un tie paši sniega, apledojuma un aukstuma noteikumi.
| Vieta | Uz zemes, tipiskās robežas | naktī (20:00–06:00) | Uz zemes, piesardzīgās robežas | Ilgākais periods uz zemes |
|---|---|---|---|---|
| Prāga (iekšzeme, CZ) | 10.9% | 7.7% | 20.1% | 73 h |
| Ostrava (iekšzeme, CZ) | 12.9% | 10.3% | 24.1% | 61 h |
| Brēmerhāfene (Ziemeļjūras osta, DE) | 17.7% | 13.1% | 31.2% | 90 h |
Galvenais iemesls visur bija vējš: Prāgā pie tipiskajām robežām brāzmas veidoja 7,5% no visām stundām, sniegs – 2,1% un lietus – 1,9%. Gadalaiki būtiski atšķiras. Prāgā to stundu daļa, kad drons pie tipiskajām robežām palika uz zemes, bija šāda:
| Janv. | Febr. | Marts | Apr. | Maijs | Jūn. | Jūl. | Aug. | Sept. | Okt. | Nov. | Dec. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 22% | 20% | 12% | 10% | 8% | 8% | 6% | 5% | 6% | 9% | 8% | 16% |
Trīs secinājumi apsardzes plānošanai:
- Naktis ir mierīgākas. Piezemes vējš pēc saulrieta parasti pierimst, tāpēc apsardzei svarīgākās stundas ir arī vispiemērotākās lidojumiem.
- Ziema ir vājākais gadalaiks. No decembra līdz februārim iekšzemes objektā rēķinieties, ka aptuveni vienu stundu no piecām drona nebūs, bet piekrastē – vēl biežāk.
- Slikti laikapstākļi ieilgst. Vētras var noturēt dronu uz zemes divas vai trīs dienas pēc kārtas. Jūsu apsardzes sistēmai tik ilgi jāspēj darboties bez drona.
Kā lasīt šos skaitļus. ERA5 ir reanalīze aptuveni 30 km režģī, nevis mērījums pie Jūsu žoga. Tā sniedz brāzmas 10 m augstumā, lai gan patruļas lido augstāk, un neizšķir sasalstošu miglu, tāpēc apledojuma gadījumu ir uzskaitīts par maz. Uztveriet šos skaitļus kā lieluma kārtu un veidu, kā salīdzināt objektus, nevis kā garantiju. Konkrētam objektam izmantojiet tuvākās valsts meteoroloģiskā dienesta stacijas datus un, ideālā gadījumā, vienas sezonas mērījumus no pašas dronu stacijas sensoriem.
Kas notiek ar apsardzi, kad drons paliek uz zemes?
Drone-in-a-box ir viens apsardzes sistēmas slānis, nevis visa sistēma. Kad laikapstākļi pasliktinās, stacionārās kameras, perimetra sensori un apsargi turpina darbu tāpat kā bez tā. Svarīgi, lai visi zinātu, ka drons neieradīsies:
- Sistēmai pirms katras pacelšanās jāpārbauda laikapstākļi un jāatsakās no lidojumiem ārpus tās robežām, nevis jāatstāj lēmums nogurušam operatoram plkst. 3 naktī.
- Operatoram un trauksmju uztveršanas centram uzreiz jāredz, ka drons ir uz zemes un kāpēc, lai trauksmi novirzītu tieši apsargam vai kamerai.
- Katra reize, kad drons palicis uz zemes, jāreģistrē kopā ar iemeslu, lai Jūs varētu ziņot par reālo pieejamību un laika gaitā pielāgot robežas.
- ES īpašo operāciju kategorijas darbībām Jūsu laikapstākļu robežas jāiekļauj ekspluatācijas rokasgrāmatā, uz kuru balstās Jūsu atļauja. Skatiet mūsu pārskatu par ES dronu noteikumiem.
Jautājumi par laikapstākļiem, ko uzdot drone-in-a-box piegādātājam
- Kādas ir vēja robežas pacelšanās, nolaišanās un lidojuma laikā, un vai tās attiecas uz vidējo vēju vai brāzmām?
- Kāda ir stacijas IP klase ar atvērtu un aizvērtu vāku, un kāda ir drona IP klase?
- Kāda ir lietus robeža, un vai ir atsevišķa sniega robeža?
- Kā sistēma nosaka apledošanas apstākļus, un vai tā automātiski bloķē lidojumus?
- Kāds ir akumulatora uzlādes temperatūras diapazons, un kā tas tiek uzturēts silts?
- Kas turpina darboties no rezerves barošanas: apsilde, uzlāde, pacelšanās?
- Kādu pieejamību esošie klienti ir sasnieguši līdzīgā klimatā kā Jūsējais, un vai viņi var parādīt žurnālus?
- Kā par drona palikšanu uz zemes tiek ziņots operatoriem un trauksmju uztveršanas centram?
Nestua pieeja
Mēs jau no paša sākuma projektējam Centrāleiropas ziemām. Nestua bāzes stacijai ir IP65 klase, tāpēc tā ir putekļdroša būvlaukumiem un saules parkiem, un tā izmanto robotizētu akumulatoru maiņu, tāpēc akumulatori tiek uzlādēti stacijas iekšpusē, nevis aukstā dronā. Drons un bāzes stacija vēl tiek būvēti, tāpēc lidojumu robežas mēs vēl nepublicējam. Kad publicēsim, tās būs iegūtas mūsu pašu testos Čehijas ziemā, nevis laboratorijā, un mēs tās publicēsim šajā blogā. Ja Jūsu objektā ir sarežģīti laikapstākļi un vēlaties palīdzēt mums testēt, sazinieties ar mums.
Avoti
- IEC 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code): webstore.iec.ch/en/publication/2452
- Müller, N. C. un 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. u. c., ERA5 stundas reanalīze (Copernicus Climate Change Service), piekļuve caur Open-Meteo Historical Weather API: open-meteo.com/en/docs/historical-weather-api