Implementation of sensor management system for environment inspection drone applications

Unmanned Aircraft Systems (UAS) have evolved rapidly over the past decade driven primarily by military uses, and now have begun finding application among civilian users for Photogrammetry and Remote Sensing (PaRS) purposes. Among UAS, promising characteristics are long flight duration, improved mission safety, flight repeatability, and reduced operational costs when compared to manned aircraft. Unmanned aircraft systems consist of the aircraft component, sensor payload, and a ground control station. The latter, operated by one or more people in addition to a dedicated pilot varies widely in its configuration depending on operation complexity. The main drawbacks of this scenario are scalability and time. Indeed once inspection engineer is on field he cannot do anything else, while for certain kind of missions a larger point of view is needed, furthermore from a time perspective mission coordination is time consuming. The purpose of this thesis is to split clearly driving plan from inspection plan in order to let engineer operate from a remote control room allowing scalability and reducing operative costs for istance. The main goal is to develop a proof-of-concept prototype using commercial-off-the-shelf (COTS) hardware such as Raspberry Pi that uses commercial Long Term Evolution (LTE) to communicate with the remote control room. The most challenging aspects are dealing with LTE coverage and channel availability since it is not always guaranteed especially in rural areas, and software stability. The result is the implementation of an high level solution for payload sensor management in an efficient way providing robustness and reliability against possible software failures as well as an appropriate level of system security.

Gli APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto) si sono evoluti rapidamente nel corso dell’ ultimo decennio guidati principalmente da usi militari e in questi ultimi tempi hanno cominciato a trovare applicazione tra gli utenti civili per scopi di fotogrammetria e telerilevamento. Tra gli APR, le caratteristiche promettenti sono la lunga durata del volo, la migliore sicurezza delle missioni, la ripetibilità del volo e riduzione dei costi operativi rispetto ai velivoli tradizionali. Gli APR sono costituiti dall’ aeromobile, dal payload e da una stazione di controllo a terra. Quest’ ultima, gestita da una o più persone in aggiunta ad un pilota dedicato, varia molto nella sua configurazione a seconda della complessità operativa. Gli inconvenienti principali di questo scenario sono la scalabilità e il tempo. Infatti una volta che l’ingegnere di ispezione è sul campo non può più fare altro, mentre per certi tipi di missioni è necessaria una visione più ampia, da un punto di vista temporale inoltre la coordinazione della missione richiede tempo. Lo scopo di questa tesi è quello di dividere il piano di guida dal piano di ispezione per consentire all’ ingegnere di operare da una sala comandi che consenta scalabilità della missione e la riduzione dei costi operativi ad esempio. L’ obiettivo principale è quello di sviluppare un prototipo utilizzando hardware commerciale come la Raspberry Pi che utilizza il Long Term Evolution (LTE) per comunicare con la sala di controllo. Gli aspetti più impegnativi riguardano la copertura LTE, la disponibilità di canale in quanto non sempre garantita soprattutto nelle zone rurali e la stabilità del software. Il risultato è l’ implementazione di una soluzione ad alto livello per la gestione del payload in modo efficiente, fornendo robustezza e affidabilità nei confronti di possibili guasti del software nonché un livello adeguato di protezione del sistema.