A modern repülőgépek navigációs eszközei és fejlett szenzorai rendkívüli pontossággal meg tudják határozni a repülő pozícióját és mozgását, a közeledő veszélyekről – más repülőgépekről, drónokról, madárrajokról vagy váratlan akadályokról – azonban semmit nem mondanak. A repülésbiztonság növelése érdekében a HUN-REN SZTAKI Rendszer- és Irányításelméleti Kutatólaboratóriumában (SCL), a Számítógépes Optikai Érzékelés és Feldolgozás Kutatólaboratóriummal (COSP) együttműködésben ezt a hiányosságot igyekeznek kiküszöbölni: megtanítják a repülőgépeket arra, hogy kamerák és intelligens képfeldolgozás segítségével lássák környezetüket és reagáljanak rá.
A HUN-REN SZTAKI kutatói olyan képalapú módszereket fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik a repülő járművek számára, hogy a navigáción túl észleljék és értelmezzék környezetüket, és külső beavatkozás nélkül, önállóan reagáljanak is rá – gyakran olyan helyzetekben, ahol a hagyományos szenzorok nem nyújtanak megoldást. „A saját helyzetünk és mozgásunk ismerete csak a történet fele – magyarázza Bauer Péter, az SCL kutatója. – Környezetérzékelés nélkül még a legpontosabban navigált repülőgép is vak lehet a közvetlen veszélyekkel szemben.”
A nagy utasszállító gépek esetében mindezt ellensúlyozza a légiforgalmi irányítási rendszer és a fedélzeti ütközéselkerülő-rendszerek, amelyeken keresztül a gépek megosztják pozíciójukat, magasságukat és sebességüket. A légtér alsóbb régióiban azonban – különösen ott, ahol a kisebb repülőgépek és drónok közlekednek – ezek a rendszerek gyakran hiányoznak vagy nem kötelezőek. A drónok egyre gyakrabban találkozhatnak más drónokkal vagy könnyű repülőgépekkel, amelyek a légiirányítás számára láthatatlanok és nincsenek felszerelve fedélzeti jeladóval sem. Itt tehát a biztonság csak a megfelelő környezetérzékeléstől függ.
Látni és elkerülni
Az SZTAKI egyik úttörő eredménye éppen erre a problémára hozott megoldást. „Egy drónra szerelt kamera segítségével teljesen autonóm módon tudjuk észlelni a másik légi járművet, eldönteni, hogy veszélyt jelent-e, és időben végrehajtani az elkerülő manővert” – mondja Bauer Péter. A világelső ebben a projektben az volt, hogy maga a jármű hozta meg az összes döntést: nem volt emberi kezelő, és a számításokat sem a felhőben végezte el egy nagyobb teljesítményű számítógép. „A kis drónok mérete, súlya és a működtetéshez szükséges energia erősen korlátozott, így minden ilyen megoldás óriási jelentőséggel bír" – magyarázza a kutató.
A kamera mint tartalék szenzor
A gépi látás a repülés más területein is hasznosítható. A SZTAKI kutatói több projektben is dolgoztak azon, hogy a kamerákat hogyan lehet felhasználni tartalék szenzorként, amikor a hagyományos rendszerek meghibásodnak vagy megbízhatatlanná válnak.
Az EU által finanszírozott, az ONERA francia kutatóközpont által vezetett VISION kutatási programban a SZTAKI SCL és a COSP feladata az volt, hogy kameraképek felhasználásával határozza meg a repülőgép futópályához képesti pozícióját leszállás közben. A műszeres leszállító rendszerek ugyanis rádiójel segítségével vezetik a gépeket a futópályákra, és egyre elterjedtebbek az ezt kiegészítő GPS-alapú eljárások is – de mindkét módszer zavarható kívülről. Váratlan objektumok, interferencia vagy akár szándékos jelzavarás is ronthatja megbízhatóságukat. A képalapú navigáció ilyenkor léphet be tartalékként és ellenőrzésként. „A GPS-jelek megzavarásával eltéríthető a repülőgép, hiszen a robotpilóta azt hiheti, hogy a repülőgép egyenesen és vízszintesen halad, miközben valójában eltér a tervezett útvonaltól – mondja Bauer Péter. – A képfeldolgozás ebben az esetben valóságellenőrzést biztosít: a kameraképet összehasonlítja azzal, aminek ott kellene lennie, így a rendszer észlelheti, hogy valami nincs rendben.”
Nemrégiben a SZTAKI SCL és a COSP egy másik problémára is kreatív megoldást talált. Az úgynevezett tanúsított drónokra vonatkozó európai szabályozás megbízhatósági követelményei szerint a járművet irányító rendszernek az egyik szenzor meghibásodása esetén még biztonságosan kell működnie. A szokásos megoldás több szenzor és GPS vevő felszerelése, gyakran hármas redundanciával: ha a három szenzorból egy meghibásodik és eltérő adatokat szolgáltat, a másik kettő megegyező adatait veszik helyesnek.
„Mi a helyzet azonban, ha két szenzor marad, és nem egyeznek az adataik, honnan tudja a rendszer, melyik a hibás? – mutat rá a kihívásra Bauer Péter. – A mi ötletünk gyakorlatias: a drónokon jellemzően amúgy is van egy kamera, ilyenkor használjuk ezt harmadik szenzorként! Így a rendszer feloldja a konfliktust, és biztonságosan működik tovább.” A SZTAKI megoldása olyannyira újszerű, hogy várhatóan hamarosan szabadalmi oltalmat is kaphat.
A gépi látás mindent megváltoztat
A környezet ismerete mindig is kritikus volt a repülésben. A képfeldolgozás terén elért új eredményeknek köszönhetően azonban már az egyre jobban elterjedő kis légi járművek, drónok és könnyű repülőgépek is érzékelhetik környezetüket, és önállóan reagálni is tudnak a váratlan helyzetekre. „Amit akár öt évvel ezelőtt nem tudtunk volna megcsinálni, az ma már lehetséges – mondja Bauer Péter. – A fedélzeti eszközök kisebbek, könnyebbek és energiatakarékosabbak lettek, és a kameratechnológia is jelentősen fejlődött. Mindez olyan kutatásokat tesz lehetővé, amelyek alapvetően biztonságosabbá teszik a repülést.”
