MyDroneMet

Projektjeink

Dolgok amikkel foglalkozunk

Magunkról

Ismerjen meg minket

Egyetemi tanulmányait a szegedi József Attila Tudományegyetemen (okl. matematika-földrajz-számítástechnika középiskolai tanár) és az Eötvös Loránd Tudományegyetemen (okl. meteorológus) végezte. PhD fokozatát (Szegedi Tudományegyetem) földtudomány területen szerezte 2008-ban. 2018 óta habilitált doktor (Nemzeti Közszolgálati Egyetem). Fő kutatási területei közé tartozik a pilóta nélküli légijárművek alkalmazásával, valamint annak légiközlekedés biztonsági területeivel kapcsolatos meteorológiai kérdések vizsgálata. Ezen belül az UAV repülő eszközök felületi jegesedésének modellezésével és rövid távú, a repüléseket biztosító meteorológiai drón rendszerek kidolgozásával és ezek alkalmazási lehetőségeinek vizsgálatával foglalkozik. Több, mint három évtizedes felsőoktatási tapasztalattal (Szegedi Tudományegyetem, Debreceni Egyetem, Nemzeti közszolgálati Egyetem) és közel 4 éves operatív előrejelzői gyakorlattal rendelkezik (LHSN repülőtér). 2009-től a Repüléstudományi Közlemények tudományos folyóirat szerkesztő bizottságának tagja. A tudományos közleményeinek száma száz felett van, melyekre eddig több mint 400 független hivatkozással rendelkezik.

Az Eötvös Loránd Tudomány Egyetem Természettudományi Karán szerzett meteorológus oklevelet 2000-ben. Projekt kutatási munkákban vett részt a következő területeken: mikro-meteorológiai mérések szárazföldi és vízfelszínek felett, felszín-légkör kölcsönhatások és planetáris határréteg vizsgálatok, légköri megújuló energia előrejelzése, repülés meteorológiai kutatások, városi hősziget és villám árvizek modellezése, légköri aeroszolok és szennyezőanyag terjedésének a vizsgálata, a szaharai konvektív határréteg vizsgálata. Oktatási tapasztalattal rendelkezik a dinamikus meteorológia, a repülésmeteorológia (ATPL szintig, magyar és angol nyelven), és numerikus modellezés gyakorlati oktatása területén. Kutatási és oktatási tevékenységeit az ELTE, az NKE, a BME és a SzTE intézményeiben végezte. Jelenleg a MouldTech Systems Kft repülésmeteorológiai és légiközlekedési szakértője, valamint részmunkaidőben az ELTE Kémiai Intézet BpART aeroszol kutató laboratórium munkattársa. Kétszeres Nemzeti Bajnok, jelenleg is aktív, vitorlázórepülő versenyző, gyémántkoszorús vitorlázórepülő oktató, a Magyar Vitorlázórepülő Szövetség elnöke.

Egyetemi tanulmányait a Budapesti Műszaki Egyezem Közlekedésmérnöki Karán (okleveles közlekedésmérnök), illetve az Eötvös Loránd Tudomány Egyetem Természettudományi Karán (okleveles meteorológus) végezte. 21 évig dolgozott operatív repülésmeteorológiai szolgáltatói területen, ebből 15 évig vezette Budapest Liszt Ferenc Repülőtér (LHBP) repülésmeteorológiai szolgálatát. A legfontosabb kutatási területei: numerikus prognosztika, adatasszimiláció, gépi tanulás, ultrarövidtávú előrejelzések, pilóta nélküli légijárművek meteorológiai felhasználása, prognózis verifikáció, meteorológiai szolgáltatásfejlesztés.

Egyetemi tanulmányait 2012 ben kezdte az Óbudai egyetemen, és 2018 tól újra folyamatban vannak a Pécsi Tudományegyetem Mérnökinformatika karán. 2013-tól 3 évet dolgozott webfejlesztőként, ebből 1-et az eRise Kft-nél majd alkalmazásfejlesztőként folytatta a T-Systemsnél 4 évig, ezután solution architect pozícióban volt az INNObyte Kft-nél 3 évet. Szakterülete az informatikai rendszerek tervezése, fejlesztése és biztonságossá tétele.

BSc tanulmányait az Eötvös Loránd Tudományegyetemen végezte programtervező informatikus szakon, MSc diplomáját a Nemzeti Közszolgálati Egyetem védelmi vezetéstechnikai rendszertervező szakán szerezte. PhD fokozatát a Nemzeti Közszolgálati Egyetemen, katonai műszaki tudományok területén szerezte. Főállásban 2011 óta az Ericsson Magyarország Kft-nél dolgozik szoftverfejlesztő munkakörben, emellett jelenleg a MouldTech Systems kutató-fejlesztő munkatársa. Szakterülete a felhő alapú számítási rendszerek, pilóta nélküli légijármű-rendszerek és a kapcsolódó fedélzeti szenzorrendszerek információbiztonsága.

Híreink

Partnereink

Az általunk fejlesztett meteorológiai drón rendszert bemutató felület. Jelenleg nagymértékű adathiány mutatkozik a planetáris határrétegből, mely hátráltatja a pontosabb prognózisok elkészítését. Éppen ezért, egy hazai meteorológiai drón hálózat kialakításába kezdtünk, melynek térben és időben egyaránt nagy felbontású profil adatait valós időben asszimiláljuk a numerikus időjárás előrejelző rendszerünkbe.

Rutinszerű légköri vertikális profilmérések végrehajtására alkalmas drón mérőhálózat kialakítása

Planetáris határrétegnek (a továbbiakban: PHR) a légkörnek azt a felszínközeli, maximum néhány kilométer vastag rétegét tekintjük (1. ábra), ahol a felszín és a légkör közötti kölcsönhatás közvetlenül kimutatható. A PHR szerepe az időjárás alakításában kulcsfontosságú (és nagyrészt ismert is), hiszen ebben a tartományban zajlanak azok a folyamatok, melyek a légkör-felszín kölcsönhatáson át, alapvetően meghatározzák a légkör mindenkori állapotát. A PHR aktuális állapotának ismerete különösen a mikro- és mezoskálájú folyamatok fejlődésének megértésében és előrejelzésében lényeges, hiszen a nagyobb skálák dinamizmusát már a szabad légkör folyamatai determinálják (Bottyán et al. 2016).

Diagram

Description automatically generated

A planetáris határréteg és annak szerkezete.

Ugyanakkor éppen a mikro- és mezoskálájú időjárási jelenségek, mint például a turbulencia vagy a zivatarok azok, amiknek az előrejelzése az élet számos területén kiemelt fontosságú. Ahogyan azonban a Meteorológiai Világszervezet (World Meteorological Organization – WMO) vizsgálata is megállapította (Pinto et al. (2021)): éppen a planetáris határrétegben van komoly térbeli és időbeli adathiány a légkör függőleges jellemzőit leíró mérésekből (2. ábra), hiszen a légkörnek ebben a tartományában sokkal inhomogénebb eloszlású, és időben is gyorsabban változó a karakterisztikák értéke; mint a magasabb rétegekben. Az aktuális légköri állapot elégtelen meghatározása pedig nyilvánvalóan kihatással van a meteorológiai előrejelzések pontosságára is. Azaz éppen a fentiekben említett, a legnagyobb érdeklődésre számot tartó, kis- és közepes léptékű légköri folyamatok rövid távú prognosztikai pontosítása ütközik akadályba a kezdeti feltételek nem megfelelő ismerete miatt (Bottyán et al., (2022)).

A légkör mérések, Forrás: Pinto et al. (2021) alapján

A magyarországi viszonyokat tekintve, in situ mérésként, ballonos rádiószondákkal (Budapesten és Szegeden naponta két alkalommal) és repülőgépekre szerelt szenzorokkal (a nagyobb repülőterek körzetében, rendszertelen időközönként) lehet adatokat nyerni a légkör ezen régiójából. Annak a lehetősége azonban, hogy ezeknek a méréseknek számát térben és időben jelentősen megnöveljük, több szempont miatt sem realitás. A rádiószondás mérések esetében a költséghatékonyság és a környezetvédelmi szempontok, míg a repülőgépes mérések esetén az a tény a korlátozó tényező, hogy a mérések térbeli elhelyezkedése a repülőterek lokációjához, az időbeli felbontás pedig a járatok menetrendjéhez kell, hogy igazodjon. Kijelenthető tehát, hogy a meglévő adathiány a hagyományosnak mondható eszközrendszerrel ésszerű keretek között nem elégíthető ki, újszerű, költséghatékony megoldást kell keresni, ami időben és térben is megfelelő mérési felbontást tud garantálni. A megoldást a WMO iránymutatása szerint is a drónos vertikális profilozó mérések jelenthetik. Elképzelésük komolyságát alátámasztja az a tény is, hogy 2024-ben fél év időtartamú, globális mérési kampányt terveznek, amelyre egyetlen hazai résztvevőként a MouldTech Systems Kft. jelentkezett saját fejlesztésű drónos mérőrendszerével.

Cikkünk célja ennek a drónos profilozó mérőrendszernek az áttekintő felvázolása és a kialakítása során leküzdött akadályoknak, valamint a jövőbeli kihívásoknak és a várható eredményeknek a bemutatása.

Alkalmazott eszközök

A mérőrendszer legfontosabb elemeit maga a mérési feladat végrehajtására alkalmas drón, a meteorológiai paramétereket mérő szenzorok, valamint a hozzájuk tartozó adatgyűjtő, adattovábbító és adatfeldolgozó infrastruktúra jelentik. Tekintettel arra, hogy sem meteorológiai mérőeszközök drónokra való telepítésére, sem pedig ilyen eszközök mérőhálózatba szervezésére nincs kialakult, standardizált gyakorlat, rendszeres meteorológiai drónos mérőhálózat egyedül Svájcban működik operatívan (Leuenberger et al. (2020)), ezért amellett döntöttünk, hogy amit csak lehetséges saját fejlesztéssel, gyártással állítunk elő a tervezett rendszer esetében. Az egyes részegységek bemutatása során ezért az alábbiakban törekszünk a saját fejlesztésű, gyártású elemek tulajdonságaink hangsúlyozására is (Bottyán et al. 2021).

Meteorológiai mérődrón

A mérőhálózat legfontosabb eleme egy olyan drón (3. ábra), amely akár néhány óránként képes a PHR vertikális szondázására. Egy ilyen feladat ellátásánál pedig elengedhetetlen a magas hatásfok és a megbízható működés. Ennek megfelelően, a kiválasztott motorok kis tömegű, nagy hatásfokú egységek, a hozzájuk párosítható legnagyobb légcsavarral és legnagyobb feszültségű akkumulátorral kerültek tervezésre. A kiválasztott quadrotor kialakítás esetén ez KDE2315-885 motorokat, 12x4 karbon lég-csavarokat, és 4 cellás 6750 mAh kapacitású, LiPo kémiájú akkumulátort és megfelelő feszültségen üzemelő szénkefe nélküli motorvezérlőt jelent.

A meteorológiai mérődrón

A drón szerkezeti kialakításának fontos lépése volt a szenzorok megfelelő fedélzeti rögzítése és az adatgyűjtővel való stabil adatkapcsolat kialakítása. A szenzorok helyének meghatározásakor elsődleges szempont volt, hogy az elhelyezett mérőeszköz kellően reprezentatív módon működjön a környezet felmérése során, azt a drón működésével együtt járó semmilyen termikus vagy dinamikus folyamat ne befolyásolja hátrányosan. Alapos mérlegelést követően végül a szenzorok a drón lábain kerültek rögzítésre (4. ábra). A szenzorok rögzítési struktúrája és az adatfeldolgozó komponens úgy került kialakításra, hogy egy időben akár 8 darab integrált érzékelő is mérheti a környezet állapotát.

A meteorológiai mérődrón szenzorrögzítési megoldása

A drónvezérlés kiválasztásának elsődleges szempontjául a megbízható működést és a nagy fedélzeti számítási kapacitást vettük figyelembe. Ennek megfelelően a választás a Pixhawk Cube Orange repülésvezérlésre és a hozzá tartozó carrier board-okra esett. Ez nyílt szoftvert futtató rendszer lévén nagy szabadságot biztosít a repülésvezérlés és a további fejlesztések megvalósításának terén egyaránt. Repülés közben a pozicionálást RTK GPS segítségével valósítjuk meg, az egyidejű repülést végző objektumok elkerülésének érdekében, a PixHawk Cube Orange repülésvezérlőhöz integrált ADS-B vevő egység alkalmazása mellett döntöttünk. Ezzel a funkcióval lehetővé válik más, ADSB adóval felszerelt repülőgépek megfelelő időben és távolságban történő észlelése és – szükség esetén – a meteorológiai drón pályájának módosítása is. A rossz látási viszonyok között és/vagy éjszaka történő könnyebb vizuális azonosítás érdekében a drónra zöld színű villanófény került felszerelésre.

A drón teljesen saját tervezésű elemei közül (az elektronikus egységeket, szenzorokat és a légcsavarokat kivéve) a vázrendszert folytonos szálhúzásos kompozit 3D nyomtatással állítottuk elő, melynek magas szakítószilárdság/tömeg aránya közismert. Az áramlási felületek gyártása SLS nyomtatási technológiával, PA12 alapanyagból történt.

Meteorológiai szenzorrendszer

A szenzorrendszer kialakításánál a hagyományos rádiószondás profilozó mérésekkel szemben támasztott elvárásokat vettük irányadónak. Ez nem csak a vizsgált állapothatározók kiválasztását, azaz egyben a szenzorok meghatározását, hanem a mérésekkel szemben elvárt pontosságot is alapjaiban determinálta. Ennek megfelelően olyan szenzorrendszer összeállítását végeztük el, ami alkalmas a levegő hőmérsékletének, nedvességének és nyomásának mérésére. Tekintettel arra, hogy még egy szónikus anemométer drónra való fizikai illesztése sem egyszerű feladat, nem is beszélve a drón mozgása és a légcsavarok okozta áramlás figyelembevételéről, úgy döntöttünk, hogy a rádiószondás mérésekhez hasonlóan mérőeszköz nélkül oldjuk meg a levegő mozgási karakterisztikáinak (szélsebesség, szélirány, széllökés) számítását. A ballonos profilozáshoz képest annyi különbséggel, hogy esetünkben nem az elsodródást jellemző vektort, hanem a drón robotpilóta szél ellen tett kompenzáló parancsainak valós idejű telemetriai adatait dolgozzuk fel. Ez a feladat annyiban egyszerűbb a telemetriai adatokból történő szélinformációk általános kiszámításához képest, hogy esetünkben a profilozás repülési karakterisztikája kizárólag vertikális irányú elmozdulást tartalmaz, tervezett horizontális komponense nincsen. Azaz minden a vízszintes síkban történő elmozdulás a szél ellenében tett kompenzációnak tekinthető.

A szenzorok tekintetében is elmondható, hogy a repülési üzemidő maximalizálása érdekében a fejlesztés egyik alapvető szempontja az alacsony tömeg és a megbízhatóság volt. Az alacsony hőkapacitás, a kis hiszterézis szükségessége a drónok nagy vertikális elmozdulási sebessége által támasztott gyors reakció miatt szintén nélkülözhetetlen volt.

Az alkalmazási terület és a repülési körülmények változatossága megkövetelik a szenzorrendszer olyan kialakítását is, amely alkalmassá teszi azt a magas és alacsony hőmérséklet, valamint magas páratartalom környezetében történő üzemelésre is. A szenzorrendszer fejlesztésének további fontos szempontja volt a korrózióállóság, valamint a rotorlapátok által gerjesztett intenzív légmozgásnak ellenálló robosztus mechanikai kialakítás. A követelményrendszer vizsgálata alapján a fenti kritériumoknak megfelelő Bosch680 (T, Rh, p) és Sensirion SHT35 (T, Rh) mérőérzékelők (szenzor chipek) kerültek. A szenzorokat fogadó nyomtatott áramköri lap úgy került megtervezésre, hogy mindkét mérőérzékelő elhelyezhető rajta egyidőben, de készíthető szenzorrendszer csak BME680 vagy csak SHT35 érzékelővel is.

A képen szöveg látható

Automatikusan generált leírás

A képen szöveg, elektronika látható

Automatikusan generált leírás

A fólianyákra integrált BME680 szenzor és az SHT35 érzékelő

A szenzorrendszer fedélzetre történő installációja a quadrokopter rendszerű kísérleti drónra megtörtént és alacsony magasságon az első próbákat el is végeztük vele.

Adatkommunikáció

A repülés közben mért meteorológiai adatokat és a szél paraméterek meghatározásához szükséges telemetriai információkat a fedélzeten memória kártyára rögzítjük, de valós időben is lesugározzuk irányított WiFi, illetve peer-to-peer LoRa hálózaton keresztül. Az adatkommunikációs rendszer implementálása során figyelnünk kellett a stabil adatkapcsolat fenntartására és az EU szabványoknak való megfelelésre, ezért a választás az 868MHz-es tartományban szórt spektrumú SX1262 LoRa HAT adatátviteli moduljára esett. Ezen modulok nagy (akár 80km) hatótávolságú adathidat képesek biztosítani repülés közben (Károly (2019)), ami biztonságosan megfelel a tervezett repülési feladat végrehajtásához. Ez utóbbihoz az Antenna Hungária hálózatát használhatjuk tesztelési céllal a Zalaegerszeg-Andráshida repülőtérre tervezett mérési helyszínen.

A mérőhálózat kialakításának nehézségei

A mérőhálózat kialakítása során a megfelelő műszaki, és meteorológiai szakmai szempontból releváns megoldások kialakítása mellett komoly erőforrásokat kellett hozzárendelni a fenti kategóriákon kívül eső akadályok, nehézségek leküzdéséhez. Az üzemeltetés kereteinek és az operatív mérések szabályszerű végrehajtásának ugyanis számos, a műszaki és meteorológiai témakörökkel csak közvetett módon kapcsolatban álló terület szabott jogos feltételeket. A következő alfejezetekben ezeket a problémaköröket és megoldásukat részleteiben is kifejtjük.

A jogos repülés keretei és korlátai

A pilóta nélküli légijármű rendszerek (továbbiakban: UAS Unmanned Aircraft Systems) légköri mérésekre való dinamikus-, igényszerinti-, akár egyidőben több helyszínről történő alkalmazásának egyik akadályozó tényezője, a jogszerű UAS repülések végrehajtásának szabályozási háttere. Ehhez, egyrészt hozzátartozik az UAS hatósági regisztrációjához szükséges tanúsítási, besorolási eljárás lefolytatása, másrészt a légtérhasználatra jelenleg rendelkezésre álló feltételek. Ahhoz, hogy a fent említett eljárások sajátosságait bemutassuk, előzetesen át kell tekintenünk a meteorológiai méréseket végző drón repülési karakterisztikáit.

A mérődrón egy VTOL (Vertical Take Off and Landing) pilóta nélküli légijármű (továbbiakban: UA - Unmanned Aircraft), melynek maximális felszálló tömege (MTOM- Maximum Take Off Mass) 3000 g, hasznos teher nélküli tömege pedig kb. 2600 g. A légijármű hasznos teherként a már bemutatott meteorológiai szenzorokkal van felszerelve. A felszállást a földről távpilóta vezérli, majd ellenőrzi, mivel az UA automatizált látótávolságon túli repülést hajt végre BVLOS (Beyond Visual Line of Sight) szabályok szerint. A függőleges profilú pályán folyamatos 5-8 m/s-os sebességgel emelkedik. Az elérni kívánt magasság, a téli és nyári időszaktól függően változhat, igazodva a PHR magasságához, de ez nem haladná meg a 2500 métert AMSL (Above Mean Sea Level)-t, ami az év minden szakában biztosítaná az előrejelzések pontosításához szükséges adatok begyűjtését. Ennek a magasságnak az eléréséhez kb. 4-8 perc szükséges. A mérési maximum magasság elérése után az eszköz folyamatosan süllyed, ami a fent említett 5-8 m/s sebességnél lassabban, kb. 4 m/s sebességgel történik. Az elvégzett számítás alapján kijelenthető, hogy az mérődrón 34kJ alatti kinetikai energiával rendelkezik, ami a műveleti besorolás és későbbi kockázatelemzés miatt fontos leszögezni (Vas et. al (2021a, 2021b)).

Mivel az UA egy kísérleti prototípus, ami a piacon jelenleg elérhető típusoktól eltérően szélsőségesebb időjárási határértékek mentén is képes repülést végezni, hatósági tanúsítási eljáráson kell majd keresztülmennie. A tanúsítás során, amelyet az illetékes polgári légügyi hatóság végez, gyakorlatilag a hagyományos légijárművekre előírt normák szerint, vizsgálatra alá kell vonni az UA-t, mint légijárművet (típusalkalmassági vizsgálat), a tervezési és gyártási körülményeket, illetve annak karbantartási és folyamatos légialkalmasságát biztosító rendszerét. A hatóság az előírásoknak való megfelelést tanúsítványokkal igazolja. Az UA típusa vonatkozásában, az eljárás lefolytatását követően ún. típusalkalmassági bizonyítvány kerülhet majd kiadásra, a tervezés, gyártás és karbantartás vonatkozásában pedig szervezeti engedélyek, amely engedélyek birtokában kimondható, hogy az eszköz biztonságos és légiközlekedésre alkalmas.

A mérődrónt, ahogyan azt a tervezett repülési profil is bizonyítja, nem lehet üzemeltetni a nyílt kockázati kategória szabályai szerint, hiszen a repülési magasság a mérések során meghaladja a 120 méter magasságot terep felett (AGL-Above Ground Level). Ezért vizsgálni kell, hogy az uniós keretrendelet adta határok között melyik műveleti kategóriába sorolható be az eszköz.

Az üzemeltetés történhet speciális műveleti kategóriában, mivel az UA repülési magassága több, mint 120 méter, és a drón jellemző mérete sem haladja meg a 3 métert. A drón ebben a műveleti kategóriában üzemeltethető BVLOS-ban is, ami az esetleges felhőzet és a nagy vertikális magasság miatt alapfeltétel. A speciális kategóriában történő üzemeltetés egyik alapfeltétele a Műveleti Leírás (OM-Operation Manual), melyet a polgári légügyi hatóságnak el kell fogadnia a repülési műveletek végrehajtása előtt.

Az OM-nek tartalmaznia kell a kérelmező szervezet leírását, viszonyát a repülésbiztonsághoz, tartalmaznia kell a művelet részletes leírását (ConOps-Concept of Operation), és egy részletes kockázatelemzést is, melyet az végrehajtási rendelet 11. cikke alapján kell elvégezni, SORA-alapú kockázatelemzéssel (Specific Operatin Risk Assessment) kockázatelemzéssel. Fontosabb elemei még a normál és rendkívüli eljárások, a Vészhelyzeti Reagálási Terv (ERP-Emergency Response Plan), a műveletbe be nem vont emberek védelme és a naplózási szabályok. A kockázatelemzés iteratív eljárás, melynek során figyelembe kell venni a ConOps leírásait, a repüléssel érintett terület jellemzőit, az aktuális terület feletti légtérszerkezetet, közeli repülőtereket, korlátozott vagy veszélyes légtereket is. A fentiek mellett fontos tényezők még az alkalmazott drón fizikai jellemzői is. Mindezeket figyelembe vége a kockázatelemzés végeredménye egy Speciális Bizonyossági és Integritási Szint elérése (SAIL-Specific Assurance and Integrity Level), mely figyelembe véve a fentebb felsorolt tényezőket egy együttes kockázati értéket mutat meg a repülési művelet egészére kihatóan (EASA (2022)). A speciális kategóriára vonatkozó SORA szerinti kockázatelemzés folyamatát sematikusan az 5. ábra mutatja.

SORA szerinti kockázatelemzés, Forrás: https://www.researchgate.net/publication/327645136_The_New_Specific_Operations_Risk_Assessment_Approach_for_UAS_Regulation_Compared_to_Common_Civil_Aviation_Risk_Assessment (2022.10.01)

Abban az esetben, ha a kockázati értékek meghaladnak egy bizonyos értékeket, akkora kockázat csökkentések során a megfelelő Üzemi Biztonsági Célok (OSO-Operational Safety Objective) alkalmazásával, melyek vonatkozhatnak például a repülési körülmények, időjárási viszonyok állapotára, a repülés végrehajtásának működési korlátjaira, a távpilóták kompetencia szintjének növelésére, csökkenthető az összkockázat mértéke.

Előfordulhat olyan eset azonban, amikor a SORA alapú kockázatelemzés során a GRC (Ground Risk Class- Földi kockázat Mértéke) magasabb, mint 7, vagy az OSO-k kínálta kockázatcsökkentési eljárások figyelembe vehetők, de nem a megfelelő robusztussággal teljesülnek, akkor az adott repülés már nem hajtható végre a speciális műveleti kategória keretein belül.

Mivel a jelenlegi szabályozás a nyílt és a speciális kockázati kategória kiindulási kereteit teremti meg, ezért célszerű a repülés helyszínét úgy megválasztani, hogy az a sűrűn lakott településektől, kritikus infrastruktúrától távol legyen kijelölve. Ezzel garantálni lehet, hogy művelet a speciális kategóriában maradjon, mivel az engedélyköteles kategória, ami a hagyományos légijárművekkel egyenrangú tanúsítási eljárás alá vonná az UA hatósági regisztrációját és műveleteit.

A speciális kategóriában való repüléshez a távpilótának jogszabályban előírt hatósági vizsgával kell rendelkeznie, emellett kellő jártassággal is, ami lehetővé teszi a felmerülő kockázatok csökkentését. A jártasság, illetve kompetencia ezesetben azt jelenti, hogy a távpilóta képes nem csak normál repülési műveletek végrehajtására, de váratlan helyzetek esetén képes a vészhelyzeti eljárást leíró forgatókönyv alapján tevékenykedni. Továbbá a távpilótának ismernie kell nemcsak az UA típus műszaki jellemzőit, hanem az üzemeltető szervezet által végzett feladatok jellemzőit is, különös tekintettel a kockázatértékelés tárgyát képező műveletfajtákra. Emellett tud csapatban dolgozni, a repülést érintő adatok tekintetében koordinálni, együttműködni a légtérgazdálkodásban és légiforgalomban érintett szolgálatokkal.

Fontos megemlíteni, hogy a speciális kockázati kategória bevezetésekor az unió, első körben csak az STS-1 és STS-2 forgatókönyvek szerinti repülések végrehajtásához adja hozzájárulását, melyeket kizárólag a 120 m alatti repülésekre definiáltak. A kockázat értékelési és kezelési eljárások azonban egy másik módszer alkalmazását is lehetővé teszik, a már említett EASA (2022) kiadvány alapján, mégpedig a PDRA (Pre-defined Risk Assessemnet) szerinti kockázatértékelési eljárást.

Míg az STS-ek részletesebben írják le a műveleti kockázatokat és azok enyhítését célzó módszereket a SORA alkalmazásával, a PDRA-k rendelkezései meglehetősen általánosan vannak leírva, annak érdekében, hogy rugalmasságot biztosítsanak az UAS repülések számára. Az üzemeltetők és az illetékes hatóságok korlátozásokat és rendelkezéseket állapíthatnak meg, amelyek igazodnak a tervezett sajátosságokhoz és tevékenységekhez. Olyan UAS operátorok számára célszerű ezt a megoldást választani, akik még nem rendelkeznek az STS-ekben a műveletekhez előírt CE besorolással vagy saját építésű eszközzel repülnek.

PDRA G02 összefoglaló táblázata

PDRA	Kiadás dátuma	UAS karakterisztikája	BVOL/VLOS	Terület jellege	Távoli pilótától való távolság	Maximális magasság	Légtér	AMC
PDRA G02	2021. július	3 m fesztávolság alatt és 34 kJ alatti kinetikai energia	BVLOS	ritkán lakott	N/A	Amit a lefoglalt légtér magassága lehetővé tesz	Műveletre lefoglalt légtér	AMC 3

Forrás: EASA (2022) 39. o. alapján

A fenti összefoglaló táblázatban is látható és maga a 120 méter AGL feletti repülés magasság is alátámasztja azt a tényt, hogy annak ellenére, hogy a szükséges kockázatelemzés elvégzésre került, és a hatósági engedély a repülés végrehajtásához rendelkezésre áll, a műveletet csak az erre a célra kijelölt légtérben lehet lebonyolítani. Mivel a felszállási terület, esetünkben a zalaegerszeg-andráshidai repülőtér, nem rendelkezik saját légtérrel, amit UAS repülésekre is lehetne használni, ha azt a hatóság által elfogadott repülőtérrendben feltüntetik, így egyetlen megoldásként az eseti légtér kijelölése szolgálhat. Az eseti légtér – ami az egyéb, légiközlekedési tevékenységektől eltérő repülésekre jelölhető ki – az egyetlen megoldás jelenleg az olyan repülésre veszélyes tevékenységek végrehajtására, melyeket az ország területe felett bárhol, a rendeletben veszélyes tevékenységekre kijelölt légterek helyén és felhasználási idején kívül szeretnének végrehajtani.

A jelen alfejezetben kifejtett indokok alapján a Polgári Légiközlekedési Hatóságnál az érintett műveletek vonatkozásában műveleti engedély kiadását kezdeményeztük. A hatósági eljárás jelenleg a hiánypótlás fázisában van, várhatóan 2022. novemberében zárul le. Ezt követően a repülések végrehajtásához igényelt eseti légtérben a tervezett mérési feladatok a műveleti engedélyben meghatározott magasságig végrehajthatók lesznek.

A mérési helyszínek kiválasztása

A mérési helyszínek kiválasztása során a legfontosabb szempontok azok voltak, hogy a mérési protokoll végrehajtásához kellően nagy, jól megközelíthető nyílt terület álljon rendelkezésre, ugyanakkor az üzemeltetéshez szükséges infrastruktúra is elérhető legyen. A repüléssel folyamatos kapcsolatban lévőkként azonnal adódott, hogy a mérési helyszínek repülőtereken legyenek kijelölve. Ugyanakkor a mérési és egyben repülési feladat jellegéből adódóan olyan alacsonyabb kategóriájú repülőtereket volt érdemes választani, ahol nem jelentős a forgalom így az üzemeltetés nem jelent túlzott mértékű biztonsági kockázatot. Ennek megfelelően a mérőrendszer állomásainak elhelyezése a tervek szerint IV. kategóriás repülőtereken kerül megvalósításra. A kezdeti 3 kijelölt repülőtér LHZA (Zalaegerszeg-Andráshida), LHST (Szatymaz) és LHAK (Atkár), amelyek elhelyezkedése a 6. ábrán látható.

A tervezett mérőhálózat első helyszínei

A mérődrón rendelkezésre állása

A drón mérőhálózat tervezéskor figyelembe kellett vennünk, hogy a rendszer igen széles időjárási tartományban legyen képes repülni és mérni, hiszen az operatív működés során a rendelkezésre állás tekintetében a rádiószondázó rendszerek paramétereit kell megközelítenünk. A mérleg másik serpenyőjében ezzel szemben a mérési feladat biztonságos végrehajtása volt, ami a költséghatékonysági megfontolásokkal együtt, a mérődrón elvesztésének vagy károsodásának kockázatát nem engedhette meg. Ezért a repülési időjárási tartományt úgy határoztuk meg, hogy az év során a rendelkezésre állás lehetőleg egyenletesen magas értékű legyen (éves átlagban 90% feletti) és emellett a drón ne kerüljön olyan környezeti feltételek közé, amelyek a fent említett kockázatokkal járhatnak.

Az üzemeltetésre vonatkozóan ezért már a tervezés folyamatában meghatároztuk azokat a műveleti határértékeket, amelyek átlépését nem tartottuk megengedhetőnek. A határértékeket a hőmérséklet, a nedvesség, az intenzívebb csapadék és a jegesítő körülmények vonatkozásában állapítottuk meg. Mindezekre vonatkozóan a Középtávú Időjárás-előrejelzések Európai Központja (ECMWF) ERA5 publikus re-analízis adatbázisainak felhasználásával a Kárpát-medence térségére elvégeztük a határértékeknek való megfelelés ellenőrzését a 2006-2022 közötti időszakra vonatkozóan órás időlépcsővel. Ráadásul a repülés karakterisztikáihoz igazodva ezeket nem csak a felszínre vagy annak közeli környezetére vonatkoztatva, hanem egészen 3000 méteres tengerszint feletti magasságig, 16 magassági szint figyelembevételével határoztuk meg. Az így előálló kompakt kimutatások több száz GB, speciális formátumú nyers meteorológiai adat feldolgozását igényelték.

A képen térkép látható

Automatikusan generált leírás

A mérődrón rendelkezésre állása a Kárpát-medencében (balra) a december eleji reggeleken és a Zalaegerszeg-Andráshida repülőtérre vonatkozó éves táblázata

A kapott eredmények (7. ábra) mindhárom tervezett helyszínen 90-95% közötti átlagos rendelkezésre állást mutatnak és még a legalacsonyabb értékekkel bíró dekádok esetében is 85%-ot meghaladó a napi átlagos érték. Ez utóbbi információ azt jelenti, hogy átlagosan körülbelül minden 8. mérést kell időjárási okok miatt törölni vagy elhalasztani.

Ezek az eredmények ugyan némileg elmaradnak a rádiószondás rendelkezésre állás szintjétől, de a velük nyerhető többletinformáció messze kompenzálja ezt a különbséget.

Várható eredmények

A korlátos tartományú prognosztikai modellek meteorológiai előrejelzéseihez szükséges kezdeti feltételeket a globális előrejelzésekből származó mezők saját modell rácsra történő interpolálásával származtathatjuk. A kis- és közepes léptékű folyamatok által befolyásolt rövid távú előrejelzések minősége nagy mértékben növelhető oly módon, ha a globális modell inicializációs idejét követő időpontban a planetáris határrétegből származó profil mérések adatait asszimiláljuk a kezdeti feltételekbe. Ily módon 6 óránként szolgáltathatóak integrált globális modell outputok, mint kezdeti és peremfeltételekre futtatott korlátos tartományú modell előrejelzés alternatívájaként +3 óra időelőnnyel futtatott előrejelzés, amely már csak az operatív rádiószonda és a felszíni szinoptikus mérési adatok figyelembevételével is rendszeresen minőségi javulást biztosítanak a korábbi előrejelzésekhez képest. A drón platformon végzett megfigyelések további jelentős minőségi javulást ígérnek az előrejelzésekben, olyan időelőnnyel, amivel nem rendelkezik egyik globális szolgáltató sem. A jelen cikkben is felvázolt megoldás ezt a szegmenst célozza meg.

A megoldás eredményessége szinte garantált, annak technikai megvalósítása azonban számos kérdést vet fel. Ezek technikai megvalósítása is része a jelen cikkben ismertetett projektnek.

A profil mérési adatok igen nagy idő- és térbeli felbontásban lehetséges előállítani: 2 Hz-es felbontásban 8 m/s emelkedési és 4 m/s süllyedési vertikális sebesség esetén ez 4, illetve 2 méteres vertikális felbontást jelent, de mint minden mérési adat, ezek az adatok is véletlenszerűnek tekinthető mérési hibával terheltek. Ezt a fajta hibát kell kiszűrni, és a gyakoriságból származó túlzott reprezentáltságot kell a mérések megbízhatóságának szintjére redukálni megfelelő mintavételezéssel. Emellett az adatokat olyan formátumba szükséges konvertálni, amelyek megfelelő bemenő adatformátumúak az előrejelző meteorológiai modell számára. Fentiek biztosítására a mért profil adatokat a meteorológiai előrejelző modell vertikális integrálási rácspontjainak megfelelő szintekre interpoláljuk másodfokú polinom illesztéssel. A planetáris határrétegben mért és fentiek szerint illesztett vertikális profil mérési adatokat asszimilálva jelentős minőségi javulás várható az előrejelzési adatokban.

Tekintettel arra, hogy drón platformon végzett rendszeres planetáris határréteg mérési adatok a műveleti engedély hiányában még nem állíthatóak elő, ezért a modell előrejelzések verifikációja jelenleg még nem áll rendelkezésre. Az viszont már most is elmondható, hogy az adatok fogadásához szükséges rendszer technikailag rendelkezésre áll, és a közeljövőben várhatóan megszerzett hatósági engedély birtokában elérhetővé váló meteorológiai mérési adatokkal azonnal ellenőrizhető lesz, hogy a rendszer milyen hozzáadott értékkel rendelkezik (Sziroczák et al., 2022).

Jövőbeli kihívások, tervek

Talán a cikk tartalma alapján is egyértelmű: a drónos mérőhálózat kialakítása és az operatív működést akadályozó nehézségek kiküszöbölése jól halad, de még számos feladat vár megoldásra a célállapot eléréséig. A teljesség igénye nélkül az alábbiakban ismertetünk néhány ránk váró kihívást, illetve a kihívásokra adott válaszainkat terveinket is.

Ahogyan a bevezetésben is említettük: WMO 2024 márciusától fél év időtartamú, globális drónos mérési kampányt tervez. Ebben a mérési kampányban már a legalább három helyszínen operatívan működő mérőhálózatunkkal szeretnénk részt venni adatszolgáltatói szerepkörben.

A kezdeti három helyszín után az adatasszimilációs tesztek eredményei alapján a jövőben szeretnénk meghatározni a mérőhálózat helyszíneinek optimális számát és javaslatot is szeretnénk megfogalmazni azok lokációjára vonatkozóan.

Bár kezdetben az eseti légterek segítségével a folyamatos kísérleti üzem megvalósulhat, de hosszútávon egy hatékonyabb megoldásban gondolkodunk. Az eseti légtér ugyanis egy rugalmatlan, a légtérgazdálkodási egységek számára előre nem tervezhető, de jelen helyzetünkben a légi kockázatok csökkentésére az egyedül rendelkezésre álló megoldás. Mivel az eseti légtér igénylésének és kijelölésének rendje egy hosszadalmas eljárás, továbbá UAS repülések végrehajtására csak korlátozott ideig jelölhető ki, így a jövőben célszerű lenne az érintett repülőtér felett, egy a repülőtér részéről aktiválható légtér kijelölése. A légtér tulajdonságait tekintve legyen UAS repülésekre is felhasználható, a működési rendje a légtérgazdálkodás stratégiai szintjét képező jogszabályokban rögzített és a légtérfelhasználók számára publikus és ismert légtérfajta. Ez az újfajta légtér konstrukció hosszútávú, hatékony megoldásként szolgálhatja az UAS rendszerek kísérleti, kutatási célú repüléseit is adott helyszínek felett. Mindemellett, a meteorológiai célú függőleges profilú repülések engedélyeztetésének következő lépéseként az egy távpilóta által több drón üzemeltetésének hatósági engedélyeit lehet célszerű elindítani. Ennek oka, hogy a speciális kategóriába tartozó repülések ezzel a felhasználással, valamint a drónraj (swarm) repülések végrehajtásával kiegészültek.

További tervünk, hogy a légköri méréseket végző drón egy speciális földi egységben (8. ábra) kerüljön elhelyezésre, amikor nem végez repülést.

A mérődrón és a kiszolgáló/befogadó földi állomás tervének látványrajza

Ez egy zárt és szigetelt teret biztosítana a drón biztonságos tárolásához és egyben az akkumulátorok töltéséhez, cseréjéhez, valamint az adatkapcsolat fenntartásához szükséges elektromos ellátást és internet csatlakozást is garantálná. Ebben a földi egységben helyet kapnának a drón rendszert ellenőrző szenzorok, melyek segítségével távolról is lehetséges lenne a leszállás utáni ellenőrzések végrehajtása és nyomon követése is.

A leírás a KTI CIKKJE alapján készült.