Система для безопасной буксировки воздушных судов

Компания, предоставляющая услуги по техническому обслуживанию самолетов, обратилась к нам с просьбой разработать систему защиты буксировки.

Система состоит из устройств с датчиками, размещаемых на небольших самолетах, мобильного приложения и веб-портала. Программные решения отслеживают буксировку самолета, а устройства отображают положение воздушного судна для предотвращения повреждений и столкновений.

Устройство типа "парктроник" используется для безопасной транспортировки самолетов на аэродромном поле и в ангарах. Объект оснащен акселерометром, GPS, прибором для определения расстояния до препятствия, светодиодами для световой сигнализации, зуммером для подачи звукового сигнала.

Созданный нами модуль имеет две печатные платы. Одна из них является платой индикации и имеет три мощных светодиода RGB и светодиодный контроллер. Благодаря этой плате модуль может выполнять функцию габаритных огней.

На основной плате находится высокоточный миллиметровый волновой радар IWR6843AOP с антенной на корпусе. Радар отвечает за измерение расстояния до препятствия.

Попробовав варианты с Orange Pi и Raspberry Pi в качестве основных процессоров, мы остановили свой выбор на системе на модуле VAR-SOM-MX8M-NANO. Система представляет собой отдельную плату с процессором, необходимой периферией, модулями Bluetooth и Wi-Fi для связи.

Устройство работает от аккумулятора. По просьбе заказчика мы использовали аккумулятор на 7,4 В для радиостанции Harris P7100. Конструкция батареи, которая содержит два последовательно соединенных литиевых элемента, потребовала подбор определенного зарядного устройства, что, в свою очередь, повлекло небольшие изменения в конструкции печатной платы.

Вокруг камеры расположены четыре ИК-светодиода, которые освещают объект. Камера улавливает инфракрасное излучение, отраженное от объекта и, таким образом, может видеть в темноте. Яркость светодиодов регулируется в зависимости от показаний фотодатчика.

С помощью кроссплатформенного приложения для планшета ответственный за буксировку сотрудник может создавать задачи на буксировку, вводить данные о параметрах сеанса, формировать отчеты об инцидентах, а также вводить информацию о датчиках, размещенных на самолете.

На самолет устанавливаются зарегистрированные на него парктроники, для которых создается BLE-сервер. Оператор буксировки самолета вводит свои данные, бортовой номер самолета, пункт назначения и другую информацию, чтобы начать сеанс буксировки.

Информация о погодных условиях – температуре, влажности, направлении и силе ветра и т. д. – автоматически загружается из сервиса метеоданных.

Сеанс буксировки начинается с поиска приложением BLE-устройств, зарегистрированных для данной сессии. После обнаружения модулей и сверки их ID, приложение подключается к парктроникам.

Приложение отправляет им данные о Wi-Fi и TCP-сервере, чтобы модули могли подключиться к приложению через Wi-Fi.

После установления соединения мобильное приложение и устройства обмениваются исходными данными. Приложение передает модулям настройки порогов срабатывания.

Парктроники имеют три порога срабатывания: безопасная дистанция, зона риска, опасная близость препятствия.

Когда оператор устанавливает парктроники на самолет, он отмечает их расположение на 3D-изображении самолета в приложении. Информация от каждого модуля сканирования отправляется в мобильное приложение.

В приложении помимо расположения модулей на корпусе воздушного судна, показано цветом расстояние от каждого устройства до ближайшего препятствия – зеленый (безопасно), желтый (осторожно), красный (опасно).

Модули передают видеоданные с камеры в приложение по протоколу RTSP, что позволяет оператору оценивать ситуацию в режиме реального времени.

Если на пути встречается препятствие, модуль начинает подавать звуковые сигналы. По мере приближения препятствия сигнал усиливается, предупреждая оператора об опасности.

Мобильное приложение позволяет оператору создавать отчеты о повреждениях (если инцидент произошел во время буксировки) и отчеты о повреждениях перед буксировкой (если повреждение обнаружено до начала сеанса).

Оператор может описать и сфотографировать поврежденные участки и внести другие важные данные. Информация отправляется из приложения в веб-портал через RestAPI.

Android-приложение для планшета написано на C++ и QML с помощью фреймворка Qt.

Через веб-портал административный офис может видеть местонахождение самолетов, отслеживать текущие сеансы буксировки, добавлять пользователей и управлять настройками системы.

Операторы могут заполнять справочники по самолетам и тягачам, получать статистику буксировок, отчеты о повреждениях и видеоданные.

Карта на базе Google Maps отображает текущее положение самолетов, маршрут буксировки и ее статус на основе GPS-координат, передаваемых датчиками.

Мы реализовали ролевую авторизацию в веб-портале и приложении, разделив роли пользователей на 3 группы с различными наборами функций и доступов.

На ранних стадиях прототипирования мы использовали Orange Pi в качестве основного процессора. Поскольку Orange Pi не работал должным образом с Bluetooth и камерой CSI, мы решили вместо него использовать Raspberry Pi. В финальной версии мы заменили Raspberry Pi на систему на модуле (SoM).

Изначально клиентская часть разрабатывалась на Python. Мы отказались от этой идеи из-за проблем с производительностью. Используя фреймворк Qt, наши специалисты создали встроенное приложение с быстрой и эффективной поддержкой BLE и TCP.

Qt позволил нам использовать библиотеку Wiring Pi для связи с внешним зуммером и светодиодным модулем I2C.

Во время исполнения проекта мы столкнулись с проблемой охлаждения радара. Из-за наличия антенны на корпусе радара нельзя было установить радиатор на микросхему. Такое расположение мешало бы работе радара.

Мы нашли выход из положения, установив с помощью термопрокладки радиатор с обратной стороны платы. Тепло отводится через сквозные отверстия печатной платы.

Зуммер модуля был тихим для такого шумного места, как аэродром. Поэтому в схеме мы использовали повышающий преобразователь, который повышает напряжение в аккумуляторе до 38 В. В результате сигналы зуммера стали очень громкими.

Команда КЕДР Solutions разработала программно-аппаратный комплекс для помощи персоналу аэропорта при буксировке самолетов. Мы создали полноценный образец устройства типа "парктроник" для передачи геолокационных данных, фото и видео, измерения расстояния до объектов, подачи звуковых и световых сигналов при буксировке самолета.

Данные устройства передаются в приложение для планшета. Приложение помогает операторам безопасно выполнять буксировку самолетов, избегая аварий.

Веб-портал предназначен для управления системой и оперативного реагирования администрации аэропорта на нештатные ситуации, в первую очередь столкновения.

Портал содержит информацию о парке самолетов и транспортных средств, 3D-модели самолетов с точками установки датчиков, список ангаров, базу сотрудников и статистику буксировок.

Администраторы могут отслеживать буксировку любого самолета в режиме реального времени. Портал получает данные о геолокации из приложения для планшета. В случае столкновения отчет о повреждениях и видеоданные отправляются на портал.

Разработанная нами система поможет владельцам аэродромов и обслуживающим компаниям повысить безопасность буксировки и ее стоимость, сведя к минимуму столкновения.