procyberВестник кибернетикиProceedings in Cybernetics1999-7604Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Сургутский государственный университет»10.35266/1999-7604-2023-3-52-59procyber-544Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИEngeneeringОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА С ПОМОЩЬЮ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТАMEASURING WIND VELOCITY USING UNMANNED AERIAL VEHICLEhttps://orcid.org/0000-0002-1627-2188ПоповЮрий БорисовичPopovYuri B.

кандидат технических наук, доцент

Candidate of Sciences (Engineering), Docent

iurii.b.popov@tusur.ruКорнаковАнтон ПавловичKornakovAnton P.

студент

Student

ПоповаКсения ЮрьевнаPopovaKseniya Yu.

кандидат физико-математических наук, доцент

Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Docent

МакаровЕвгений ВладимировичMakarovEvgeniy V.

заведующий лабораторией

Head of the Laboratory

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, ТомскРоссияTomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, TomskRussian Federation2023161120232235259Copyright © Попов Ю.Б., Корнаков А.П., Попова К.Ю., Макаров Е.В., 20232023Попов Ю.Б., Корнаков А.П., Попова К.Ю., Макаров Е.В.Popov Y.B., Kornakov A.P., Popova K.Y., Makarov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestcyber.ru/jour/article/view/544

В статье рассмотрен способ определения значений скорости и направления ветра в требуемой точке атмосферного пограничного слоя с использованием беспилотного летательного аппарата мультироторного типа. Расчет скорости и направления ветра осуществляется в режиме зависания мультикоптера в точке с заданными координатами с использованием текущих измерений наклона вектора тяги, потребляемой каждым двигателем мощности, и угла ориентации корпуса относительно опорного направления. Ошибки измерений вектора ветра, связанные с различным ракурсом и парусностью конструкции, компенсируются за счет вращения беспилотного летательного аппарата вокруг вертикальной оси с последующим усреднением накопленных данных.

The article discusses a method for determining the wind velocity values at a desired point of the atmospheric boundary layer using a multirotor unmanned aerial vehicle. Wind velocity is calculated via a multicopter in hovering mode at a target point using current measurements of the thrust vector angle, the power consumed by each engine, and the angle of the frame orientation relative to the boresight. Wind vector measurement errors associated with different angles and windage of the body are compensated by rotating the unmanned aerial vehicle around the vertical axis with subsequent averaging of the accumulated data.

БПЛАбеспилотный летательный аппаратмультикоптеризмерение скорости ветраскорость ветранаправление ветраUAVunmanned aerial vehiclemulticopterwind speed measurementwind speedwind directionработа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № 075-11-2021-035 от 24.06.2021Popov Yu. B., Kornakov A. P., Popova K. Yu., Makarov E. V. Measuring wind velocity using unmanned aerial vehicle. Proceedings in Cybernetics. 2023;22(3):52‒59. DOI 10.35266/1999-7604-2023-3-52-59.ReferencesKhan A. C., Alvi B. A., Safi E. A. et al. Drones for good in smart cities: A review. In: Proceedings of the International Conference on Electrical, Electronics, Computers, Communications, Mechanical and Computing (EECCMC), January 28‒29, 2018, India. 2018. URL: https://www.researchgate.net/publication/3168 46331_Drones_for_Good_in_Smart_CitiesA_Review (дата обращения: 15.06.2023).Khan A. C., Alvi B. A., Safi E. A. et al. Drones for good in smart cities: A review. In: Proceedings of the International Conference on Electrical, Electronics, Computers, Communications, Mechanical and Computing (EECCMC), January 28‒29, 2018, India. 2018. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 316846331_Drones_for_Good_in_Smart_CitiesA_ Review (accessed: 15.06.2023).Floreano D., Wood R. J. Science, technology and the future of small autonomous drones. Nature. 2015;521(7553):460‒466.Floreano D., Wood R. J. Science, technology and the future of small autonomous drones. Nature. 2015;521(7553):460‒466.Расторгуев И. П. Беспилотные технологии мониторинга погодных условий // Гелиогеофизические исследования. 2014. № 8. С. 51–54.Rastorguev I. P. Bespilotnye tekhnologii monitoringa pogodnykh uslovii. Heliogeophysical Research. 2014;(8):51–54. (In Russian).Brosy C., Krampf K., Zeeman M. et al. Simultaneous multicopter-based air sampling and sensing of meteorological variables. Atmos Meas Tech Discuss. 2017;10:2773–2784.Brosy C., Krampf K., Zeeman M. et al. Simultaneous multicopter-based air sampling and sensing of meteorological variables. Atmos Meas Tech Discuss. 2017;10:2773–2784.Ситников Н. М., Акмулин Д. В., Борисов Ю. А. и др. Использование беспилотных летательных аппаратов для мониторинга атмосферы // Метеорология и гидрология. 2013. № 1. С. 90–99.Sitnikov N. M., Akmulin D. V., Borisov Yu. A. et al. Ispolzovanie bespilotnykh letatelnykh apparatov dlia monitoringa atmosfery. Meteorоlogiia i gidrologiia. 2013;(1):90–99. (In Russian).Chang C.-C., Chang C.-Y., Wang J.-L. et al. An optimized multicopter UAV sounding technique (MUST) for probing comprehensive atmospheric variables. Chemosphere. 2020;254:126867.Chang C.-C., Chang C.-Y., Wang J.-L. et al. An optimized multicopter UAV sounding technique (MUST) for probing comprehensive atmospheric variables. Chemosphere. 2020;254:126867.Кураков С. А., Зуев В. В. Беспилотный измеритель вертикальных профилей метеопараметров в пограничном слое атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29, № 11. С. 994–999.Kurakov S. A., Zuev V. V. Unmanned aerial vehicle for measuring vertical profiles of the meteorological parameters in the atmospheric boundary layer. Optika atmosfery i okeana. 2016;29(11):994–999. (In Russian).Popov Yu. B., Karpushin P. A., Krasnenko N. P. et al. Meteorological multi-rotor unmanned aerial complex and its application for monitoring of the atmosphere. IOP Conf Ser: Earth Environ Sci. 2022;1040:012006.Popov Yu. B., Karpushin P. A., Krasnenko N. P. et al. Meteorological multi-rotor unmanned aerial complex and its application for monitoring of the atmosphere. IOP Conf Ser: Earth Environ Sci. 2022;1040:012006.Кураков С. А., Куракова П. С., Куракова О. А. и др. Способ определения усредненных значений горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления : патент 2650094С2 Рос. Федерация. № 2016119943 : заявл. 23.05.2016 ; опубл. 06.04.2018. URL: https://i.moscow/patents/RU 2650094C2_20180406 (дата обращения: 15.06.2023).Kurakov S. A., Kurakova P. S., Kurakova O. A. et al. Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determi-nation. RU Patent 2650094C2. No. 2016119943, filed May 23, 2016, issued April 6, 2018. URL: https://i.moscow/patents/RU2650094C2_20180406 (accessed: 15.06.2023). (In Russian).Определение скорости движения воздуха. URL: https://ivgpu.ru/images/docs/ob-universitete/instituty-fakultety-kafedry/ti/fakultety-kafedry/fttiim/tb/publi-katsii/opred-skorosty.pdf (дата обращения: 15.06.2023).Opredelenie skorosti dvizheniia vozdukha. URL: https://ivgpu.ru/images/docs/ob-universitete/instituty-fakultety-kafedry/ti/fakultety-kafedry/fttiim/tb/publi-katsii/opred-skorosty.pdf (accessed: 15.06.2023). (In Russian).Кочин А. В., Трещалин А. П. Способ определения усредненного вектора скорости ветра с помощью беспилотного летательного аппарата : патент 2695698С1 Рос. Федерация. № 2018132992 ; заявл. 17.09.2018; опубл. 25.07.2019. URL: https://patenton.ru/patent/RU2695698C1 (дата обращения: 15.06.2023).Kochin A. V., Treshchalin A. P. Method for determining averaged wind speed vector using an unmanned aerial vehicle. RU Patent 2695698С1. No. 2018132992, filed September 17, 2018, issued July 25, 2019. URL: https://patenton.ru/patent/RU2695698C1 (accessed: 15.06.2023). (In Russian).Каплин А. Ю., Степанов М. Г. Способ определения скорости и направления ветра с использованием беспилотного летательного аппарата : патент 2744772С1 Рос. Федерация. № 2020127102 ; заявл. 12.08.2020 ; опубл. 15.03.2021. URL: https://patenton.ru/patent/ RU2744772C1 (дата обращения: 15.06.2023).Kaplin A. Yu., Stepanov M. G. Method for determining wind speed and direction using unmanned aircraft. RU Patent 2744772С1. No. 2020127102, filed August 12, 2020, issued March 15, 2021. URL: https://patenton.ru/patent/RU2744772C1 (accessed: 15.06.2023). (In Russian).Маркеев А. П. Теоретическая механика. М. : ЧеРо, 1999. 572 с.Markeev A. P. Teoreticheskaia mekhanika. Moscow: CheRo; 1999. 572 p. (In Russian).Большаков В. Д. Теория ошибок наблюдений. М. : Недра, 1983, 223 с.Bolshakov V. D. Teoriia oshibok nabliudenii. Moscow: Nedra; 1983. 223 p. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.