מי צריך GPS: הפתרון הישראלי לניווט רחפן מבוסס השוואת תמונה
חברת Asio Technologies הישראלית פיתחה מערכת לניווט רחפנים במתאר אורבני על בסיס השוואת תמונה. ״המערכת שלנו מחליפה אות לווין״, אומרים בחברה. ראיון מיוחד
עמי רוחקס דומבה
| 21/02/2021
מתוך הניסוי בירוחם. באדיבות חברת Asio Technologies
בשבועות האחרונים הסתיים ניסוי בשימוש ברחפנים בסביבה אורבנית ללא GPS. המטרה היא לבחון את היכולת של רחפנים לספק שירות בטיחותי גם כאשר יש חסימה של לוויני הניווט. תרחיש שמטריד את משרד התחבורה וגופי רגולציה רבים בעולם. הניסוי התקיים בירוחם.
מדובר בפרויקט תחת השם ׳נעמה׳ שיזמה נתיבי איילון. הקבלן שנבחר לנהל אותו הוא חברת מטריקס. אחת החברות שהציגה בניסוי היא Asio Technologies הישראלית שמפתחת את מערכת ה- NavGuard. בשלושת ימי הבחינה נבחנה מערכת ה-NavGuard בלא פחות מ-36 טיסות ובזמן מצטבר של 266 דקות טיסה. מדובר בשיתוף פעולה עם חברת BWR המתמחה בטכנולוגיות אוטונומיות אוויריות ויבשתיות אשר בפלטפורמת הרחפן שלה שולבה המערכת.
סוגיית הבטיחות
״כלי טיס מסתמכים רבות על ניווט לוויני כגון ה- GPS, או מערכות דומות. כשיש שיבוש בנתוני הניווט הלוויני, הרחפן נכנס לצרות״, מסביר תומר מלחי מייסד שותף וסמנכ״ל הטכנולוגיה בחברה. ״קשה לו לשמור על יציבות טיסה ועל ניווט תקין. גם הבקרה האווירית לא יודעת איפה הוא. בתוך תווך אורבני אנחנו מדברים על טיסה בגובה עד 400 פיט (כ-120 מטרים) ובערים גדולות מדובר על טיסה ממש בתוך התווך האורבני ובין בניינים.
״בתווך הזה יש הפרעות רבות של תדרי רדיו הנגרמות מאנטנות סלולר, משדרי רדיו ואחרים שחלקן נופלות גם על התדרים של ה-GPS. הפרעות נוספות נגרמות בגלל החזרים מהבניינים הגבוהים והסתרים של כיפת השמיים שיוצר התווך האורבני הצפוף. לפעמים הרחפן קולט את אותו אות מהלווין 2-3 פעמים, בתזמונים שונים, דבר שגורם לשגיאות בחישוב המיקום של מקלט ה- GPS. התוצאה היא שהרחפן מקבל רעש וחישוב המיקום שלו משתבש.
״כל אלו הופכים את ה-GPS לפתרון ניווט לא אמין - או לא קיים. ועכשיו השאלה, איך פותרים את סוגיית הבטיחות במתווה כזה. מבחינה בטיחותית יש כאן סיכון של ממש לחיי אדם. מבחינה מסחרית יש סיכון רב לרכוש ומתביעות כנגד ספקי השירות שמפעילים את הרחפנים. אם אלו יפגעו באזרחים או ברכוש. זה הזרז להליך הניסוי שלקחנו בו חלק.״
השוואת תמונה
מלחי מסביר שהמערכת פותחה במשך שנים רבות וכוללת רובד תוכנה וחומרה. ״אנחנו עובדים על השוואת תמונה לצורך ניווט״, אומר מלחי. ״נדרשת התאמה בין תמונה למפה. אנו נדרשים לעשות זאת מהר מאד, עם אפשרות לתקן לכל כיוון וזווית. כולל תמרונים מהירים של הרחפן. מדובר בוידאו בקצב של עשרות פריימים בשנייה.״
עוד היבט שמלחי שם עליו דגש הוא המשקל. הרווח של מפעיל הרחפנים נובע מהמטען שהוא מחלק. היות והרחפן מסוגל לשאת משקל מוגבל, ככל שמשקל המטען כבד יותר, כך הרווח גדול יותר. כלומר, משקל הרחפן נטו צריך להיות כמה שיותר קטן. ״כל גרם שאני לוקח למערכת שלנו, זה גרם פחות במשלוח. פונקציית המטרה היא שמירה על איזון כלכלי״, אומר מלחי.
״הפתרון שלנו יודע להגיע ל-20-30 גרם משקל עם צריכת הספק שנעה בין 5-8 וואט. צריכת ההספק חשובה מאוד כיוון שהנושא משפיע ישירות על זמן הטיסה של הכלי וזאת בנוסף לנידוף חום. הארכיטקטורה שלנו שואבת מעולם הסלולר, המתבסס על ארכיטקטורות חזקות מחד וחסכוניות מאידך. אנחנו מתאימים את החומרה באופן ייעודי לצורך זה. הכרטיס שלנו בגודל של כרטיס אשראי והוא מסוגל להתחבר ישירות לבקר הטיסה של הרחפן.״
חבר וטוס
״אנחנו מסתכלים על הפתרון כמערכת מחד, כוללת תוכנה וחומרה ומאידך, כקופסא פשוטה למפעיל הרחפן. ה-NavGuard כמערכת מוכללת מגיעה בגודל קופסאת סיגריות, ויחד עם מצלמות מגיעה ל-100 גרם סך הכל״, מוסיף מלחי. ״למפעיל יש שתי אפשרויות. להוציא את המחבר של ה- GPS, ולהכניס את הNavGuard. לחילופין, לחבר אותה בטור. חבר וטוס.
״אנחנו נכנסים במקביל ל- GPS הראשי ועושים את היתוך הנתונים עבור בקר הטיסה ברגע שאין אות מהלווין. המערכת מנטרת את איכות אותות ה- GPS בזמן אמת ויודעת מתי צריך להכנס במקומו.״
עד מפתן הבית
בניסוי בירוחם מערכת ה -NavGuard נבדקה גם במתארים של המראות ונחיתות אוטונומיות. ״מדובר באתגר טכני מורכב. מדוע? מכיוון שעיגון החוזי מאותגר בגבהים נמוכים מעל הקרקע. לכן כשהרחפן ממריא ונוחת, אנו משלבים אלגוריתמיקה משלימה בכדי לחשב את מיקום הרחפן באופן מדויק גם בגבהים הנמוכים.״
הדיוק של מערכת ה- NavGuard מאפשר לרחפנים להביא את החבילה עד מפתן הבית. מלחי אומר שהוא יכול ללמד את המערכת לזהות גם חניה פנויה או משטח פנוי בסביבת הבית. ״מערכת ה- NavGuard תדע לתת למפעיל הרחפנים יכולת איתור מנחתים מתאימים ובטוחים לטובת חלוקת חבילות״, אומר מלחי.
חברת Asio Technologies הישראלית פיתחה מערכת לניווט רחפנים במתאר אורבני על בסיס השוואת תמונה. ״המערכת שלנו מחליפה אות לווין״, אומרים בחברה. ראיון מיוחד
מתוך הניסוי בירוחם. באדיבות חברת Asio Technologies
בשבועות האחרונים הסתיים ניסוי בשימוש ברחפנים בסביבה אורבנית ללא GPS. המטרה היא לבחון את היכולת של רחפנים לספק שירות בטיחותי גם כאשר יש חסימה של לוויני הניווט. תרחיש שמטריד את משרד התחבורה וגופי רגולציה רבים בעולם. הניסוי התקיים בירוחם.
מדובר בפרויקט תחת השם ׳נעמה׳ שיזמה נתיבי איילון. הקבלן שנבחר לנהל אותו הוא חברת מטריקס. אחת החברות שהציגה בניסוי היא Asio Technologies הישראלית שמפתחת את מערכת ה- NavGuard. בשלושת ימי הבחינה נבחנה מערכת ה-NavGuard בלא פחות מ-36 טיסות ובזמן מצטבר של 266 דקות טיסה. מדובר בשיתוף פעולה עם חברת BWR המתמחה בטכנולוגיות אוטונומיות אוויריות ויבשתיות אשר בפלטפורמת הרחפן שלה שולבה המערכת.
סוגיית הבטיחות
״כלי טיס מסתמכים רבות על ניווט לוויני כגון ה- GPS, או מערכות דומות. כשיש שיבוש בנתוני הניווט הלוויני, הרחפן נכנס לצרות״, מסביר תומר מלחי מייסד שותף וסמנכ״ל הטכנולוגיה בחברה. ״קשה לו לשמור על יציבות טיסה ועל ניווט תקין. גם הבקרה האווירית לא יודעת איפה הוא. בתוך תווך אורבני אנחנו מדברים על טיסה בגובה עד 400 פיט (כ-120 מטרים) ובערים גדולות מדובר על טיסה ממש בתוך התווך האורבני ובין בניינים.
״בתווך הזה יש הפרעות רבות של תדרי רדיו הנגרמות מאנטנות סלולר, משדרי רדיו ואחרים שחלקן נופלות גם על התדרים של ה-GPS. הפרעות נוספות נגרמות בגלל החזרים מהבניינים הגבוהים והסתרים של כיפת השמיים שיוצר התווך האורבני הצפוף. לפעמים הרחפן קולט את אותו אות מהלווין 2-3 פעמים, בתזמונים שונים, דבר שגורם לשגיאות בחישוב המיקום של מקלט ה- GPS. התוצאה היא שהרחפן מקבל רעש וחישוב המיקום שלו משתבש.
״כל אלו הופכים את ה-GPS לפתרון ניווט לא אמין - או לא קיים. ועכשיו השאלה, איך פותרים את סוגיית הבטיחות במתווה כזה. מבחינה בטיחותית יש כאן סיכון של ממש לחיי אדם. מבחינה מסחרית יש סיכון רב לרכוש ומתביעות כנגד ספקי השירות שמפעילים את הרחפנים. אם אלו יפגעו באזרחים או ברכוש. זה הזרז להליך הניסוי שלקחנו בו חלק.״
השוואת תמונה
מלחי מסביר שהמערכת פותחה במשך שנים רבות וכוללת רובד תוכנה וחומרה. ״אנחנו עובדים על השוואת תמונה לצורך ניווט״, אומר מלחי. ״נדרשת התאמה בין תמונה למפה. אנו נדרשים לעשות זאת מהר מאד, עם אפשרות לתקן לכל כיוון וזווית. כולל תמרונים מהירים של הרחפן. מדובר בוידאו בקצב של עשרות פריימים בשנייה.״
עוד היבט שמלחי שם עליו דגש הוא המשקל. הרווח של מפעיל הרחפנים נובע מהמטען שהוא מחלק. היות והרחפן מסוגל לשאת משקל מוגבל, ככל שמשקל המטען כבד יותר, כך הרווח גדול יותר. כלומר, משקל הרחפן נטו צריך להיות כמה שיותר קטן. ״כל גרם שאני לוקח למערכת שלנו, זה גרם פחות במשלוח. פונקציית המטרה היא שמירה על איזון כלכלי״, אומר מלחי.
״הפתרון שלנו יודע להגיע ל-20-30 גרם משקל עם צריכת הספק שנעה בין 5-8 וואט. צריכת ההספק חשובה מאוד כיוון שהנושא משפיע ישירות על זמן הטיסה של הכלי וזאת בנוסף לנידוף חום. הארכיטקטורה שלנו שואבת מעולם הסלולר, המתבסס על ארכיטקטורות חזקות מחד וחסכוניות מאידך. אנחנו מתאימים את החומרה באופן ייעודי לצורך זה. הכרטיס שלנו בגודל של כרטיס אשראי והוא מסוגל להתחבר ישירות לבקר הטיסה של הרחפן.״
חבר וטוס
״אנחנו מסתכלים על הפתרון כמערכת מחד, כוללת תוכנה וחומרה ומאידך, כקופסא פשוטה למפעיל הרחפן. ה-NavGuard כמערכת מוכללת מגיעה בגודל קופסאת סיגריות, ויחד עם מצלמות מגיעה ל-100 גרם סך הכל״, מוסיף מלחי. ״למפעיל יש שתי אפשרויות. להוציא את המחבר של ה- GPS, ולהכניס את הNavGuard. לחילופין, לחבר אותה בטור. חבר וטוס.
״אנחנו נכנסים במקביל ל- GPS הראשי ועושים את היתוך הנתונים עבור בקר הטיסה ברגע שאין אות מהלווין. המערכת מנטרת את איכות אותות ה- GPS בזמן אמת ויודעת מתי צריך להכנס במקומו.״
עד מפתן הבית
בניסוי בירוחם מערכת ה -NavGuard נבדקה גם במתארים של המראות ונחיתות אוטונומיות. ״מדובר באתגר טכני מורכב. מדוע? מכיוון שעיגון החוזי מאותגר בגבהים נמוכים מעל הקרקע. לכן כשהרחפן ממריא ונוחת, אנו משלבים אלגוריתמיקה משלימה בכדי לחשב את מיקום הרחפן באופן מדויק גם בגבהים הנמוכים.״
הדיוק של מערכת ה- NavGuard מאפשר לרחפנים להביא את החבילה עד מפתן הבית. מלחי אומר שהוא יכול ללמד את המערכת לזהות גם חניה פנויה או משטח פנוי בסביבת הבית. ״מערכת ה- NavGuard תדע לתת למפעיל הרחפנים יכולת איתור מנחתים מתאימים ובטוחים לטובת חלוקת חבילות״, אומר מלחי.
