Continuiamo a rendere straordinari gli spettacoli con drone. La rapida crescita del settore ha spinto alcuni a privilegiare il profitto rispetto alla sicurezza, con conseguenze di grande rilievo.

L'impegno di Verge Aero per la sicurezza: applicando le migliori pratiche dell'aviazione tradizionale, Verge Aero progetta i propri sistemi fin dal principio con ridondanza e sicurezza al centro, aggiornandoli costantemente per sfruttare al massimo le nuove tecnologie.

Massimizzare la sicurezza degli spettacoli con drone seguendo le migliori pratiche dell'aviazione

Di Nils Thorjussen, Chris Franzwa, Anthony Merlino e Tony Samaritano

Cosa Rende Sicuro un Sistema per Spettacoli con Drone?

Verge Aero ritiene che un sistema sicuro per spettacoli con drone debba integrare questi cinque elementi principali:

1. Ridondanza di Navigazione

2. Software Adeguato e Aggiornato

3. Sistemi di Geofencing Multipli e Indipendenti

4. Comunicazione Affidabile a Lungo Raggio

5. Formazione e Gestione della Sicurezza

1. Ridondanza di Navigazione

Questa è, senza ombra di dubbio, la caratteristica di sicurezza più importante per i drone e le flotte di drone.

La ridondanza è essenziale in tutta l'aviazione. Gli aeromobili con pilota a bordo dispongono di più set di avionica (sistemi elettronici di navigazione) che garantiscono ridondanza. Qualsiasi drone che operi in prossimità di persone dovrebbe disporre delle stesse garanzie.

La maggior parte dei drone utilizza uno stimatore chiamato EKF (Filtro di Kalman Esteso) per navigare con precisione. Questo algoritmo calcola posizione, velocità e orientamento combinando i dati provenienti da sensori come il GPS (Global Positioning System) e l'IMU (Inertial Measurement Unit).

Purtroppo, molti sistemi per spettacoli con drone oggi in uso dispongono di un solo stimatore, e alcuni utilizzano implementazioni ancora più elementari. Questo ha portato a drone che escono ripetutamente dall'area di volo designata, causando diversi incidenti di grande rilievo.

Gli stimatori possono smettere di funzionare correttamente in caso di collisione o guasto ai sensori, generando drone fuori controllo che possono violare il perimetro di sicurezza dello spettacolo e allontanarsi rapidamente su lunghe distanze. Per questo motivo, i drone con un solo stimatore mancano di ridondanza e sono intrinsecamente meno sicuri.

È fondamentale comprendere la differenza tra stimatori e sensori e perché sia importante disporre di più unità per ciascuno. Un insieme di sensori fornisce misurazioni della posizione, velocità e orientamento del drone. Gli stimatori EKF sono progettati per valutare queste misurazioni (tenendo conto anche di fattori non lineari del mondo reale, come le raffiche di vento), scartare i dati errati e calcolare le misurazioni più accurate possibili per posizione, velocità e orientamento del drone. La guida ufficiale del software di pilota automatico più diffuso al mondo, PX4, afferma che disporre di più stimatori EKF offre "protezione contro una gamma più ampia di errori dei sensori".

Molti sistemi affermano di disporre di un'adeguata ridondanza utilizzando più sensori, ma senza più stimatori. Una configurazione di questo tipo genera un falso senso di sicurezza. Questi sistemi sono problematici perché, come indicato nella Guida PX4, un singolo stimatore può gestire solo "un numero limitato di guasti ai sensori" e non è in grado di identificare dati dei sensori imprecisi, il che rappresenta il problema più grave. Un sistema con sensori ridondanti, ma senza stimatori ridondanti, protegge solo dalla perdita di dati dei sensori, non dalla loro imprecisione, che è un problema molto più comune e rilevante.

La piattaforma per spettacoli con drone di Verge Aero® ha adottato la ridondanza di navigazione fin dalle origini. Il drone di punta X7™ dispone di due set indipendenti di sensori di navigazione, che abilitano quattro stimatori. Il drone X1™, il più versatile, dispone di tre set di sensori di navigazione, che abilitano sei stimatori. La ridondanza aggiuntiva dell'X1 lo rende ideale per operazioni più impegnative, come l'impiego di dispositivi pirotecnici.

2. Software Adeguato e Aggiornato

Per funzionare correttamente, gli stimatori di un drone devono essere supportati da un software di pilota automatico adeguato. La maggior parte dei drone utilizza PX4, che negli anni ha subito importanti aggiornamenti alle proprie funzionalità di sicurezza. Solo le versioni più recenti (dalla 1.15 in poi) sfruttano appieno più stimatori. Così come è importante mantenere sicuri i computer con gli aggiornamenti del sistema operativo, è essenziale integrare nei drone i più recenti miglioramenti di sicurezza del pilota automatico.

Allo stesso modo, un software di progettazione e controllo unificato, creato specificamente per gli spettacoli con drone, è generalmente più sicuro rispetto a un insieme eterogeneo di applicazioni software soggette a incompatibilità ed errori imprevisti. Un software adeguato per spettacoli con drone calcola automaticamente le traiettorie di volo di ogni drone per l'intera sequenza dello spettacolo e le convalida matematicamente per prevenire collisioni.

Un software adeguato aiuta anche a evitare errori umani. Nell'aviazione con pilota a bordo, il pilota si concentra sul volo dell'aeromobile e non sull'esecuzione di attività facilmente automatizzabili. L'avionica moderna ha semplificato le operazioni per automatizzare i processi soggetti a errore umano, aumentando così la sicurezza. La FAA riconosce da tempo i vantaggi dell'automazione nel ridurre il carico di lavoro del pilota e il rischio di incidenti.

Lo stesso vale per gli spettacoli con drone. Il pilota deve poter contare sul fatto che il sistema esegua lo spettacolo in sicurezza, così da potersi concentrare sul proprio ruolo di sicurezza. Le vulnerabilità critiche per la sicurezza, come la deconflizione delle traiettorie di volo, non devono essere gestite manualmente o con software di terze parti. Non deve esservi alcun margine per l'errore umano nella validazione della sicurezza di volo di uno spettacolo con drone.

Verge Aero investe costantemente in ricerca e sviluppo per adottare tecnologie all'avanguardia. L'automazione è una componente fondamentale del sistema Verge Aero. Il nostro software calcola le traiettorie di volo per l'intera sequenza dello spettacolo, dall'avvio delle eliche all'atterraggio degli aeromobili, e le convalida matematicamente per garantire che non si intersechino prima che lo spettacolo venga effettivamente volato. Avere il tutto in un pacchetto tecnologico completamente integrato massimizza sia la sicurezza che l'efficienza, semplificando al contempo il processo di creazione dello spettacolo.

3. Sistemi di Geofencing Multipli e Indipendenti

Un geofence è un confine virtuale che circonda l'area espositiva di uno spettacolo con drone. Se funziona correttamente, impedisce ai drone di uscire dall'area di volo designata. Più geofence gestiti da processori indipendenti aumentano la ridondanza e la sicurezza.

La maggior parte dei sistemi per spettacoli con drone utilizza sia un geofence "soft" che un geofence "hard":

• Un geofence soft è un confine virtuale che attiva un comando di "ritorno alla base" o "atterraggio" quando un drone lo attraversa.

• Un geofence hard comprende l'intero spazio aereo dello spettacolo e provoca lo spegnimento immediato dei motori del drone, con conseguente caduta libera fino al suolo, se il drone lo attraversa (avendo già ignorato il geofence soft).

La piattaforma per spettacoli con drone di Verge Aero utilizza un sistema di geofence triplamente ridondante, composto da un geofence soft a "bolla dinamica", un geofence hard e un geofence hard a "traiettoria predittiva". Questi tre geofence garantiscono che i drone rimangano all'interno dell'area operativa sicura, prevenendo incidenti causati da drone fuori controllo. (Per un ulteriore livello di ridondanza, due dei tre geofence sono gestiti da computer di bordo indipendenti.)

Geofence Soft vs. Geofencing a "Bolla Dinamica"

Un geofence soft standard si trova all'interno del geofence hard e funge essenzialmente da secondo geofence hard. Un drone dovrebbe interrompere immediatamente la propria missione al raggiungimento di questo confine, eseguendo una funzione di "ritorno alla base" o di atterraggio controllato.

In modo unico, il geofence soft di Verge Aero è costituito da più "bolle dinamiche" che forniscono a ciascun drone un proprio geofence indipendente e in movimento. Si veda l'Immagine 1 per un'illustrazione del geofence a bolla dinamica confrontato con il concetto standard di geofence soft.

Il geofence soft a bolla dinamica di Verge Aero mantiene un drone entro pochi metri dalla sua posizione target, invece di consentirgli di deviare notevolmente dalla rotta prima che una missione venga interrotta. Se un singolo drone si allontana dalla propria traiettoria di volo abbastanza da superare il raggio della sua "bolla", atterra immediatamente scendendo verticalmente in modo controllato fino a raggiungere il suolo, momento in cui i motori si spengono.

Al contrario, i geofence soft standard attivano un comando di "ritorno alla base" solo al raggiungimento di un confine di poco inferiore all'intero spazio aereo dello spettacolo. A quel punto, il drone potrebbe già trovarsi a una distanza significativa dalla traiettoria prevista. Verge Aero ha riscontrato che l'approccio a "bolla dinamica" è un metodo molto più efficace per mantenere sicuro uno spettacolo con drone rispetto a un geofence soft standard.

Geofence Hard e Geofencing a "Traiettoria Predittiva"

Per molti aspetti, i geofence tradizionali non sono ideali per gli spettacoli con drone. A differenza di altre forme di aviazione, in cui gli aeromobili possono volare liberamente all'interno di uno spazio dato, gli spettacoli con drone sono coreografati con precisione. I drone sono programmati per seguire un percorso specifico e predeterminato. Il sistema di controllo sa sempre dove si trova un drone e dove dovrebbe trovarsi. In caso contrario, il volo dovrebbe essere interrotto immediatamente.

Solitamente è evidente che qualcosa non funziona molto prima che un drone raggiunga il geofence hard. Per questo Verge Aero ha ritenuto molto utile un geofence a traiettoria predittiva. Se un drone fuori controllo raggiunge il geofence hard, l'inerzia lo spingerà oltre questo confine anche se i motori vengono spenti immediatamente. È preferibile far atterrare un drone non appena vengono rilevate anomalie, per prevenire qualsiasi violazione del geofence hard: questo è il concetto alla base del geofence a "traiettoria predittiva" di Verge Aero. Questo sistema prevede se un drone violerà il geofence hard in futuro, tenendo conto della sua inerzia, e spegne i motori del drone in tempo affinché atterri all'interno del geofence hard, come illustrato nell'immagine 2 di seguito.

4. Comunicazione Affidabile a Lungo Raggio

Immagina di essere il pilota di uno spettacolo con drone e di essere appena stato avvisato che un aeromobile con pilota a bordo si sta rapidamente avvicinando. Devi interrompere lo spettacolo immediatamente, ma la flotta si trova a qualche centinaio di metri dalla piattaforma di lancio. Grazie al collegamento di comunicazione affidabile a lungo raggio con ciascun drone, riesci a far atterrare la flotta in modo immediato e sicuro.

La comunicazione di emergenza a lungo raggio è un altro elemento di sicurezza fondamentale di un sistema per spettacoli con drone. Il concetto è semplice: se non è possibile comunicare con ogni drone in qualsiasi momento, non è possibile far atterrare la flotta in sicurezza in caso di emergenza. Se la comunicazione non è garantita, il rischio di incidenti aumenta.

Molti sistemi per spettacoli con drone utilizzano il WiFi come comunicazione primaria. Tuttavia, il WiFi non è sempre affidabile quando si vola in ambienti urbani o congestionati, poiché esistono numerose possibili fonti di interferenza e congestione delle frequenze. Inoltre, il WiFi non offre comunicazione punto-punto a lungo raggio senza l'installazione di hardware terrestre aggiuntivo per amplificare il segnale, introducendo così un ulteriore potenziale punto di guasto.

Senza un collegamento di comunicazione affidabile a lungo raggio con ciascun drone, non è possibile garantire il funzionamento delle procedure di sicurezza. Quanto più robusta è la comunicazione a disposizione dell'operatore, tante più informazioni avrà per monitorare lo stato dell'intero sistema e intraprendere rapidamente azioni preventive se necessario.

L'approccio di Verge Aero alla comunicazione di emergenza a lungo raggio privilegia affidabilità e ridondanza. Il nostro sistema utilizza tre collegamenti di comunicazione (tutti pensati per la comunicazione punto-punto a lungo raggio) che operano su due bande di frequenza. Dispone sia di un sistema radio di telemetria dual-band sia di una radio a lungo raggio:

• La radio di telemetria è una radio dual-band con portata media (oltre 500 metri) e maggiore larghezza di banda (2,4 GHz e sub-1 GHz).

• La radio a lungo raggio ha una portata teorica di 15 km e una portata pratica di 5-10 km, ed è utilizzata per tutti i messaggi critici per la sicurezza.

5. Formazione e Gestione della Sicurezza

Molto di ciò che ha reso l'industria dell'aviazione commerciale straordinariamente sicura è altrettanto rilevante per i drone. Formazione rigorosa, sistemi di gestione della sicurezza e linee guida per il processo decisionale aeronautico fanno tutti parte di un'aviazione sicura, sia essa con pilota a bordo o senza. Dettagli apparentemente insignificanti spesso hanno un impatto drammatico sull'esecuzione dello spettacolo, motivo per cui è essenziale operare sempre ai massimi livelli di professionalità.

I piloti di drone devono sottoporsi allo stesso tipo di programmi di formazione iniziale e periodica previsti per gli altri piloti professionisti. Man mano che acquisiscono esperienza, sono pronti ad affrontare spettacoli sempre più complessi. È essenziale che i produttori di apparecchiature supportino i piloti con programmi di formazione completi e continui per costruire competenza. I piloti devono conoscere a fondo la propria tecnologia per poter rispondere rapidamente a eventi imprevisti. Formazione ed esperienza pratica sono essenziali per formare piloti di livello mondiale.

Inoltre, i piloti devono essere supportati da operazioni focalizzate sul controllo qualità, per garantire drone ben mantenuti. Le aziende dotate di un sistema completo di gestione della sicurezza sono nella posizione migliore per valutare e mitigare i rischi in ogni aspetto della propria attività. Una solida cultura della sicurezza dovrebbe essere costantemente coltivata per garantire che i potenziali problemi vengano identificati e risolti.

Infine, i piloti devono essere ben riposati e in grado di pensare con chiarezza per prendere buone decisioni. I piloti non si limitano a premere il tasto di avvio per poi rilassarsi! Devono essere coinvolti al 100% e operare al massimo delle proprie capacità. Fatica, eccesso di sicurezza e stress incidono tutti sulla capacità di un pilota di gestire il rischio e mantenere la consapevolezza situazionale. Il rispetto dei principi consolidati del processo decisionale aeronautico contribuisce a mantenere sicuri gli spettacoli con drone.

L'Impegno di Verge Aero per la Sicurezza

Ogni passeggero di una compagnia aerea commerciale si aspetta, giustamente, che il viaggio aereo sia un'esperienza sicura e senza intoppi. Un secolo di aviazione con pilota a bordo ha portato a un settore con un record di sicurezza straordinario. Meno di un volo su un milione è coinvolto in un incidente, e quelli con conseguenze fatali sono ancora molto più rari. Questo record eccezionale è il risultato di decenni di normative rigorose, progresso tecnologico, sistemi di sicurezza ridondanti, formazione approfondita e un impegno costante a migliorare la sicurezza futura imparando continuamente dagli errori del passato.

I drone sono veicoli aerei e devono essere operati con la stessa professionalità e responsabilità di qualsiasi altro aeromobile.

L'esperienza di uno spettatore a uno spettacolo con drone non dovrebbe essere diversa. Applicando le migliori pratiche dell'aviazione tradizionale, gli spettacoli con drone possono diventare altrettanto sicuri. Verge Aero adotta questo approccio fin dalle proprie origini, progettando i sistemi fin dal principio con ridondanza e sicurezza al centro, e aggiornandoli costantemente per sfruttare al massimo le nuove tecnologie.

Guardando al futuro, incoraggiamo il settore ad adottare le migliori pratiche per massimizzare e privilegiare la sicurezza. Un singolo guasto può causare danni alla reputazione, perdite economiche e, soprattutto, potenziali danni agli spettatori. Gli spettacoli con drone hanno un potenziale enorme. Non sprechiamolo trascurando la sicurezza.

Domande da Porsi Quando si Valuta un Sistema per Spettacoli con Drone

Il sistema dispone di una vera ridondanza di navigazione grazie a più stimatori?

• Sono necessari più stimatori e sensori indipendenti. Un sistema correttamente ridondante dispone di almeno due set di IMU (sensori), che alimentano quattro EKF (stimatori) indipendenti.

Il software di controllo è aggiornato?

• Se i drone utilizzano il pilota automatico PX4, si tratta della versione 1.15 o successiva? Questa versione del pilota automatico PX4 integra numerosi miglioramenti di sicurezza.

Come funziona il sistema di geofencing?

• Disporre di più geofence massimizza sicurezza e ridondanza. Ciascuno è alimentato da processori separati?

Quanti collegamenti di comunicazione di emergenza a lungo raggio vengono utilizzati? Sono dual-band o single-band? Il WiFi è il collegamento primario?

• L'ideale sono tre collegamenti di comunicazione punto-punto, incluso un sistema radio dual-band.

• Il WiFi è probabilmente poco affidabile nelle aree congestionate.

Quale software viene utilizzato per creare e volare lo spettacolo? È completamente integrato?

• Idealmente, la sequenza di lancio viene generata automaticamente dallo stesso software che controlla il resto dello spettacolo.

Qual è il record di sicurezza dell'azienda e dei piloti che gestiscono lo spettacolo?

• Come vengono formati i loro piloti? Qual è il loro Sistema di Gestione della Sicurezza?

• Con quale frequenza hanno riscontrato drone fuggiti o fuori controllo?

Qual è il record di sicurezza della tecnologia dei drone utilizzata nello spettacolo?

• Lo stesso tipo di drone è stato coinvolto in incidenti con altri operatori?

Quanta esperienza ha il pilota?

• Quanti spettacoli ha volato? Quanta formazione ha ricevuto? È un dipendente a tempo pieno?

Gli Autori

Nils Thorjussen, Anthony Merlino, Christopher Franzwa e Tony Samaritano vantano oltre quarant'anni di esperienza combinata nello sviluppo e nell'avanzamento delle tecnologie per spettacoli con drone. Hanno contribuito a essere pionieri nel campo dell'intrattenimento con spettacoli di drone attraverso la creazione del sistema Verge Aero, pronto all'uso. I loro sforzi, uniti a quelli del team Verge Aero fin dalla sua fondazione nel 2016, hanno portato gli spettacoli con drone nel mainstream degli eventi globali e hanno contribuito a consolidare questo mezzo come elemento fondamentale dell'intrattenimento dal vivo.

Oggi, il sistema Verge Aero viene utilizzato da team di produzione professionisti a livello globale. È stato impiegato per realizzare spettacoli in occasione di eventi di grande rilievo, tra cui la celebrazione della vittoria del presidente eletto Biden, America's Got Talent: Extreme, le celebrazioni del 4 luglio di Macy's a New York, festival come Lollapalooza, la demolizione commemorativa del Tropicana Hotel and Casino a Las Vegas e molti altri.

Verge Aero è riconosciuta a livello globale dalle autorità dello spazio aereo, come la Federal Aviation Administration (FAA) statunitense e l'Agenzia Europea per la Sicurezza Aerea (EASA). Scopri di più sul vantaggio in termini di sicurezza di Verge Aero qui.

Per ulteriori informazioni, contatta media@vergeaero.com.