Introduzione

Assistere a uno spettacolo di droni dovrebbe essere un'esperienza fantastica.

Gli spettacoli con i droni sono una favolosa aggiunta agli eventi di intrattenimento dal vivo. Dopo un periodo di rapida adozione, sono diventati una parte essenziale di qualsiasi produzione di alto profilo, insieme a luci, laser e fuochi d'artificio, ma con il potere di sorprendere e stupire anche il pubblico che ha "visto tutto".

Purtroppo, come per molte nuove tecnologie, la rapida crescita ha portato alcune aziende a privilegiare il profitto rispetto alla sicurezza. Alcuni nuovi operatori del settore hanno un'esperienza limitata e non sanno ancora come valutare appieno le opzioni di acquisto. Molte decisioni si basano sul prezzo e i problemi si manifestano solo quando è troppo tardi. La sicurezza è un elemento trascurato.

L'impegno di Verge Aero per la sicurezza.

Recentemente, incidenti di alto profilo hanno sottolineato l'importanza cruciale della sicurezza. Poiché gli spettacoli con i droni diventano sempre più ambiziosi e diffusi, garantire i più alti standard di sicurezza non dovrebbe essere solo un requisito normativo, ma una responsabilità fondamentale. Questo libro bianco illustra quelli che Verge Aero considera i principi essenziali di uno spettacolo di droni sicuro e offre ai potenziali clienti di spettacoli di luci una panoramica su cosa cercare quando valutano le loro opzioni di acquisto.

Cosa rende sicuro un sistema di esposizione per droni?

Verge Aero ritiene che un sistema di show per droni sicuro debba incorporare questi cinque elementi principali:

1. Ridondanza della navigazione

2. Software appropriato e aggiornato

3. Sistemi di geofence multipli e indipendenti

4. Comunicazione affidabile e a lungo raggio

5. Formazione e gestione della sicurezza

1. Ridondanza della navigazione

È la caratteristica di sicurezza numero uno per i droni e le flotte di droni.

La ridondanza è essenziale in tutta l'aviazione. I sistemi avionici multipli (sistemi elettronici di navigazione) forniscono ridondanza agli aerei con equipaggio. Qualsiasi drone che operi in prossimità di persone dovrebbe avere la stessa dotazione.

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

Sfortunatamente, molti sistemi di proiezione dei droni in funzione oggi hanno un solo stimatore e alcuni utilizzano implementazioni più primitive. Questo ha fatto sì che i droni volassero ripetutamente fuori dalle aree di volo designate, causando diversi incidenti di alto profilo.

Gli stimatori possono smettere di funzionare correttamente in caso di collisione o di guasto del sensore, con il risultato di droni fuori controllo che possono violare il perimetro di sicurezza di uno spettacolo e volare rapidamente per lunghe distanze. Pertanto, i droni con un solo stimatore mancano di ridondanza e sono intrinsecamente meno sicuri.

È fondamentale notare la differenza tra stimatori e sensori e il motivo per cui è importante disporre di multipli di ciascuno di essi. Una serie di sensori fornisce misure della posizione, della velocità e dell'orientamento del drone. Gli stimatori EKF sono progettati per valutare queste misurazioni (oltre a fattori non lineari del mondo reale, come le raffiche di vento), rifiutare i dati errati e stimare le misurazioni più accurate per la posizione, la velocità e l'orientamento del drone. La guida ufficiale del software di autopilotaggio per droni leader nel mondo, PX4, afferma che gli stimatori multipli EKF forniscono "protezione contro una più ampia gamma di errori dei sensori".

Molti sistemi affermano di avere una ridondanza adeguata utilizzando più sensori, ma senza stimatori multipli. Una configurazione di questo tipo dà un falso senso di sicurezza. Questi sistemi sono problematici perché, come indicato nella Guida PX4un singolo stimatore può gestire solo "un numero limitato di errori dei sensori" e non può identificare i dati imprecisi dei sensori, che sono il problema principale. Un sistema con sensori ridondanti, ma senza stimatori ridondanti, protegge solo dalla perdita di dati del sensore e non dall'imprecisione del sensore, che è molto più comune e importante.

La piattaforma espositiva per droni Verge Aero® ha adottato la ridondanza della navigazione fin dall'inizio. Il drone di punta X7™ ha due serie indipendenti di sensori di navigazione, che consentono quattro stimatori. Il drone X1™, cavallo di battaglia, ha tre set di sensori di navigazione, che consentono di ottenere sei stimatori. La ridondanza aggiuntiva dell'X1 lo rende ideale per le operazioni più impegnative, come il dispiegamento di dispositivi pirotecnici.

2. Software appropriato e aggiornato

Per funzionare correttamente, gli stimatori di un drone devono essere supportati da un software autopilota adeguato. La maggior parte dei droni utilizza il software PX4, che nel corso degli anni ha subito aggiornamenti significativi alle sue caratteristiche di sicurezza. Solo le versioni più recenti (dalla 1.15 in poi) consentono di utilizzare pienamente gli stimatori multipli. Proprio come è importante mantenere i computer sicuri con gli aggiornamenti del sistema operativo, è essenziale incorporare gli ultimi miglioramenti dell'autopilota di sicurezza sui droni.

Allo stesso modo, un software di progettazione e controllo unificato creato appositamente per gli spettacoli di droni è generalmente più sicuro rispetto all'utilizzo di un mosaico di applicazioni software soggette a incompatibilità e a errori involontari. Un software appropriato per gli spettacoli di droni calcola automaticamente le traiettorie di volo per ogni drone durante l'intera sequenza di volo e le convalida matematicamente per evitare collisioni.

Un software adeguato aiuta anche a evitare gli errori. Nell'aviazione con equipaggio, il pilota si concentra sul pilotaggio dell'aereo e non sull'esecuzione di compiti che possono essere facilmente automatizzati. L'avionica moderna ha semplificato le operazioni per automatizzare i processi soggetti a errore umano, aumentando così la sicurezza. La FAA ha da tempo riconosciuto i vantaggi dell'automazione per ridurre il carico di lavoro dei piloti e il rischio di incidenti.

Lo stesso vale per gli spettacoli con i droni. Il pilota deve potersi fidare del fatto che il sistema eseguirà lo spettacolo in sicurezza, in modo da potersi concentrare sul proprio ruolo di sicurezza. Le vulnerabilità critiche per la sicurezza, come la deconfliction delle traiettorie di volo, non devono essere gestite manualmente o con software di terze parti. Non ci deve essere spazio per l'errore umano nel convalidare se uno spettacolo di droni può volare in sicurezza.

Verge Aero investe continuamente in ricerca e sviluppo per implementare una tecnologia all'avanguardia. L'automazione è una componente importante del sistema Verge Aero. Il nostro software di base calcola le traiettorie di volo per l'intera sequenza di volo, dalla rotazione dei puntelli all'atterraggio del velivolo, e convalida matematicamente le traiettorie di volo per garantire che non si intersechino prima che lo spettacolo venga eseguito. Tutto questo, in un pacchetto tecnologico completamente integrato, massimizza la sicurezza e l'efficienza, rendendo il processo di creazione dello spettacolo semplice e facile da usare.

3. Sistemi di geofence multipli e indipendenti

Un geofence è un confine virtuale che circonda l'area di visualizzazione di una mostra di droni. Se funziona correttamente, impedisce ai droni di uscire dall'area di volo designata. Più geofence alimentate da processori indipendenti aumentano la ridondanza e la sicurezza.

La maggior parte dei sistemi di esposizione dei droni utilizza una geofence "soft" e una "hard":

• Un soft geofence è un confine virtuale che attiva un comando di "ritorno a casa" o "atterraggio" quando un drone lo supera.

• Un hard geofence comprende l'intero spazio aereo dello show e provoca lo spegnimento immediato dei motori del drone e la caduta libera verso il suolo se il drone lo viola (avendo prima ignorato il soft geofence).

La piattaforma per spettacoli di droni Verge Aero utilizza un triplo sistema di geofence ridondante che consiste in una geofence morbida a "bolla dinamica", una geofence rigida e una geofence rigida a traiettoria predittiva. Queste tre geofence assicurano che i droni rimangano all'interno dell'area operativa sicura, evitando incidenti causati da droni fuori controllo. (Per un ulteriore livello di ridondanza, due delle tre geofence sono alimentate da computer di bordo indipendenti).

Geofencing morbido e geofencing a bolla dinamica

Una geofence soft standard si trova all'interno della geofence hard e funge essenzialmente da geofence hard secondaria. Un drone deve terminare immediatamente la sua missione quando raggiunge questo confine, eseguendo un "ritorno a casa" o una funzione di terra controllata.

La geofence morbida di Verge Aero è costituita da più "bolle dinamiche" che forniscono a ciascun drone una geofence indipendente e mobile. L'immagine 1 illustra la geofence a bolle dinamiche in contrasto con il concetto di soft geofence standard.

La geofence dinamica a bolla morbida di Verge Aero mantiene un drone entro pochi metri dalla sua posizione di destinazione, anziché permettergli di deviare potenzialmente di molto dalla rotta prima di terminare la missione. Se un singolo drone devia dalla traiettoria di volo tanto da superare il raggio della "bolla", atterra immediatamente scendendo verticalmente in modo controllato fino a raggiungere il suolo e spegnere i motori.

Al contrario, le geofence soft standard attivano un comando di "ritorno a casa" solo quando raggiungono un confine che è essenzialmente leggermente più piccolo dell'intero spazio aereo dello show. Quando un drone raggiunge questo punto, può trovarsi a una distanza significativa dal percorso di volo previsto. Verge Aero ha scoperto che l'approccio della "bolla dinamica" è un modo molto più efficace per mantenere uno spettacolo di droni sicuro rispetto a una geofence morbida standard.

Geofence rigide e geofencing a "traiettoria predittiva

Per molti aspetti, le geofence tradizionali non sono ideali per gli spettacoli con i droni. A differenza di altre modalità di aviazione, in cui gli aerei possono volare ovunque all'interno di un determinato spazio, gli spettacoli con i droni sono coreografati con precisione. I droni sono programmati per volare su un percorso specifico e predeterminato. Il sistema di controllo sa sempre dove si trova un drone e dove dovrebbe essere. In caso contrario, il volo dovrebbe essere interrotto immediatamente.

Di solito è chiaro che qualcosa è andato storto molto prima che un drone raggiunga il geofence. Ecco perché Verge Aero ha trovato molto utile una geofence con traiettoria predittiva. Se un drone fuori controllo raggiunge l'hard geofence, lo slancio lo spingerà oltre questo confine anche se i suoi motori vengono tagliati immediatamente. È meglio mettere a terra un drone non appena vengono rilevate delle anomalie per evitare che venga violato l'hard geofence, che è il concetto alla base della geofence "traiettoria predittiva" di Verge Aero. Questo sistema prevede se un drone violerà l'hard geofence in futuro tenendo conto del suo slancio e taglia i motori del drone in tempo per farlo atterrare all'interno dell'hard geofence, come illustrato nell'immagine 2 qui sotto.

4. Comunicazione affidabile e a lungo raggio

Immaginate di essere un pilota di droni che gestisce uno spettacolo e di essere appena stato avvisato che un velivolo con equipaggio si sta avvicinando rapidamente. Dovete interrompere immediatamente lo spettacolo, ma la flotta si trova a poche centinaia di metri dalla piattaforma di lancio. Grazie all'affidabile collegamento di comunicazione a lungo raggio che avete con ogni drone, siete in grado di far atterrare immediatamente e in sicurezza la flotta.

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

Molti sistemi di trasmissione per droni utilizzano il WiFi per la comunicazione principale. Tuttavia, il WiFi non è sempre affidabile quando si vola in ambienti urbani o congestionati, poiché ci sono molte possibili fonti di interferenza e congestione delle frequenze. Inoltre, il WiFi non offre una comunicazione punto-punto a lungo raggio senza l'installazione di hardware aggiuntivo a terra per potenziare il segnale, introducendo un altro potenziale punto di guasto.

Senza un collegamento di comunicazione affidabile e a lungo raggio con ciascun drone, non è possibile garantire il funzionamento delle procedure di sicurezza. Quanto più solida è la comunicazione, tanto maggiori sono le informazioni di cui dispone l'operatore per monitorare lo stato di salute dell'intero sistema e per intraprendere rapidamente azioni preventive, se necessario.

L'approccio di Verge Aero alle comunicazioni di emergenza a lungo raggio comprende affidabilità e ridondanza. Il nostro sistema utilizza tre collegamenti di comunicazione (tutti destinati alla comunicazione punto-punto a lungo raggio) che operano in due bande. È dotato di un sistema radio di telemetria a doppia banda e di una radio a lungo raggio:

• La radio per telemetria è una radio a doppia banda con portata media (oltre 500 metri) e larghezza di banda superiore (2,4GHz e Sub-1GHz).

• 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

Gran parte di ciò che ha creato un'industria dell'aviazione commerciale incredibilmente sicura è altrettanto rilevante per i droni. Un addestramento rigoroso, sistemi di gestione della sicurezza e linee guida per il processo decisionale in campo aeronautico fanno parte della sicurezza dell'aviazione, sia con o senza equipaggio. Dettagli apparentemente insignificanti hanno spesso un impatto drammatico sull'esecuzione di uno spettacolo, ed è per questo che è essenziale operare sempre ai massimi livelli di professionalità.

I piloti di droni devono sottoporsi allo stesso tipo di programmi di addestramento iniziale e ricorrente che sono la prassi per gli altri piloti commerciali. 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 acquisire una maggiore competenza. I piloti devono conoscere a fondo la loro tecnologia per rispondere rapidamente agli eventi imprevisti. La formazione e l'esperienza pratica sono essenziali per sviluppare piloti di livello mondiale.

Inoltre, i piloti devono essere supportati da operazioni incentrate sul controllo di qualità per fornire droni ben mantenuti. Le aziende che dispongono di un sistema di gestione della sicurezza completo sono nella posizione migliore per valutare e ridurre i rischi in tutti gli aspetti della loro attività. È necessario coltivare una sana cultura della sicurezza per garantire che i potenziali problemi vengano identificati e affrontati.

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 Go e poi si rilassano! Devono essere coinvolti al 100% e operare al massimo delle loro forze. La stanchezza, l'autocompiacimento e lo stress influiscono sulla capacità del pilota di gestire il rischio e di mantenere la consapevolezza della situazione. L'aderenza ai principi consolidati del processo decisionale aeronautico aiuta a mantenere sicuri gli spettacoli dei droni.

L'impegno di Verge Aero per la sicurezza

Ogni passeggero di una compagnia aerea commerciale si aspetta che il viaggio in aereo sia un'esperienza sicura e priva di inconvenienti, come è giusto che sia. Un secolo di aviazione con equipaggio ha portato a un'industria con un incredibile record di sicurezza. Meno di un volo su un milione comporta un incidente e quelli con esito mortale sono ancora meno. Questo straordinario record è il risultato di decenni di normative rigorose, di progressi tecnologici, di sistemi di sicurezza ridondanti, di formazione approfondita e di un impegno a migliorare la sicurezza del futuro imparando continuamente dai fallimenti del passato.

I droni sono veicoli aerei e devono essere utilizzati in modo professionale e responsabile come qualsiasi altro velivolo.

L'esperienza degli spettatori di uno spettacolo di droni non dovrebbe essere diversa. Sfruttando le migliori pratiche dell'aviazione tradizionale, gli spettacoli di droni possono essere resi altrettanto sicuri. Verge Aero ha adottato questo approccio fin dall'inizio, progettando i sistemi dal principio tenendo conto della ridondanza e della sicurezza e aggiornandoli continuamente per trarre il massimo vantaggio dalle nuove tecnologie.

Per il futuro, incoraggiamo il settore ad adottare le migliori pratiche per massimizzare e dare priorità alla sicurezza. Un singolo fallimento può causare danni alla reputazione, perdite finanziarie e, soprattutto, potenziali danni agli spettatori. Gli spettacoli con i droni hanno un grande potenziale. Non sprechiamolo tagliando i ponti con la sicurezza.

Domande da porre quando si valuta un sistema espositivo per droni

Il sistema ha una vera ridondanza di navigazione utilizzando più stimatori?

• Sono necessari più stimatori e sensori indipendenti. Un sistema adeguatamente ridondante ha almeno due serie di IMU (sensori) e quattro EKF (stimatori) indipendenti.

Il software di controllo è aggiornato?

• Se l'autopilota PX4 è utilizzato dai droni, è la versione 1.15 o più recente? Questa versione dell'autopilota PX4 incorpora numerosi miglioramenti della sicurezza.

Come funziona il sistema di geofencing?

• La presenza di più geofence massimizza la sicurezza e la ridondanza. Ciascuno di essi è alimentato da processori separati?

Quanti collegamenti di comunicazione di emergenza a lungo raggio vengono utilizzati? Sono a doppia o singola banda? Il WiFi è il collegamento principale?

• L'ideale sono tre collegamenti di comunicazione punto-punto, compreso un sistema radio a doppia banda.

• È probabile che il WiFi sia inaffidabile nelle aree congestionate.

Quale software viene utilizzato per creare e pilotare 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 della compagnia e dei piloti che gestiscono lo spettacolo?

• Come vengono addestrati i piloti? Qual è il loro sistema di gestione della sicurezza?

• Quanto spesso hanno sperimentato droni in volo o fuori controllo?

Qual è la sicurezza della tecnologia dei droni utilizzata nello spettacolo?

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

Quanta esperienza ha il pilota?

• Quanti spettacoli hanno effettuato? Quanta formazione hanno ricevuto? Sono dipendenti a tempo pieno?

Informazioni sugli autori

Nils Thorjussen, Anthony Merlino, Christopher Franzwa e Tony Samaritano vantano oltre quarant'anni di esperienza combinata nello sviluppo e nel progresso delle tecnologie per gli spettacoli con droni. Hanno contribuito a promuovere il settore dell'intrattenimento con spettacoli di droni grazie alla creazione del sistema chiavi in mano Verge Aero. Il loro impegno, unito a quello dei membri del team Verge Aero sin dalla sua fondazione nel 2016, ha portato gli spettacoli di droni alla ribalta degli eventi globali e ha contribuito a consolidare questo mezzo come elemento fondamentale nell'intrattenimento dal vivo.

Oggi il sistema Verge Aero è utilizzato da team di produzione professionali in tutto il mondo. È stato utilizzato per pilotare spettacoli per eventi di alto profilo, come la celebrazione della vittoria del presidente eletto Biden, America's Got Talent: Extreme, le celebrazioni per il 4 luglio di Macy's a New York, festival come Lollapalooza, lo spettacolo di demolizione celebrativo del Tropicana Hotel and Casino di Las Vegas e molti altri.

Verge Aero è riconosciuto a livello mondiale dalle autorità dello spazio aereo, come la Federal Aviation Administration (FAA) e l'Agenzia europea per la sicurezza aerea (EASA). Per saperne di più sui vantaggi di Verge Aero in termini di sicurezza, cliccate qui.

Per ulteriori informazioni, contattare media@vergeaero.com.