Sistema de perfeccionamiento para pilotos de aeronaves que realizan fotografía aérea y procedimiento asociado a dicho sistema.

Sistema de perfeccionamiento para pilotos de aeronaves que realizan fotografía aérea y procedimiento asociado a dicho sistema.

Dado un plan de vuelo diseñado para fotografía aérea (24), el sistema extiende las funcionalidades de una plataforma de vuelo (21), real o simulada, con un componente de cálculo de desviación de ruta (22) y un dispositivo indicador (23) que muestra de forma continuada al piloto la información de navegación respecto al plan de vuelo deseado. El dispositivo indicador (23) permite informar al piloto sobre los errores cometidos por posición, velocidad o actitud del avión inadecuados. El sistema fija tres modos de funcionamiento, según la distancia respecto al inicio del tramo a sobrevolar, que afecta al modo de cálculo de las desviaciones. El sistema puede ser alternativamente presentado como un dispositivo embarcado, cuando la plataforma de vuelo es una aeronave, o como programa y pantalla de ordenador, cuando la plataforma de vuelo es simulada.

Sistema de perfeccionamiento para pilotos de aeronaves que realizan fotografía aérea y procedimiento asociado a dicho sistema

Sector de la técnica:

Los trabajos de fotografía aérea son aquéllos en los que una aeronave va equipada con una cámara fotográfica o sensor orientado hacia el suelo que se dispara de forma automática y periódica. El conjunto de fotografías obtenidas se debe poder reunir en un mosaico y el mosaico final debe contener imágenes de toda el área geográfica de exploración, sin ninguna omisión. Para que el resultado final sea satisfactorio se calculan previamente ciertos requerimientos como el solapamiento entre imágenes, la velocidad y altura del vuelo, el intervalo entre fotografías, las rutas de vuelo a sobrevolar, etc. Aún así, en la etapa del vuelo, se depende de la pericia del piloto en volar las rutas establecidas, en las condiciones establecidas, para que la calidad del resultado sea satisfactoria. En caso contrario se debe repetir el vuelo o partes del mismo, debiéndose contabilizar el gasto adicional asociado.

Las áreas de interés en los trabajos de fotografía aérea pueden ser longitudinales o rectangulares. En caso de áreas rectangulares la aeronave debe realizar diferentes pasadas, habitualmente sobre tramos paralelos y equidistantes, que permiten obtener las fotografías de toda el área. Entre un tramo y el siguiente, el piloto debe realizar una maniobra de giro. La pericia del piloto en la realización del giro no tiene impacto en la calidad del resultado fotográfico, pues se realiza fuera del área de interés y con los ángulos de actitud de la aeronave no horizontales. Por el contrario, la estabilidad del vuelo durante los tramos en que se obtienen las fotos es de suma importancia. Desde el principio del tramo hasta el final del tramo, la aeronave debe mantener el curso o guiñada fija e igual a la orientación del tramo establecido, la velocidad constante, y los ángulos de cabeceo y alabeo igual a cero. Esta tarea es de máxima dificultad cuando el piloto acaba de realizar el giro y sobrevuela la parte inicial del tramo.

Estado de la técnica:

Las aeronaves usadas en fotografía aérea suelen ser aeronaves que vuelan en VFR (Visual Flight Rules), ya que las zonas de interés (un campo de cultivo, una frontera, un oleoducto, un glaciar, etc.) no suelen estar soportadas por infraestructuras terrestres de ayuda a la navegación (VOR, DME, ILS, etc.). Tampoco se puede confiar en el guiado de los sistemas de gestión de tráfico aéreo (ATC) al ser vuelos de poca altura, realizados en lugares alejados de aeropuertos y, por tanto, en espacio aéreo no controlado. Los pilotos se basan en sus instrumentos de vuelo, principalmente el PFD (Primary Flight Display) y el ND (Navigation Display), para sus funciones, los cuales a su vez se basan en sistemas inerciales y de navegación.

No habitual en aeronaves VFR, pero imprescindible en vuelos IFR (Instrumental Flight Rules), el estado de la técnica de dispositivos embarcados incluye el CDI (Course Deviation Indicator). El CDI es un sistema indicador que muestra gráficamente al piloto la desviación de la aeronave respecto a un rumbo establecido. El sistema indicador CDI consiste en dos barras, una vertical y otra horizontal, que al desplazarse del punto central indican al piloto la desviación: la barra vertical indica la desviación lateral relativa a la ruta y la barra horizontal indica la desviación en altura. El indicador CDI se puede incorporar en varios de los dispositivos electrónicos de ayuda al pilotaje, siendo habitual encontrarlo como indicador del sistema ILS (Instrument Landing System).

El estado de la técnica en ayudas a pilotos que realizan fotografía aérea, incluye sistemas embarcados únicamente con indicadores de datos alfanuméricos, que guían al piloto hasta el siguiente punto de vuelo. Los valores mostrados en los indicadores de datos alfanuméricos

dependen de los distintos modos de funcionamiento: se distingue entre los vuelos de ida y vuelta al área de interés, los giros que enlazan los tramos consecutivos de la zona de interés y los vuelos realizados sobre los tramos de la zona de interés. Estos sistemas se alimentan de un programa informático que se ejecuta sobre ordenador y se complementan con dispositivos indicadores de navegación que muestran el plan de vuelo en forma gráfica.

Para el entrenamiento de los pilotos, incluso para la certificación de sus horas de vuelo, los simuladores de vuelo son la herramienta del estado de la técnica. Estos simuladores se basan en replicar en la pantalla de un ordenador los instrumentos e indicadores que el piloto encuentra en su avión, como por ejemplo el horizonte artificial del PFD o el indicador del ILS mencionados. El simulador de vuelo es un programa de ordenador que, al ser ejecutado en un ordenador, procesa las acciones de control realizadas por el piloto, simula el comportamiento de la aeronave según su modelo aerodinámico y muestra en la pantalla del ordenador el vuelo de la aeronave desde diferentes vistas. La influencia de factores externos, como el clima, suele ser opcional en la simulación. Algunos trabajos (ver Lum et al.) incluyen también el cálculo de indicadores de calidad y de precisión del vuelo virtual realizado por el piloto. Sin embargo, el estado de la técnica no incluye el caso particular de soporte y evaluación de la calidad del vuelo respecto a las necesidades diferenciales descritas de un vuelo de fotografía aérea.

Resumen de la invención:

La presente invención es un sistema de perfeccionamiento para pilotos que tiene como objetivo mejorar la habilidad de los mismos en los trabajos de fotografía aérea. El sistema consta de una plataforma de vuelo (real o de simulación), conectada a un componente de evaluación de la trayectoria y con un dispositivo indicador de entrenamiento, visible al piloto durante el vuelo.

El dispositivo indicador de entrenamiento es similar a un dispositivo indicador de navegación o ND. Muestra la posición de la aeronave sobre una cartografía, juntamente con el plan de vuelo a realizar. El plan de vuelo se define antes del vuelo. El dispositivo indicador de entrenamiento, a diferencia de otros dispositivos indicadores de navegación del estado de la técnica, incluye incrustados unos indicadores que permiten guiar al piloto de forma más intuitiva. Los indicadores incrustados son dos: un indicador de desviación de ruta (CDI) de acuerdo al estado de la técnica, complementado con datos alfanuméricos de interés; y un cuadro de seis alarmas con 2 niveles, aviso y alarma.

El sistema de entrenamiento tiene unos modos de funcionamiento extendidos respecto al estado de la técnica. En los giros se distingue si la aeronave aún está lejos del punto de inicio del tramo; o si está ya próxima al mismo. Según el modo de funcionamiento, el CDI muestra desviaciones angulares o desviaciones en distancia, siendo esta doble funcionalidad una novedad de esta invención. El incremento en el número de modos de funcionamiento permite una transición suave entre las desviaciones angulares y las desviaciones en distancia.

El invento tiene dos realizaciones alternativas: la de simulación y la embarcada. En la de simulación el dispositivo indicador de entrenamiento se muestra en la pantalla del ordenador que ejecuta el programa informático del componente software de cálculo de desviación de ruta. En la realización embarcada el dispositivo indicador de entrenamiento está embarcado y se comporta como un dispositivo de ayuda en vuelo.

Al finalizar el vuelo (tanto en el caso de vuelo virtual como vuelo real) se genera un reporte de evaluación basado en muestras de datos recogidos a una frecuencia fija (por ejemplo 1 Hz). A parte de los datos globales del vuelo (piloto, horas de inicio y fin, tiempo dedicado a los trabajos de fotografía/giros, combustible, etc.) el informe incluye para cada muestra de datos tomadas en un tramo, las estadísticas de los valores de desviación de la trayectoria, de desviación de velocidad y de desviación de los ángulos de actitud de la aeronave. Así mismo se incluye el detalle de todas las alarmas producidas.

Citas:

US 7,424,133 B2 11/2003 Schultz et al...........382/106

US 6,809,651 B1 10/2004 Parker et al............340/945

EU 2,345,995 10/2010 Hagelin etal...........G05B/02

US 2004/0189492 A1 09/2004 Selk and Frazier......340/976

EU 2335495 03/2010 Petersen et al.......B64D 47/00

US 6,473,003 B2 10/2002 Horvath et al........ 340/945

US 1,424,048 04/1973 Bóhret and Schánzer........G01S 1/08

FR 1,487,257 12/1973 09/1977........G01S 9/06 9/56

US 4,276,702 07/1981 Horwitz et al..........434/47

Lum et al. Human-in-the-Loop distributed Simulation and...

1 SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE

REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA que comprende:

- una plataforma de vuelo,

- una ruta o plan de vuelo para sobrevolar un área a fotografiar,

- un componente software de cálculo de desviación de ruta y

- un dispositivo indicador de entrenamiento.

2 SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE

REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicación 1, caracterizado porque

- la plataforma de vuelo es un simulador de vuelo,

- el simulador de vuelo facilita, de forma periódica, los parámetros del estado del vuelo virtual realizado por el piloto,

- el componente software de cálculo de desviación de ruta recibe del simulador de vuelo los datos del estado del vuelo virtual, los compara en cada momento con el estado deseado para la ruta a volar y calcula la desviación de ruta y

- el dispositivo indicador de entrenamiento muestra las desviaciones del vuelo de forma continuada con el objeto de ayudar al piloto a corregirlas.

3 SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE

REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicación 1, caracterizado porque

- la plataforma de vuelo es una aeronave,

- a través de los sistemas de navegación de satélite y/o sistemas inerciales embarcados en la aeronave se puede conocer, de forma periódica, los parámetros del estado del vuelo realizado por el piloto,

- el componente software de cálculo de desviación de ruta recibe los datos del estado del vuelo, los compara en cada momento con el estado deseado para la ruta a volar y calcula la desviación de ruta y

- el dispositivo indicador está embarcado y muestra las desviaciones del vuelo de forma continuada con el objeto de ayudar al piloto a corregirlas.

4 SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE

REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicaciones 2 ó 3, que comprende adicionalmente información de seis alarmas que se activan cuando la desviación en la dimensión de la alarma es mayor a un valor límite previamente fijado en el sistema, siendo las seis alarmas las que corresponden a desviaciones del vuelo en: los tres ángulos de actitud del avión (alabeo, cabeceo y guiñada), la velocidad del vuelo, la posición lateral y la altura.

SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE

REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicaciones anteriores, caracterizado por mostrar la desviación del vuelo respecto a la ruta deseada en forma gráfica, a través de un

indicador de desviación de ruta o CDI, pudiendo ser la desviación calculada como la diferencia de distancias o como la diferencia de ángulos.

6 PROCEDIMIENTO DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA que comprende tres etapas: ACERCAMIENTO, INTERCEPCIÓN y SOBRE-TRAMO, que se repiten de forma sucesiva en cada uno de los tramos paralelos (8) que forman los vuelos de fotografía aérea, siendo cada etapa definida según la proximidad del avión al tramo: lejos del inicio del tramo en la etapa de ACERCAMIENTO, cerca del inicio del tramo en la etapa de INTERCEPCIÓN y sobrevolando el tramo en la etapa de SOBRE-TRAMO.

7 PROCEDIMIENTO DE ^ PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicación 6 caracterizado porque

- en la etapa de ACERCAMIENTO la información sobre la desviación de la ruta se calcula como la diferencia de los ángulo de aproximación al tramo y/o de realización del giro;

- en la etapa de SOBRE-TRAMO la información sobre la desviación de la ruta se calcula como la diferencia de las distancias de desviación al tramo; y

- en la etapa de INTERCEPCIÓN se realiza la transición de diferencias angulares a diferencias de distancias.

8 PROCEDIMIENTO DE ^ PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicación 6 y 7 caracterizado porque

- en la etapa de ACERCAMIENTO no se generan alarmas;

- en la etapa de INTERCEPCIÓN se generan avisos en caso de desviación de distancia a la ruta mayor a un límite fijado; y

- en la etapa de SOBRE-TRAMO se generan alarmas en caso de desviación de distancia a la ruta, desviación de la velocidad o ángulos de actitud del avión mayores a los límites fijados.

9 PROCEDIMIENTO DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA según reivindicaciones 6, 7 y 8 caracterizado porque al finalizar el vuelo se calcula una puntuación de la realización del vuelo a partir de las desviaciones calculadas y ponderadas según criterios conocidos.