Аэротакси

Проект команды Human Express на проектной программе "Большие Вызовы"

Суть проекта

Крупные города страдают из-за пробок и перегруженности транспорта. Пробки на дорогах и перегруженность транспорта влечёт за собой многие неудобства. Одной из таких проблем является отсутствие возможности быстро добраться из точки А в точку Б. При этом воздушное пространство практически не используется. Предлагаемое решение заключается в создании системы, которая в режиме реального времени наблюдает и контролирует движение беспилотных летательных аппаратов. Такое решение приводит к полной автоматизации процесса полёта и исключает возможность воздушно-транспортных происшествий. В результате проделанной работы удалось сделать систему, которая состоит из нескольких дронов и сервера. Сервер прокладывает маршрут дронам из начальной точки в заданную по проложенным дорогам. Также в работу сервера входит логистика, благодаря которой беспилотники не сталкиваются в полёте.

Настройка сервера

Чтобы скачать проект на сервер выполните команду

git clone https://github.com/Tennessium/HUEX

Перед началом работы с системой необходимо подключить устройство к сети WiFi (например, раздать со смартфона) установить на него необходимые библиотеки

cd HUEX/server
pip install -r requirements.txt

В случае необходимости вы можете изменить высоту эшелонов и разрешенные IP-адреса для доступа к Центру управления полетами в файле server/consts.py и настроить поле с метками в server/static/map.txt. Теперь можно запустить сервер написав в командную строку

python manage.py runserver 0.0.0.0:8000

Чтобы перейти на веб страницу наберите в адресной строке ip адрес сервера в локальной сети и укажите порт 8000 (http://ip:8000). Как узнать ip адрес устройства

Настройка коптеров

В первую очередь подготовьте SD-карту с образом Clover (Инструкция)

Чтобы скачать проект на Raspberry Pi в коптере выполните команду

git clone https://github.com/Tennessium/HUEX

Перед началом работы с системой необходимо перевести коптеры в режим клиента и подключить к сети WiFi. Вы можете воспользоваться этим мануалом

Однако, для упрощения развертывания системы на нескольких коптерах, рекомендуется использование нашего скрипта, лежащего в папке copter/setup/

Перейдите в папку

cd HUEX/copter/setup/

Используя любой редактор, в файле networkData.txt измените SSID и пароль сети
Запустите скрипт

sudo bash networkEdit.sh

Перезагрузите Raspberry Pi

Произведите установку и настройку ROS-пакета для LED-ленты

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/bart02/ros-led-lib.git led
cd led

Воспользовавшись nano ledsub.py, измените переменную LED_COUNT на число светодиодов на вашей ленте

chmod +x ledsub.py
cd ~/catkin_ws
catkin_make
sudo systemctl enable /home/pi/catkin_ws/src/led/led.service
sudo systemctl start led

Установите необходимые пакеты

cd HUEX/clever
pip install -r requirements.txt

В файле copter/consts.py укажите IP-адрес сервера.

Для запуска основного скрипта воспользуйтесь нашим systemd-сервисом.

sudo systemctl enable /home/pi/HUEX/clever/setup/taxi.service
sudo systemctl start taxi.service

Скрипт будет запускаться автоматически при старте системы. Для остановки можно воспользоваться командой

sudo systemctl stop taxi.service

Веб-интерфейс центра управления полётами

В данном веб интерфейсе можно следить за полётами всех дронов на карте (масштабировать с помощью колёсика, передвигать с помощью Alt). При нажатии на лебедя в правом верхнем углу все коптеры аварийно садятся, А при нажатии на значок "обновить" все коптеры автоматически удаляются, что приводит к удалению всех команд и посадке активных на текущий момент коптеров. С помощью инструментов в правом нижнем углу можно строить новые основания и рёбра.

Веб-интерфейс заказа

Чтобы перейти на веб страницу наберите в адресной строке http://ip:8000/m, где ip - адрес сервера в сети.

Визуализатор

Для наглядности работы системы был разработан 3D-визуализатор воздушного пространства. Он отображает систему эшелонов, поле ArUco-маркеров; позиции коптеров и направления их движения в real-time.

Запускать визуализатор можно после старта сервера. Компьютер должен быть подключен к той же сети, что и сервер.

cd viz
python main.py

Программа автоматически подгрузит карты маркеров и эшелонов. Если одна из них изменяется в процессе эксплуатации, перезагрузите программу для внесения изменений.

Камеру можно передвигать при помощи клавиш WASD и поворачивать при помощи стрелок.

DDoS-скрипт

Во время смены был написан простой скрипт, предназначенный для тестирования логистики. Его суть заключается в бесконечном заказе такси между случайными точками. Перед тем как запустить программу DDos.py замените параметр static_path в пятой строке на ip вашего сервера.

API

На случай если вы захотите реализовать свою "обёртку" вы можете реализовать взаимодействие с сервером по средствам HTTP/HTTPS запросов

/get

Возвращает телеметрию всех доступных коптеров. Пример:

{
  "message": "OK",
  "drones": [
    {
      "ip": "192.168.1.101",
      "led": "#FF0000",
      "status": "land",
      "pose": {
        "x": 0.24,
        "y": 0.38,
        "z": 0,
        "yaw": 0
      },
      "voltage": 4.12,
      "nextp": {
        "led": "#FF0000",
        "status": "land",
        "pose": {
          "x": 0.24,
          "y": 0.38,
          "z": 1.5,
          "yaw": 0
        }
      }
    }
  ]
}

Где

ip - ip адрес коптера
led - цвет светодиодной ленты
status - fly или land - текущий статус коптера
pose - позиция коптера (x, y, z, и yaw)
voltage - напряжение на одной банке
nextp - отдаваемая коптеру команда на полёт (led, status, pose как выше)

/static/roads.json

Текущая карта дорог первого эшелона Пример:

{
  "points": [
    {
      "x": 2.1,
      "y": 3.5
    },
    {
      "x": 0.6,
      "y": 0.4
    },
    {
      "x": 2.4,
      "y": 0.5
    }
  ],
  "lines": [
    {
      "1": 2,
      "2": 1
    },
    {
      "1": 1,
      "2": 0
    }
  ]
}

Где

poits - массив вершин графа и их координат
lines - массив рёбер графа (1 - точка из которой выходит ребро, 2 - точка куда это ребро направлено)

/ask_taxi?o=x&t=y

Заказ такси из точки под номером x в точку под номером y. Точки x и y берутся из /static/roads.json

/get_dist?o=x&t=y

Возвращает расстояние и цену за пролёт между точками. Пример:

{"dist": 5.3, "cost": 309}

Где

dist - Дистанция в метрах
cost - Цена в рублях (150₽ + 30₽ × n метров)

Модель аэротакси в городе