Υλοποίηση συστήματος UAV, για την επίβλεψη και την πρόληψη δασικών πυρκαγιών

Σαββόπουλος, Χρήστος

Implementation of a UAV system for forest fire surveillance and prevention

Διπλωματική εργασία

Author

Σαββόπουλος, Χρήστος

Date

2023-07

Advisor

Drosos, Christos

Διπλωματική Εργασία (4.970Mb)

Keywords

Δασικές πυρκαγιές ; UAV ; Διαχείριση πυρκαγιών ; Unmanned aerial vehicle ; FPV κάμερα ; GPS NEO-6M ; Arduino UNO ; Dragino Shield ; LoRaWAN ; ESP32 ; DJI F450 ; Ανάπτυξη ιστοσελίδας ; HTML ; CSS ; JavaScript ; BootStrap ; Τηλεμετρία

Abstract

Η παρούσα μελέτη αυτή επικεντρώνεται στη διερεύνηση της εφαρμογής ενός μη επανδρωμένου αεροσκάφους (UAV) για την επιτήρηση και πρόληψη των δασικών πυρκαγιών. Η μελέτη ξεκινά με την εξέταση των υποκείμενων ζητημάτων που σχετίζονται με τις δασικές πυρκαγιές, όπως οι αιτίες, οι επιπτώσεις, οι τύποι και οι παράγοντες που συμβάλλουν στην έναρξη και εξάπλωσή τους. Επίσης, αναλύονται τα υφιστάμενα συστήματα ανίχνευσης, πρόληψης και διαχείρισης των δασικών πυρκαγιών στην Ελλάδα και παγκοσμίως. Στη συνέχεια, επικεντρώνεται στην χρήση των UAVs για την διαχείριση των πυρκαγιών αυτών, περιγράφοντας την ταξινόμησή τους, τη σύνθεση του συστήματός τους και το ρόλο τους στην παραγωγή μοντέλων φωτογραμμετρίας. Οι συγκεκριμένες εφαρμογές των UAVs στη διαχείριση της πυρκαγιάς συζητούνται περαιτέρω μέσω πολλαπλών μελετών περιπτώσεων, υπογραμμίζοντας τις προκλήσεις και το ρυθμιστικό πλαίσιο που σχετίζονται με τη χρήση τους. Η μελέτη προχωρά στην λεπτομερή παρουσίαση ενός πρακτικού μοντέλου UAV - του Flame Wheel F450, περιγράφοντας το πλαίσιο του, το σύστημα κίνησης, τη μπαταρία Li-Po, το σύστημα τηλεχειρισμού και τον ελεγκτή πτήσης. Στη συνέχεια, επεξηγούνται τα βασικά συστατικά μέρη του συστήματος επιτήρησης και του τηλεμετρίας που ενσωματώνονται στο UAV, συμπεριλαμβανομένης της κάμερας, του συστήματος εγγραφής βίντεο, της πλακέτας Arduino UNO, της ασπίδας DraginoLoRa, διάφορων αισθητήρων και του GPS module. Τέλος, συζητάται δημιουργία ενός υποστηρικτικού ιστότοπου, χρησιμοποιώντας HTML, CSS, JavaScript, Bootstrap και ThingSpeak. Η μελέτη ολοκληρώνεται με μια πλήρη εκτίμηση του κόστους κατασκευής του UAV.

Abstract

This thesis explores the application of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system for forest fire surveillance and prevention. The study begins by examining the underlying issues associated with forest fires, such as their causes, effects, types, and the factors that contribute to their ignition and spread. It also reviews the existing detection, prevention, and management systems of forest fires in Greece and globally. The focus then shifts to the utilization of UAVs in managing these fires, outlining their classification, system composition, and their role in producing photogrammetry models. Specific applications of UAVs in fire management are further discussed through multiple case studies, highlighting the challenges and regulatory frameworks associated with their use. The thesis proceeds to detail the implementation of a practical UAV model - the Flame Wheel F450, outlining its frame, propulsion system, Li-Po battery, remote control system, and flight controller. It elaborates on the components of an aerial video surveillance system and telemetry system integrated into the UAV, including the camera, video recording system, Arduino UNO board, Dragino LoRa shield, various sensors, and GPS module. Finally, the creation of a supporting website and its environment, employing HTML, CSS, JavaScript, Bootstrap, and ThingSpeak are discussed. The study concludes with a complete cost breakdown of the UAV construction.