Precision Ag UAV OperationsGeorgia Tech Research Institute

Dave Price 

Types of Precision Ag UAVs Rotary Wing• Single‐rotor (Conventional helicopter)• Multi Rotor (Quad‐, Hex‐, Octocopter)

Fixed Wing (Conventional airplane)

Propulsion• Internal combustion (gas or alcohol)• Electric‐powered

filename ‐ 2

Types of Precision Ag UAVs • Multi‐rotor (Rotary Wing)

• Ag Uses:  lower, slower flight over farms• Pros and Cons

• Payloads:  bigger payload has more features at the cost of increased weight• Performance:  needs power to lift the payload and maneuver• Weight :  “less is more”• Duration:  “more is better”• Launch /recovery:  anywhere• Training & skill level needed – easier to fly than fixed wing

• Flight Control Systems:  keep UAV stable during flight• Payloads

• Stabilized camera is better but more complex• Integration of other cameras:  daylight/IR/multispectral• Adaptability for future growth

• Safety: most multi‐rotors can’t survive a motor failure

filename ‐ 3

Types of Precision Ag UAVs • Fixed Wing

• Ag Uses:  cover more area faster • Pros and Cons

• Payloads:  camera view limited by motor, landing gear• Performance:  higher speed not needed• Weight :  less is more here, too• Duration:  fixed wing typically has longer 

endurance, esp. IC ‐powered• Launch /recovery:  larger UAV needs runway; 

smaller are hand‐launched/belly land• Training & skill level needed – require R/C skills

• Flight Control Systems• Payloads

• Stabilization:  not typically used in low‐cost UAV• Integration of other cameras:  still camera (non‐video) 

allow image mosaic for large view• Adaptability for future growth

• Safety:  UAV flies faster but can land with motor out

filename ‐ 4

Operational Considerations

What are “Operational Considerations” for UAV’s?• Preparing for flight based on mission/goals• Preparing the sensor/camera• Preparing the UAV• Preparing the Ground Station/Image Recording System• Preparing the Airspace• UAV launch/flight/recovery• Verifying the Imagery/Data that was collected

AG System UAV Vendors (a few….)

ChecklistWhy a checklist?• Pre‐flight‐ verifies airworthiness after maintenance, repair, transporting, previous flights

• Establish flight plan –• Fixed wing vs multi‐rotor – evaluate field conditions – fly downwind/upwind patterns – avoid crosswinds

• Weather – winds –within UAV operation limits?• NOTAMs• RAIM Data – predicts GPS coverage and shows areas of poor GPS• Crew communication – FPV, observers• Battery voltage – fully charged?• Support equipment – launcher, ground station• Other check list items – range check

• Pre‐launch• Checklist items• Airspace clear• Payload – activated and functioning correctly• Activate retrieval beacon (if used)• Ground station if used – confirm link with UAV, 

imagery and telemetry

AirRobot 100B PREFLIGHT PROCEDURES AirRobot 100B RECOVERY PROCEDURES

GROUND STATION AND OCU GROUND STATION AND OCU AIR VEHICLE1Radio connected per SOP 1Fly Air Vehicle to point above launch area2Antennas installed and tight 2Hover and orient with tail facing pilot3EXT Video cable connected (if used) 3Rotate camera to horizontal position4Sun shade nearby if needed 4Announce "Landing"5Battery connected and fully charged 5When area clear, descend & land6Radio secured from drop or fall 6Throttle down, press STOP MOTORS7Install USB stick for video recording 1Stop video recording

2Note landing time for logAIR VEHICLE 7Turn OFF air vehicle

1Air Vehicle assembled per SOP

2Check COMM Antenna correct and secure AirRobot 100B EMERGENCY PROCEDURES3Check VIDEO Antenna correct and secure4Check Propellers correct and secure OBSERVATION ACTION5Verify 6 o'clock telltale installed 1Air Vehicle not responding or erratic 1Observe R indicator on OCU for RF link6Verify DIP switch set for Camera used 2If RF link weak, fly UAS towards home

3Land Air Vehicle and find problemPOWER UP GROUND STATION AND OCU POWER UP AIR VEHICLE

1Press ON button on OCU to power up 2Aircraft entering Area of Operation 1Descend and hover or land as req'd2Observe display correct per SOP3Press G button on OCU to activate GPS 3Air Vehicle in FLY AWAY conditon 1Attempt to activate RETURN HOME4verify that GPS active w/5 or more sats 2If unsuccessful, contact ARTCC:

1Install battery in Air Vehicle Valdosta Approach at 229‐257‐2207/22082Place Air Vehicle in the Launch Area 3State situation, incl. direction, altitude,3Press and hold ON button for 3 sec speed and intentions4After BEEP, wait 5 sec then set camera 4Recover Air Vehicle and FAA SOP5Visual Observer watches airspace

5Verify Air Vehicle has good GPS + RF link 4Injury to Person 1Treat as req'd or move to hospital:6Verify battery bar indicators good 2Tift Regional Medical Center in Tifton7Verify video stream visible Phone: 229‐382‐71208Press REC button on OCU when ready9Verify camera tilts up and down

10Final check of OCU symbols, cues, GPS11Ready to launch Air Vehicle per SOP

LAUNCH AIR VEHICLE1Stick down for 7 sec and BEEP2Stick full up to launch‐‐go to 10 ft3Hover at 10 ft and confirm GPS, control4Climb to height above highest obstacle

AirRobot Check List

Flight Planning• Takeoff and Land into the wind

• Orient your image‐collecting grid upwind, downwind for less yaw

• Mosaic stitching easier—not critical if you have 3‐axis stabilized gimbal)

• Choose altitude to match camera FOV to grid space

• Match FOV to grid for best mosaic stitching

200 ft AGL

400 ft AGL

200 ft AGL

Image Mosaic

NOTAMs (NOtice To AirMen)• Why do you need to file one before flight?

• To advise pilots of a UAV in the area where they may be flying (to avoid…)• Required by FAA as a UAV operator and COA 

NOTAM Line:  877‐487‐6867

Defining your Airspace for a NOTAMIf <25 nm from a VOR/VORTAC give the bearing  to UAV AO, range in nm

• Example:   25nm from RMV at 327°

If >25 nm, give bearing, range from nearest airport

• Example:  13nm from 9A5

Agriculture UAV flights will be LOS and use “1NMR” description

NOTAM Line:  877‐487‐6867

Using GPS Safely• Limitations

• Very weak signal—sensitive to EMI, RFI from motors, onboard transmitters

• May be degraded by government at times of emergency

• Performance varies w/satellite coverage—consult RAIM (receiver autonomous integrity monitoring)

Crew Communication• Crew Resource Management

• Pilot, Visual Observers, other crew all encouraged to comment/raise concerns

• Assign roles/responsibility but share workload as needed

• PIC and Visual Observer Communication• Use VHF radios if separated across a field, etc. (FRS)• Monitor Aircraft Band VHF for early warning of aircraft approaching AO

• Don’t rely on cell phones for critical communication

• Emergency Communication• Have phone numbers available for Fire, EMS (9‐1‐1), nearby airports, FAA

Emergencies• Common/Minor

• Sunburn, heat exhaustion• Dehydration

Uncommon/Serious• Burns from hot exhaust• Cuts from propellers• Heat stroke, heart attack, broken limbs• Injury from UAV—crash into person• Bites from venomous reptiles, spiders• Electric shock• Falls• Sprains from stepping into holes, uneven terrain

Know how to contact Fire/Emergency/Hospital BEFORE an incident!!

What to do if your UAV flies away• Where did it go?

• Take a bearing before it’s completely out of sight• Review video/telemetry for last known position• Review UAV track to determine last point

• How do you locate the lost UAV?• View last point lat/long on Google Earth• Enter lat/long into a handheld GPS and start walking• Use the bearing taken before out of sight; view on map (Google Earth) and estimate how much further UAV travelled; identify that point, then….

• Enter lat/long into a handheld GPS and start walking

• Contact FAA ARTCC as appropriate (you DO have their number, right?)• “An ounce of prevention…”

Doh!

Retrieval/Locator Beacons• Beacon carried on UAV for each flight

• Position the beacon where it won’t interfere w/GPS, other Comms, get into propeller, jam moving control surfaces

• Check the batteries in the Beacon Transmitter, Receiver before flight• Check the beacon operation before flight• Add these steps to your checklist!

Questions?

Be careful out there!