Перейти к содержимому
1

3.5. Полёт по маршруту над рельефом и препятствиями: профиль трассы, геозона #

Маршрут редко проходит над ровной площадкой: на трассе встречаются подъёмы и понижения рельефа, линии электропередачи, мачты, высотные здания, лесные массивы. Полёт по маршруту над пересечённой местностью требует иного учёта высоты, чем полёт в районе площадки: высоты задаются относительно рельефа, а безопасный запас контролируется непрерывно. В статье разбираются следование рельефу и его параметры в ArduPilot 4.7, географическое ограничение полёта (геозона), расчёты набора высоты на склоне и тормозного пути, профиль трассы в наземной станции и действия при обнаружении непредусмотренного препятствия. Упражнения выполняются в ArduPilot SITL с Mission Planner. Нормативная основа: Задача 3 этапа тренажёрной подготовки типовой программы.

Содержание

1. Цели упражнения и место в программе

Упражнение формирует навык безопасного маршрутного полёта над пересечённой местностью и вблизи препятствий: пилот строит профиль трассы, назначает высоты участков относительно рельефа, рассчитывает возможность набора высоты на склоне и тормозной путь, настраивает географическое ограничение полёта и отрабатывает обход непредусмотренного препятствия. Навык напрямую связан с планированием (статья 3.0) и высотой возврата автоматических режимов (статьи 1.1.06, 3.4).

Место в программе: элемент Задачи 3 этапа тренажёрной подготовки; рекомендуемое время — около 45 минут. Упражнение опирается на статью 1.2.03 (высота пролёта препятствий), статью 3.2 (миссия) и статью 2.6 (ветер над рельефом: подветренные склоны, турбулентность, ротор).

Почему рельеф опаснее препятствий. Отдельно стоящее препятствие — мачта или здание — видно на карте и в полёте. Рельеф опаснее тем, что высота «по умолчанию» перестаёт быть безопасной: участок, пройденный на высоте 100 метров от точки взлёта, над холмом в 80 метров даёт запас всего 20 метров, а над следующим холмом — отрицательный. Пилот обязан мыслить не абсолютной высотой, а превышением над рельефом на каждом участке трассы.
↑ К оглавлению

2. Обозначения и глоссарий

ТерминОпределение
абсолютная высотавысота над уровнем моря; хранится в данных спутниковой навигации и барометре (с поправкой)
относительная высотавысота над точкой взлёта (домашней точкой)
превышение над рельефомразность высоты полёта и отметки земли под аппаратом; параметр безопасности маршрута
профиль трассыразрез местности вдоль линии пути с нанесёнными высотами полёта
следование рельефуудержание постоянного превышения над землёй по данным базы рельефа; TERRAIN_ENABLE
база рельефацифровые данные высот местности, запрашиваемые наземной станцией и передаваемые на борт
географическое ограничение (геозона)виртуальная граница объёма полётов; при нарушении выполняется заданное действие; группа параметров GF_*
тормозной путьрасстояние полной остановки поступательного движения при заданном замедлении
уклон склонаугол подъёма местности относительно горизонта; определяет требуемую вертикальную скорость
безопасный запас высотыминимальное превышение над препятствием и рельефом, установленное для полёта (учебно — 30 метров)
↑ К оглавлению

3. Полёт над рельефом и препятствиями

3.1. Три отсчёта высоты на маршруте

В маршрутном полёте одновременно используются три отсчёта высоты. Абсолютная — от уровня моря: её дают спутниковая навигация и барометр. Относительная — от домашней точки: именно в этом отсчёте задаются высоты точек миссии по умолчанию. Превышение над рельефом — от земли под аппаратом: именно оно определяет безопасность. Ошибка происходит, когда пилот смешивает отсчёты: высота точки 100 метров относительно домашней точки при перепаде рельефа плюс 80 метров даёт превышение над гребнем всего 20 метров. При планировании трассы над пересечённой местностью высоты участков назначаются так, чтобы превышение над самой высокой точкой рельефа участка составляло не менее безопасного запаса (учебно — 30 метров), а высота возврата RTL_ALT_M (мультиротор) либо ALT_HOLD_RTL (самолёт) превышала максимальную отметку рельефа трассы плюс запас.

3.2. Следование рельефу в ArduPilot 4.7

ArduPilot поддерживает следование рельефу: при включённом TERRAIN_ENABLE высоты точек миссии могут задаваться относительно земли, а борт удерживает заданное превышение, запрашивая данные высот местности у наземной станции. Параметры: TERRAIN_ENABLE (включение), TERRAIN_MARGIN (допустимое превышение, при котором данные считаются пригодными), TERRAIN_SPACING (шаг сетки высот). Следование рельефу применяется при перелётах через холмистую местность на постоянной малой высоте и при заходе на посадку на площадку с уклоном.

Следование рельефу зависит от данных. База рельефа может отсутствовать для района, быть неточной либо устаревшей; связь с наземной станцией, передающей данные, может прерваться. Поведение борта при отсутствии данных рельефа определяется параметрами отказной логики и должно быть проверено до вылета. Правило тренажёрного занятия: следование рельефу применяется только там, где профиль трассы заранее построен и проверен по карте, а высота возврата назначена выше максимального рельефа трассы даже на случай отказа данных рельефа.

3.3. Набор высоты на склоне

При полёте вдоль поднимающегося склона аппарат обязан набирать высоту темпом не меньшим, чем растёт рельеф. Требуемая вертикальная скорость определяется уклоном склона и путевой скоростью:

\( V_y = W \cdot \tan(\alpha) \)

где \( \alpha \) — уклон склона, \( W \) — путевая скорость. Для уклона 10° и скорости 15 м/с: \( V_y = 15 \cdot 0{,}176 = 2{,}6\ \text{м/с} \). Это требование должно сравниваться с возможностями аппарата: WP_SPD_UP (скорость набора на миссии) и фактическая скороподъёмность при текущем весе и заряде батареи. Если требуемый набор превышает возможности — маршрут изменяется: обход склона по долине либо набор высоты заранее, до входа на участок. Попытка «проскочить» поднимающийся склон на недостаточной скороподъёмности заканчивается сближением со склоном, а на подветренной стороне — ещё и нисходящими потоками (статья 2.6).

3.4. Тормозной путь и запас до препятствия

При обнаружении препятствия по курсу аппарат должен остановиться либо выполнить уклонение. Тормозной путь при замедлении \( a \):

\( S = \frac{V^2}{2a} \)

Для скорости 15 м/с и замедлении 2,5 м/с² (типовое значение WP_ACC) тормозной путь составляет 45 метров; при скорости 20 м/с — 80 метров. К тормозному пути добавляются расстояние реакции (задержка обнаружения и команды, 1–2 секунды — ещё 15–30 метров) и запас. Практическое правило: минимальная дальность обнаружения препятствия — два тормозных пути. Полёт со скоростью, при которой тормозной путь превышает дальность видимости препятствий в данных условиях, небезопасен — скорость маршрута снижается.

3.5. Географическое ограничение полёта

Геозона ограничивает объём полёта: боковую границу (GF_FENCE_RADIUS — радиус от домашней точки либо полигональная граница), потолок (GF_MAX_ALT) и пол (GF_MIN_ALT — минимальная абсолютная высота). Параметры: GF_ENABLE (включение), GF_TYPE (тип границы: высота, радиус, полигон — в комбинации битов), GF_ACTION (действие при нарушении: только сообщение, возврат, посадка либо удержание), GF_MAX_HOR_SPEED (ограничение скорости вблизи границы). Действие при нарушении назначается до вылета и согласуется с отказной логикой (статьи 2.0, 2.2): возврат из-за границы должен выполняться на высоте выше рельефа и препятствий трассы. Срабатывание геозоны отрабатывается в элементе 3 упражнения намеренно — пилот обязан знать фактическое поведение своего аппарата при нарушении границы.

3.6. Непредусмотренное препятствие на трассе

Карта может не содержать новых препятствий: строительные краны, временные мачты, провода на участке, которого нет в базе. Порядок действий при обнаружении: прекратить движение к препятствию (торможение либо удержание позиции); оценить превышение — возможно ли перелёт с запасом 30 метров; если да — набор высоты и продолжение с отметкой координат препятствия; если нет — обход с боковым интервалом не менее двойного габарита препятствия с возвратом на линию пути (исправление уклонения — статья 3.1, элемент 3); если обход невозможен — разворот и возврат, трасса изменяется с пересчётом энергетического бюджета (статья 3.0). Координаты обнаруженного препятствия фиксируются в журнале налёта и передаются инструктору — карта района уточняется.

↑ К оглавлению

4. Ограничения и предельные значения

Значения ниже — учебные ориентиры для тренажёрного занятия. Перед лётным этапом они заменяются значениями из руководства по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна (статья 0.4).

ПараметрУчебное ограничениеПояснение
превышение над рельефом и препятствиямине менее 30 мстатья 1.2.03
высота возврата RTLмаксимальный рельеф трассы плюс 30 мраздел 3.1
уклон склона маршрутане более 10° без расчёта наборазадача 1: 2,6 м/с при 15 м/с
минимальная дальность обнаружения препятствиядва тормозных путираздел 3.4: 90 м при 15 м/с
боковой интервал обходане менее двух габаритов препятствияраздел 3.6
геозонавключена; действие при нарушении назначенораздел 3.5
следование рельефутолько при проверенном профиле трассыраздел 3.2
полёт над подветренным склономзапас высоты плюс 50 % от превышения склонастатья 2.6: нисходящие потоки
↑ К оглавлению

5. Настройка тренажёров

5.1. ArduPilot SITL: рельеф и геозона

ПараметрЗначениеПримечание
TERRAIN_ENABLE1следование рельефу; данные запрашиваются наземной станцией
TERRAIN_MARGINпо заданиюдопуск пригодности данных рельефа
GF_ENABLE, GF_TYPE, GF_ACTIONпо заданиюэлемент 3: высота плюс радиус; действие — возврат
GF_MAX_ALT, GF_MIN_ALT, GF_FENCE_RADIUSпо заданиюпотолок 120 м, радиус 1000 м (учебные)
RTL_ALT_Mвыше максимального рельефа трассы плюс 30 мпроверяется элементом 2 и задачей 3
WP_SPD_UP2,5…3сравнение с требуемым набором на склоне (задача 1)

Рельеф полигона: холм высотой 60–80 метров на середине второго участка трассы статьи 3.1, подъём местности с уклоном 8–10° на третьем участке, отдельное препятствие (мачта 40 метров) вне карты — вводится инструктором в элементе 4.

5.2. Mission Planner: профиль трассы

В окне планирования задания используется отображение профиля высот: вдоль линии трассы показываются отметки рельефа и высоты точек миссии. Проверка профиля — обязательный шаг элемента 1: пилот убеждается, что превышение над рельефом на каждом участке не менее 30 метров, а высота возврата покрывает максимальную отметку трассы. Данные рельефа загружаются наземной станцией; при их отсутствии профиль строится по отметкам высот карты, а пункт помечается как требующий визуальной проверки с воздуха. Полигональная геозона рисуется в том же окне планирования и загружается на борт вместе с заданием.

↑ К оглавлению

6. Порядок выполнения упражнения

Элементы выполняются последовательно; переход к следующему — после достижения критерия предыдущего. Каждый полёт фиксируется в журнале налёта (статья 0.6).

Элемент 1. Профиль трассы на земле

Цель: построение и проверка профиля трассы до вылета.

  1. Загрузите в наземную станцию миссию трассы статьи 3.1 с рельефом полигона (раздел 5.1).
  2. Постройте профиль: отметки рельефа и высоты точек по каждому участку.
  3. Определите минимальное превышение над рельефом на каждом участке; найдите участок с наименьшим запасом.
  4. Поднимите высоты точек так, чтобы превышение везде было не менее 30 метров.
  5. Проверьте RTL_ALT_M против максимальной отметки трассы (задача 3).

Критерий: профиль построен, минимальное превышение не менее 30 метров на всём протяжении, высота возврата обоснована числом.

Элемент 2. Маршрут над пересечённым рельефом

Цель: исполнение миссии с учётом рельефа.

  1. Исполните миссию элемента 1 в автоматическом режиме.
  2. Контролируйте превышение над рельефом по данным станции на каждом участке.
  3. На участке с уклоном 8–10° сверьте фактическую вертикальную скорость с расчётом раздела 3.3.
  4. Пройдите участок над подветренным склоном холма; зафиксируйте возмущения по высоте (статья 2.6).
  5. Повторите с включённым TERRAIN_ENABLE и высотами относительно земли — сравните траектории.

Критерий: превышение над рельефом нигде не менее 30 метров; вертикальная скорость на склоне соответствует расчётной в пределах 20 %.

Элемент 3. Геозона и её срабатывание

Цель: знание фактического поведения аппарата при нарушении границы.

  1. Настройте геозону: GF_TYPE высота плюс радиус, потолок 120 метров, радиус 1000 метров, GF_ACTION возврат.
  2. Убедитесь, что RTL_ALT_M ниже потолка геозоны, но выше рельефа.
  3. В полёте намеренно нарушьте радиусную границу; зафиксируйте поведение: сообщение, разворот, возврат, высота.
  4. Повторите с нарушением потолка набором высоты.
  5. Разберите по журналу: точка срабатывания, траектория возврата, время до домашней точки.

Критерий: срабатывание геозоны произошло на заданной границе; возврат выполнен на высоте выше рельефа; поведение аппарата до срабатывания было предсказано пилотом верно.

Элемент 4. Обход непредусмотренного препятствия

Цель: действия по разделу 3.6 в реальном темпе.

  1. Выполняйте ручной маршрутный полёт (статья 3.1).
  2. Инструктор вводит в сцену препятствие — мачту 40 метров вне линии трассы на расстоянии видимости.
  3. Обнаружьте препятствие; оцените превышение и возможность перелёта.
  4. Выполните обход с боковым интервалом не менее двух габаритов и возврат на линию пути.
  5. Зафиксируйте координаты препятствия; доложите инструктору; внесите запись в журнал.

Критерий: тормозной путь учтён (раздел 3.4); интервал обхода выдержан; возврат на линию пути — по двухприёмной схеме статьи 3.1; координаты записаны.

Признак освоенного навыка. Пилот строит профиль трассы до вылета и назначает высоты по рельефу, а не «по домашней точке»; знает тормозной путь своей скорости наизусть; геозона настроена и её срабатывание проверено намеренно, а не обнаружено случайно.
↑ К оглавлению

7. Типовые ошибки и их разбор

Ошибки сгруппированы по механизму возникновения. Инструктор фиксирует в протоколе тип ошибки: планирование, расчёт, процедура или контроль.

ОшибкаКак выглядитМеханизмУстранение
высоты миссии «от домашней точки» над холмом превышение над гребнем 20 метров вместо расчётных 100 смешение отсчётов высоты (раздел 3.1) элемент 1: профиль трассы до вылета
высота возврата ниже рельефа трассы возврат идёт сквозь холм RTL_ALT_M не сверена с максимальной отметкой задача 3; чек-лист; элемент 1, пункт 5
«проскок» поднимающегося склона склон растёт быстрее, чем аппарат набирает высоту требуемая вертикальная скорость не рассчитана раздел 3.3; задача 1; обход либо предварительный набор
скорость выше дальности видимости препятствий препятствие обнаруживается позже тормозного пути тормозной путь не рассчитан раздел 3.4; задача 2; правило двух тормозных путей
геозона выключена либо не проверена уход за границу зоны обнаруживается по факту процедура настройки не выполнена элемент 3: намеренное срабатывание до вылета в зону
следование рельефу без проверенного профиля база рельефа неточна — аппарат следует неверной высоте доверие к данным без сверки раздел 3.2: профиль по карте, высота возврата с запасом
препятствие обойдено без записи следующий экипаж встречает его снова координаты не зафиксированы раздел 3.6: журнал налёта, уточнение карты
↑ К оглавлению

8. Практика: расчётные задачи (с решениями)

Задачи решаются письменно до лётной части упражнения. Значения округляются до десятых; ответ сопровождается единицами измерения.

Задача 1. Набор высоты на склоне

Условие. Участок маршрута проходит вдоль поднимающегося склона с уклоном 10°. Путевая скорость 15 м/с. Определить требуемую вертикальную скорость и сравнить с WP_SPD_UP 2,5 м/с; найти максимально допустимую путевую скорость при таком WP_SPD_UP.

Решение.

  1. Требуемая вертикальная скорость: \( V_y = 15 \cdot \tan(10°) = 15 \cdot 0{,}176 = 2{,}6\ \text{м/с} \).
  2. Сравнение: 2,6 м/с больше WP_SPD_UP 2,5 м/с — аппарат не обеспечивает следование склону с сохранением превышения.
  3. Максимальная путевая скорость при \( V_y = 2{,}5\ \text{м/с} \): \( W = 2{,}5 / 0{,}176 = 14{,}2\ \text{м/с} \).
  4. Вывод: либо снизить скорость участка до 14 м/с, либо увеличить WP_SPD_UP до 3 м/с, либо набрать высоту заранее — до входа на участок.

Ответ: требуемый набор 2,6 м/с; при WP_SPD_UP 2,5 м/с допустимая скорость участка — не более 14,2 м/с.

Задача 2. Тормозной путь и запас до препятствия

Условие. Аппарат летит со скоростью 15 м/с; максимальное замедление 2,5 м/с². Время реакции пилота и аппаратуры принять 2 секунды. Определить тормозной путь, полное расстояние остановки и минимальную дальность обнаружения препятствия по правилу двух тормозных путей.

Решение.

  1. Тормозной путь: \( S = V^2 / (2a) = 225 / 5 = 45\ \text{м} \).
  2. Путь за время реакции: \( 15 \cdot 2 = 30\ \text{м} \).
  3. Полное расстояние остановки: \( 45 + 30 = 75\ \text{м} \).
  4. Правило двух тормозных путей: \( 2 \cdot 45 = 90\ \text{м} \) — при фактических 75 метрах правило даёт запас 15 метров; минимальная дальность обнаружения принимается 90 метров.
  5. Для скорости 20 м/с: тормозной путь 80 метров, правило — 160 метров; при той же видимости скорость маршрута необходимо снизить.

Ответ: тормозной путь 45 метров, полная остановка через 75 метров, минимальная дальность обнаружения — 90 метров; при скорости 20 м/с — 160 метров.

Задача 3. Высота возврата над рельефом

Условие. Точка взлёта имеет абсолютную отметку 60 метров. Максимальная отметка рельефа на трассе — 140 метров (холм на втором участке); на обратном пути возврат проходит над этим же холмом. Безопасный запас — 30 метров. Определить минимальное значение RTL_ALT_M (высота возврата относительно домашней точки).

Решение.

  1. Требуемая абсолютная высота возврата: \( 140 + 30 = 170\ \text{м} \).
  2. Относительно домашней точки: \( 170 - 60 = 110\ \text{м} \).
  3. Минимальное RTL_ALT_M — 110; принимают 120 метров с запасом на погрешность рельефа и нисходящие потоки подветренного склона (статья 2.6).
  4. Проверка по энергобюджету: дополнительный набор 120 метров против 60 увеличивает расход возврата — пересчёт точки возврата по статье 3.0, задача 3.

Ответ: RTL_ALT_M не менее 110 метров, принято 120 метров; энергетический бюджет возврата пересчитан.

↑ К оглавлению

9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки

Проверяемый навыкКритерий
Отсчёты высотыразличаю абсолютную, относительную и превышение над рельефом; высоты миссии назначены по рельефу
Профиль трассыпостроен до вылета; минимальное превышение не менее 30 метров
Высота возвратаRTL_ALT_M (ALT_HOLD_RTL) выше максимального рельефа трассы плюс 30 метров
Склонтребуемая вертикальная скорость рассчитана; WP_SPD_UP ей соответствует
Тормозной путьзнаю для своей скорости; дальность обнаружения — не менее двух тормозных путей
Геозонавключена, границы и действие назначены; срабатывание проверено намеренно
Следование рельефуTERRAIN_ENABLE применён только при проверенном профиле
Подветренный склонзапас высоты увеличен; возмущения ожидаются и парируются
Непредусмотренное препятствиепорядок раздела 3.6 выполнен; координаты записаны в журнал
Журнал налётазапись по форме статьи 0.6; профиль и расчёты приложены
↑ К оглавлению

10. Источники

  1. Типовая программа «Подготовка специалистов авиационного персонала гражданской авиации для подтверждения уровня, соответствующего требованиям, предъявляемым к обладателю свидетельства внешнего пилота». Этап тренажёрной подготовки: Задача 3, полёты по маршруту. garant.ru/products/ipo/prime/doc/56899532
  2. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации (постановление Правительства РФ от 11.03.2010 № 138) — минимальные безопасные высоты.
  3. Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации» (приказ от 31.07.2009 № 128) — минимумы, полёт над препятствиями.
  4. ArduPilot Copter Documentation, «Terrain Following» — TERRAIN_ENABLE, TERRAIN_MARGIN, TERRAIN_SPACING. ardupilot.org/copter/docs
  5. ArduPilot Copter Documentation, «GeoFence» — GF_ENABLE, GF_TYPE, GF_ACTION, GF_MAX_ALT, GF_MIN_ALT, GF_FENCE_RADIUS, GF_MAX_HOR_SPEED.
  6. ArduPilot Copter Documentation (версия 4.7) — параметры маршрутной навигации WP_SPD_UP, WP_ACC и высота возврата RTL_ALT_M. ardupilot.org/copter/docs
  7. ArduPilot Plane Documentation — ALT_HOLD_RTL, следование рельефу и геозона в Plane 4.7.
  8. Курс «Mission Planner» на настоящем сайте — окно планирования задания, профиль высот, полигональные геозоны.
  9. Статьи настоящего курса: 1.2.03 (высота пролёта препятствий), 2.6 (опасные метеоусловия: подветренные склоны, ротор), 3.0 (планирование маршрута).
  10. Статьи настоящего курса: 3.1 (исправление уклонения), 3.2 (миссия), 3.4 (высота возврата крыла), 0.4 (модель под реальный БВС, версия ArduPilot 4.7), 0.6 (учёт налёта).

Проверено: 15.09.2026. Значения допусков являются учебными ориентирами тренажёрного этапа и уточняются по руководству по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна. Наименования параметров соответствуют ArduPilot 4.7 (статья 0.4).

  • мод. : Среда, 16 сентября 2026