Multikoptereiden käytön rajoitteet ja ongelmat

Transkriptio

1 Aalto-yliopisto Perustieteiden korkeakoulu Tietotekniikan koulutusohjelma Multikoptereiden käytön rajoitteet ja ongelmat Kandidaatintyö 7. joulukuuta 2014 Mikael Linko

2 Aalto-yliopisto Perustieteiden korkeakoulu Tietotekniikan koulutusohjelma KANDIDAATINTYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Mikael Linko Työn nimi: Multikoptereiden käytön rajoitteet ja ongelmat Päiväys: 7. joulukuuta 2014 Sivumäärä: 27 Pääaine: Mediatekniikka Koodi: IL3011 Vastuuopettaja: Prof. Juho Rousu Työn ohjaaja(t): Prof. Jukka K. Nurminen (Tietotekniikan laitos) Kandidaatintyössä käsitellään miehittämättömiin ilma-aluksiin luettavien multikoptereiden käytön rajoitteita kuten lainsäädäntöä ja erilaisia määräyksiä. Rajoitteiden lisäksi työssä kerrotaan multikoptereihin liittyvistä ongelmista joihin luetaan monia eri riskitekijöitä. Rajoitteiden ja ongelmien kuvaamisen ohella tavoitteena on löytää ratkaisuja sääntöjen kehittämiseen ja suunnitteluun. Työ rajataan sisältämään harrasteja ammattikäytössä käytettävät multikopterit, mutta pois rajataan sotilaskäyttöiset ilma-alukset. Aineistona kandidaatintyössä käytetään erityisesti tieteellisiä julkaisuja, viranomaisten luomia säädöksiä ja lakiasiakirjoja. Hyödyllistä tietoa multikoptereiden käytön ongelmista ja siitä, miten sääntöjä tulisi kehittää saadaan myös itse suoritetusta nelikopterin käytännön kokeilusta. Tutkitun aineiston perusteella ilmeni, että multikoptereiden jatkuva kehitys, käytön aiheuttamat vaaratilanteet ja markkinoiden kasvu aiheuttavat paineita sääntöjen kehittämiseen. Maailmalla säännöt ovat yleisesti vasta kehitteillä ja osalla maista säännöt ovat kehittyneemmät kuin toisilla. Suomessa sääntöjen havaittiin olevan lähes olemattomat. Hyvien uusien sääntöjen kehittämiseen esitetään muun muassa muiden maiden säännöistä mallia ottamista, multikoptereiden rekisteröintiä tietyissä tapauksissa ja erilaisten sidosryhmien asiantuntemuksen kuuntelemista. Suoritetussa käytännön kokeilussa havaittiin puutteita nelikopterin varajärjestelmässä ja lentotiedoissa. Riskitekijät on syytä huomioida vaaratilanteiden ehkäisemisessä. Ratkaisuna ongelmiin ehdotetaan esimerkiksi kunnollisen varajärjestelmän vaatimista, erilaisia turvallisuus-standardeja sekä varasuunnitelman määrittämistä ennen lennättämistä. Avainsanat: Kieli: UAV, multikopteri, nelikopteri, quadcopter, lennokki, rajoitteet, ongelmat, lait, säännöt, haasteet Suomi 2

3 Sisältö 1 Johdanto 4 2 Multikopterit Yleistietoa Yleistyminen Ohjaus ja lentoa rajoittavat tekijät Riskit Rajoitteet UAV-aluksien rajoittaminen maailmalla Suomen lainsäädäntö koskien UAV-aluksia Haasteita ja sääntöjen kehittäminen Sääntöjen suunnittelu Käytännön kokeilu ja ongelmat Parrot AR.Drone Lentäminen ja aiheutuneet ongelmatilanteet Johtopäätöksiä kokeiluun liittyen Kokeiluun vaikuttavat rajoitteet ja sääntöjen kehittäminen Yhteenveto 23 Lähteet 25 3

4 1 Johdanto Tämä kandidaatintyö käsittelee multikoptereiden käytön rajoitteita ja ongelmia. Työssä otetaan selvää multikoptereita koskevasta lainsäädännöstä ja määräyksistä sekä kerrotaan, miten sääntöjä tulisi kehittää tulevaisuudessa. Multikoptereiden käytön ongelmien ja tarvittavien sääntöjen selvittämiseksi työssä suoritetaan AR.Drone 2.0 nelikopterin käytännön kokeilu. Työssä selvitetään lisäksi multikopterien toimintaperiaatteet yleisesti, sillä niiden ymmärtäminen auttaa ongelmien määrittämisessä ja ymmärtämisessä. Tutkittava aihe on ajankohtainen, sillä pienet kauko-ohjattavat miehittämättömät ilmaalukset yleistyvät nopeasti paranevan saatavuuden, kasvavan kiinnostuksen ja alenevan hinnan vuoksi. Suomessa kauko-ohjattavia multikoptereita on jo tuhansia [1]. Aihetta on syytä tutkia, koska multikopterien ongelmista ja rajoitteista ei ole tehty aiemmin monta eri tutkimusta ja kopterien määrän kasvaessa voi syntyä ongelmia viranomaisten kanssa. Multikoptereille voimassa olevat rajoitukset ja lainsäädäntö sekä turvallisuusmääräykset ovat osittain puutteellisia tai niitä ei ole vielä ehditty määritellä [2]. Kuluttajille voi olla siten epäselvää, mitä kauko-ohjattavalla ilma-aluksella oikeasti saa tehdä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ilmailuviranomaiset ovat luoneet vapaa-ajan lentelylle selkeät turvallisuusohjeet, jollaisia ei löydy Suomesta [3]. Tutkielma antaa hyödyllistä tietoa siitä, mitkä ovat nykyiset multikoptereita koskevat säännöt ja miten rajoitteita tulisi suunnitella. Johtopäätöksiä ongelmista tehdään saatavilla olevien lähteiden sekä oman tutkimuksen ja käytännön kokeen perusteella. Kanditutkielman tavoitteena on auttaa kuluttajia, ammatinharjoittajia ja viranomaisia ymmärtämään paremmin multikopterien haasteet sekä selvittää tämän hetken sääntöjen tilanne, miten ja mitä ongelmia pitäisi ottaa huomioon uusia rajoitteita luodessa. Työ on rajattu sisältämään harraste- ja ammattikäytössä käytettävät multikopterit. Samat säädökset kuitenkin koskevat usein myös muita miehittämättömiä ilma-aluksia. Työstä rajataan pois sotilaskäyttöiset ilma-alukset, koska pyritään tarkastelemaan asioita tavallisten kuluttajien ja ammattikäyttäjien näkökulmista. Aineistona käytetään artikkeleita, tieteellisiä julkaisuja, multikoptereiden teknisiä tietoja, viranomaisten luomia säädöksiä sekä käytännön kokeilussa tehtyjä havaintoja. Aiheen ajankohtaisuuden takia työ saa lisäksi vaikutteita alan harrastajien ja viranomaisten sivustoilta. Näin pyritään saamaan tutkimukseen mahdollisimman uutta ja voimassaolevaa tietoa säännöistä ja muista asioista. 4

5 2 Multikopterit 2.1 Yleistietoa Multikopterilla tarkoitetaan miehittämätöntä kopteria, jossa on enemmän kuin yksi roottori. Esimerkiksi neljä-roottorista kopteria kutsutaan nelikopteriksi (engl. quadcopter tai quadrotor) ja kuusi-roottorista hexakopteriksi. UAV (Unmanned Aerial Vehicle), drone ja lennokki ovat nimityksiä, joita käytetään myös multikopterista. Drone-nimitys on lähtöisin sotilaskäytöstä, koska dronet alunperin kehitettiin aseiden kantamista varten [4]. UAV-termiä käytetään yleisesti kaikista miehittämättömistä ilma-aluksista. Nykyisen ilmailulain /864 mukaan lennokilla tarkoitetaan laitetta, jonka mukana ei ole ohjaajaa ja jota käytetään harraste- tai urheilutarkoitukseen [5]. Kuva 1: Parrot AR.Drone 2.0 nelikopteri. Nelikopteri on suosituin multikopteri. Se koostuu kahdesta parista vastakkain pyöriviä roottoreita. Roottorit sijaitsevat ilma-aluksen kulmissa. Neljän roottorin samanaikaista kontrollointia varten nelikoptereissa on kehittyneet mikroprosessorit, sensorit ja vakausjärjestelmät. [6] Vakausjärjestelmää tarvitaan pitämään nelikopteri vakaana ilmassa ja minimoimaan ulkoisia vaikutuksia kuten tuulta ja turbulenssia. Nelikoptereissa virtalähteenä toimii ladattava akku. Kauko-ohjaaminen ja kommunikointi nelikopteriin voidaan toteuttaa mm. WLAN-yhteyden avulla, kuten esimerkiksi kuvan 1 AR.Drone 2.0 nelikopterin ohjaus on toteutettu [7]. Lisäksi nelikoptereissa on usein kiinteä kamera tai mahdollisuus omalle ulkoiselle kameralle videokuvausta varten. Videokuvauksen ohella nelikoptereilla voi olla muitakin ominaisuuksia, kuten esimerkiksi tavaroiden kantokyky ja GPS. Luvussa 4 tutustutaan tarkemmin AR.Drone 2.0 nelikopteriin ja tehdään käytännön kokeilu. 2.2 Yleistyminen Viimeisen vuosikymmenen aikana multikopterit ja muut miehittämättömät lennokit ovat vähitellen yleistyneet ja kehittyneet huomattavasti. Tuotantokustannukset ovat samal- 5

6 la laskeneet, ja markkinoiden koko houkuttelee lisää investointeja multikoptereihin. [4] Lennokkien yleistyessä ja määrän kasvaessa myös riskit kasvavat. Kuva 2: Parrotin AR.Drone:n myyntimäärät. Suomessa ei muutama vuosi sitten ollut vielä saatavilla kovin monta erilaista kaukoohjattavaa kopteria. Nykyään vaihtoehtoja on kuitenkin lukuisia monessa eri hintaluokassa ja kauko-ohjattavia ilma-aluksia löytyy melkein kaikkien hyvin varustettujen kodinelektroniikkakauppojen hyllyiltä. Halvimmat kameralla varustetut kauko-ohjattavat multikopterit maksavat alle sata euroa ja kalleimmat tuhansia euroja. Kauko-ohjattavat ovat siten lähes kaikkien saatavilla. Isoimmat alan yritykset myyvät vuosittain yhteensä satoja tuhansia kauko-ohjattavia multikoptereita. Esimerkiksi Eurooppalainen yritys Parrot myi vuonna 2013 yli 180 tuhatta kappaletta AR.Drone 2.0 nelikoptereita (kuva 2.) [8]. Myyntimäärä oli sitä edeltävänä vuonna hieman suurempi, mutta vuoden 2014 aikana myyntimäärän ennustetaan taas kasvavan. Miehittämättömien ilma-aluksien kaupallisten markkinoiden ennustetaan kasvavan huomattavasti seuraavan kymmenen vuoden aikana ja vuonna 2025 UAV-aluksien kokonaismyynti määräksi ennustetaan yli miljoonaa kappaletta. Markkinoiden kasvua hidastaa UAV-aluksia koskeva sääntely ja uusien rajoitteiden luominen. Kuvan 3 kuvaajassa ennustetaankin, että kiihdyttämällä sääntelyä (high scenario) markkinat voivat kasvaa vuoteen 2025 mennessä jopa yli kahden miljardin dollarin. [9] Multikoptereiden ja lennokkien tekniikan kehittyessä keksitään myös kokoajan uusia käyttötarkoituksia. Viranomaisia voi mietityttää, mitä tapahtuu kun ilmassa lentää samanaikaisesti satoja erilaisia kauko-ohjattavia aluksia. Esimerkiksi nelikopterin pudotessa väkijoukkoon voi syntyä fyysistä vahinkoa, koska aluksella on massaa ja propellit saattavat pyöriä huomattavalla vauhdilla. Lisää riskitekijöitä luetellaan taulukossa 1. Koptereilla lentämistä kannattaa rajoittaa ja haasteisiin varautua ennen kuin lentäviä aluksia on kaikkialla. Suomessa miehittämättömien ilma-aluksien säännöt ovat vielä suhteellisen minimaalisia, mistä lisää kolmannessa luvussa. Yhdysvalloissa multikoptereita on ollut saatavilla kauemmin kuin Suomessa, ja niiden yleistyminen on johtanut rajoitteisiin ja lakien säätämiseen joissakin osavaltioissa [10]. Yhdysvaltojen ilmailuviranomainen Federal Aviation Administration (FAA) mm. esittää ohjeet harrastekäyttöiselle lentämiselle [3]. Suomessa miehittämättömien ilma-aluksien 6

7 Kuva 3: Kuvaajia UAV-markkinoiden kasvusta. [9] käyttöä ei ole tähän asti vielä kovin rajoitettu eikä aiemmassa ilmailulaissa huomioida UAV-aluksia riittävästi. Pitkään saatavilla on ollut vain Trafin laatima määräysluonnos lentotyöhön liittyen [11]. Tämän kandidaatintyön tekovaiheen aikana uusi määräysluonnos ja uusi ilmailulaki ovat juuri valmistumassa, mistä lisää kolmannessa luvussa. 2.3 Ohjaus ja lentoa rajoittavat tekijät Multikoptereiden propellien moottoreiden kierrosnopeuksien muuttamista käytetään hyväksi aluksen suunnanmuutoksiin ja ohjaukseen [6]. Aluksia on mahdollista ohjata erillisten kauko-ohjaimien avulla tai ohjaus voi tapahtua autonomisesti. Yhteys multikopterin ja kauko-ohjaimen välillä voidaan toteuttaa esimerkiksi 2.4 Ghz duplex yhteyden avulla perustuen analogiseen PPM (Pulse-position modulation) signaaliin [12]. Esimerkiksi suosittu kuvauskopteri Phantom 2 käyttää kyseistä yhteyttä [13]. Toinen yleinen ohjaamismenetelmä tapahtuu WLAN-yhteyden avulla. Muun muassa AR.Drone nelikopteria ohjataan erillisen puhelimeen asennettavan applikaation ja WLANin avulla [14]. Autonomisella ohjauksella tarkoitetaan sitä, että alus kykenee lentämään itsenäisesti. Multikopteri voi esimerkiksi lentää GPS-paikannusta käyttäen haluttuun sijaintiin ilman kauko-ohjainta. Autonominen miehittämätön ilma-alus voi käyttää apunaan erilaisia sensoreita ja hyödyntää kuvia prosessoivaa älykameraa [15]. Itsenäisessä ohjauksessa on paljon haasteita. Esteitä pitää pystyä väistämään ja akunkesto pitää huomioida reittiä suunniteltaessa. Maksimietäisyydet multikoptereiden kauko-ohjaamisessa vaihtelevat muutamista kymmenistä metreistä kilometreihin, koska signaalin voimakkuuteen vaikuttaa monia eri teki- 7

8 jöitä. Signaalin lähettimen tehokkuus ja vastaanottimen herkkyys sekä kopterin ja ohjaimen välissä olevat esteet kuten rakennukset ovat esimerkkejä näistä tekijöistä [15]. On tärkeää huomioida signaalin vahvuus lennätettäessä kopteria ja varautua yhteyden katkeamiseen esimerkiksi ohjelmoimalla multikopteri laskeutumaan turvallisesti alas yhteyden katkettua. Esimerkiksi aikaisemmin mainittu Phantom 2 kuvauskopteri voidaan ohjelmoida palaamaan takaisin aloituspaikkaan, kun yhteys katkeaa [13]. Tehokas kontrollointi miehittämättömän ilma-aluksen ja ohjaajan välillä on tärkeää. Understanding the drone epidemic (2014) julkaisussa kerrotaan muun muassa seuraavia asioita tehokkaan kontrolloinin saavuttamisesta: Ohjaajalla pitää olla saatavilla riittävästi laadukasta tietoa riittävän ajoissa, jotta päätökset ehditään tehdä ennen vaaratilanteita. Tietoliikenteen pitää olla riittävän hyvä ja pilotilla tarpeeksi ohjeita saatavilla, jotta lento onnistuu ilman ongelmia. Viestintäohjeiden on oltava myös riittävät ja aluksen tulee käyttäytyä lentäjän komentojen mukaan. [4] Miehittämättömien ilma-aluksien lentoon vaikuttaa monia eri tekijöitä: käytettävissä olevan moottorin teho, kuorman määrä, kallistuskulmat, toimintamatka, lentoaika, virtalähde, sähköntarve ja käyttötarkoitus. [4]. Lisäksi ympäristön sää vaikuttaa miehittämättömien lennokkien toimintaan. Esimerkiksi tuulinen ilma vaatii moottoreilta enemmän tehoa kuin tyyni ilma. Tällöin sähkömoottori kuluttaa enemmän virtaa ja akun kesto sekä lentoaika lyhenevät. Lentoaika multikoptereissa vaihtelee useimmiten viidestätoista minuutista puoleen tuntiin [4]. 2.4 Riskit Multikoptereiden ja UAV-aluksien käyttö aiheuttaa monenlaisia riskejä ja alukset kykenevät aiheuttamaan vakavaa tuhoa ja haittaa. Esimerkiksi multikopterin törmääminen ihmiseen voi aiheuttaa vakavaa fyysistä vahinkoa. Alusten käyttö kuvaustarkoituksissa saattaa aiheuttaa ongelmia ihmisten yksityisyyteen liittyen [18]. Nykyiset oikeudelliset järjestelmät eivät esimerkiksi välttämättä kiellä paparazzien ja vakoilijoiden suorittamia toimia miehittämättömillä ilma-aluksilla [19]. Riskien havainnollistamiseksi taulukkoon 1 on kerätty tärkeitä riskitekijöitä, jotka on syytä tiedostaa UAV-alusta lennätettäessä ja sääntöjä luodessa. Multikoptereiden ja lennokkien kasvava yhtäaikainen lukumäärä ilmatilassa lisää riskien ja ongelmatilanteiden määrää. Ongelmatilanne voi syntyä muun muassa multikoptereiden törmätessä toisiinsa. Kaikkialla lentävät multikopterit saattavat lisäksi häiritä ihmisten keskittymistä ja aiheuttaa esimerkiksi liikenneonnettomuuksia, kun autoilijoiden huomio kiinnittyy muualle liikenteessä. Yksi tärkeä huomioitava riskinaiheuttava tekijä on terrorismi, koska multikoptereita ja muita miehittämättömiä ilma-aluksia voidaan helposti käyttää pienten esineiden kuljet- 8

9 Riskitekijä X Tarkempi kuvaus Propellit X Liikkuvat nopeasti ja voivat aiheuttaa osuessaan vakavampaa vahinkoa kuin aluksen massa itsessään. Lasti Alus voi vahingossa tai tahallisesti tiputtaa lastinsa ihmisen päälle. Interferenssi Sähkömagneettinen säteily voi vaikuttaa muihin laitteisiin haittaavalla tavalla, ja muut alukset saattavat vaikuttaa aluksen toimintaan sekä signaalia voidaan tahallisesti häiritä. Yhteyden kantama X Aluksen lennättäminen liian pitkälle voi aiheutta yhteyden katkeamisen ja vaaratilanteen. Törmäys X Alus voi törmätä vahingossa tai tahallisesti ihmiseen tai muuhun kohteeseen. Kontrolli X Aluksen kontrollin menettäminen tai vaarallinen väistöliike voi aiheuttaa vaaran. Alus voi myös häiritä muiden lentoreittejä. Kaappaus Multikopteri voidaan mahdollisesti kaapata siten, että joku muu voi ohjata sitä. Hinta Halvat miehittämättömät ilma-alukset kärsivät huonoista komponenteista sekä matalista laitteistovaatimuksista. Sää X Tuulisuus, vesisade, lumisade, ukkonen ja ilman lämpötila vaikuttavat multikoptereiden toimivuuteen. Ohjaustapa X Ilman suoraa näköyhteyttä alukseen sitä voi olla hankala ohjata ja hallita. Koko Pienet ns. micro-dronet ovat normaaleja aluksia vaikeammin havaittavissa. Kantokyky Lisää riskejä, koska aluksella voi olla mahdollista kantaa pieniä määriä aseita tai räjähteitä. Kuvaus X Videokuvaus ja valokuvat saattavat aiheuttaa yksityisyyteen liittyviä ongelmia. Esimerkiksi paparazzit saattavat väärinkäyttää ilmasta otettuja kuvia. [16] Lentonopeus X Suuri nopeus aiheuttaa törmäyksessä enemmän vahinkoa ja saattaa hankaloittaa aluksen kontrollointia. Taulukko 1: Taulukon sisältö on pääosin poimittu Roger Clarken julkaisusta nimeltä The regulation of civilian drones impacts on public safety [17]. Taulukon riskitekijät, jotka ovat erikseen merkitty X-kirjaimella on havaittu myös luvun 4 käytännön kokeilussa. 9

10 tamiseen. Terroristit voisivat halutessaan kuljettaa nelikopterilla esimerkiksi räjähteitä melko huomaamattomasti kohteeseen ja laukaista räjähteet pitkän matkan päästä. Siitä huolimatta että riskejä on paljon, vain muutamia onnettomuuksia on raportoitu koskien miehittämättömiä ilma-aluksia. Tapaturmien määrän voidaan kuitenkin ennustaa kasvavan nopeasti tulevaisuudessa, joten lainsäädännön ja rajoitteiden luominen on selvästi perusteltua. [17] 3 Rajoitteet 3.1 UAV-aluksien rajoittaminen maailmalla Miehittämättömien ilma-aluksien rajoitteisiin vaikuttaa maiden oman lainsäädännön lisäksi monia muita eri tahoja. Esimerkiksi Euroopan sisällä rajoitteisiin vaikuttaa EASA (European Aviation Safety Agency), joka on Euroopan unionin lentoturvallisuusviranomainen. EASA:n tehtäviin kuuluvat muun muassa EU:n jäsenvaltioden turvallisuuden hallinta ja ilmailutuotteiden sertifiointi. [20] Euroopan komission asetus No 216/2008 valtuuttaa EASA:n valvomaan miehittämättömiä ja kauko-ohjattavia ilma-aluksia, kun niiden toimintamassa on vähintään 150 kg. Alle 150 kg:n lennokkeja puolestaan säätelevät yksittäiset EU:n jäsenvaltiot. [21] EASA tukee Euroopan komissiota etenemään ERSG:n (European RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems) Steering Group) luoman etenemissuunnitelman mukaan. Suunnitelma on laadittu seuraavaksi 15 vuodeksi ja se käsittää muun muassa seuraavia asioita: tutkimus ja kehitys, turvallisuussäännöt ja tekninen standardointi sekä vakuutusten, yksityisyyden ja tietosuojan täydentäviä toimenpiteitä. Euroopan lentoturvallisuusviranomainen tukee myös ICAO:n (International Civil Aviation Organization) tekemää työtä liittyen kauko-ohjattaviin ilma-aluksiin. Esimerkiksi vuonna 2014 ICAO:n valmisteluryhmä on kehittänyt käsikirjaa kauko-ohjattaville ilma-alusjärjestelmille. EASA on jäsenenä JARUS-organisaatiossa (Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems), joka parhaillaan kehittää monia asioita liittyen miehittämättömiin ja kauko-ohjattaviin ilmaaluksiin, esimerkiksi lentokelpoisuuden turvallisuustavoitteita onnettomuuksien minimoimiseksi [21]. Yhdysvalloissa miehittämättömille ilma-aluksille sääntöjä määrittävät esimerkiksi osavaltioiden omat lait ja FAA (Federal Aviation Administration). Kaikissa osavaltioissa säännöt eivät ole vielä ajantasalla, joten lakiehdotuksia UV-aluksiin liittyen käsitellään jatkuvasti. Vuoden 2014 aikana ainakin 35 osavaltiota on käsitellyt lakiehdotuksia ja päätöslauselmia liittyen UAV-aluksiin sekä kymmenen osavaltiota sääti uusia lakeja [10]. FAA:n internet-sivuilta löytyvät selkeät ohjeet lennokkien harrastus ja vapaa-ajan len- 10

11 nättämiselle. Harrastus ja vapaa-ajan lennättämisessä ei tarvitse erikseen FAA:n lupaa, mutta turvallisuusohjeita on syytä noudattaa. Muissa käyttötarkoituksissa kuten ammattikäytössä tarvitaan FAA:n lupa. Ohjeissa kehotetaan välttämään vaaran aiheuttamista muille lentokoneille tai ihmisille ja maassa olevalle omaisuudelle. Säännöissä kerrotaan asioita, mitä saa ja ei saa tehdä sekä lentotoiminnan rajoitukset. Lennokin lennättäminen lennokkikerhossa ja omaksi iloksi on sallittua. Turvallista lentämistä kehotetaan harjoittelemaan ja lentokentälle tai lennonjohtoon pitää ottaa yhteyttä lennätettäessä alle 5 mailin päässä lentokentältä. Ohjeiden mukaan seuraavia asioita ei saa tehdä: lennättää lähellä miehitettyä ilma-alusta, lennättää kauko-ohjaajan näköyhteyden ulkopuolella ja lennättää toimintamassaltaan yli 55 lbs (noin 25 kg) painavaa lennokkia ellei lennokkeihin keskittynyt järjestö ole lennokkia sertifioinut. Ei myöskään saa lennättää lennokkijärjestön turvallisuussääntöjen vastaisesti eikä lennättämisestä saa pyytää maksua ja lennättäminen on muutenkin kiellettyä kaupallisissa tarkoituksissa. [3] Käyttötarkoituksien havainnollistamiseksi FAA on luonut muutamia esimerkkejä, jotka esitetään taulukossa 2. On tärkeää ymmärtää, mitä tarkoittaa kaupallinen sekä harrastus ja vapaa-ajan käyttö, koska säännöt määritellään usein käyttötarkoituksen mukaan. Iso-Britanniassa miehittämättömien ilma-aluksien säännöistä vastaa valtion ilmailuviranomainen CAA (Civil Aviation Authority). CAA:lta löytyy kattava CAP 722-julkaisu miehittämättömien ilma-aluksien rajoituksista ja turvallisuusohjeet lennokeille [22] [23]. Lisäksi CAA:n internet-sivuilla kerrotaan paljon lisää tietoa säännöistä [24]. Säännöt jaetaan lentoonlähtömassan perusteella eri painoluokkiin: 0-7 kg, 7-20 kg, kg ja yli 150 kg. Yleisesti kevyitä ilma-aluksia koskee vähemmän sääntöjä kuin painavia aluksia. Ilma-aluksen rekisteröinnin ja lisensoinnin tarve määräytyy painon, käyttötarkoituksen ja riskitekijöiden mukaan. Riskitekijöihin vaikuttaa esimerkiksi ilma-aluksen järjestelmän kyky havaita ja välttää riskejä. Esimerkiksi alle 7 kg:n miehittämätöntä ilma-alusta harrastekäytössä ei tarvitse rekisteröidä eikä CAA:lta tarvitse erillistä lupaa, jos alusta ei lennätetä kaupallisessa tarkoituksessa tai lähellä ihmisiä tai muiden omaisuutta. [22] 3.2 Suomen lainsäädäntö koskien UAV-aluksia Suomessa harraste- ja ammattikäyttöisille multikoptereille tai muille miehittämättömille ilma-aluksille voimassaolevia sääntöjä on vähän, mikä voi johtua siitä, että viranomaisten on ollut vaikea pysyä mukana UAV-aluksien nopeassa yleistymisessä harrastus ja ammattikäytössä. Tämän kandidaatintyön tekovaiheessa astui voimaan uusi ilmailulaki /864. Lain 9 pykälän mukaan Liikenteen turvallisuusvirasto Trafilla on oikeus määräyksiin miehittämättömmien ilma-aluksien turvallisuus- tai ympäristövaikutuksien osalta huomioiden EASA:n (European Aviation Safety Agency) asetukset. Lisäksi määräystä laadittaessa on kuultava ilmailualan valtakunnallisia harrastejärjestöjä. Samassa 11

12 Harrastus tai vapaa-ajan käyttö Lennokin lennättäminen paikallisessa lennokkikerhossa. Valokuvien ottaminen lennokilla omaa käyttöä varten. Lennokin käyttäminen laatikon siirtämiseen ilman mitään korvauksia Viljelmien vedentarpeen selvittäminen ilmasta käsin kasvattaessa omaan käyttöön Kaupallinen käyttö Rahan vastaanottaminen palkkioksi taitolentämisestä Kiinteistövälittäjä käyttää lennokkia kuvaamiseen ja yrittää myydä kuvien avulla. Pakettien kuljettaminen maksua vastaan. Viljelmien vedentarpeen selvittäminen kaupallisessa käytössä. Taulukko 2: FAA:n esimerkkejä siitä, mitkä asiat luokitellaan ja ei luokitella harraste tai vapaa-ajan lennättämiseksi. [25] 9 pykälässä kerrotaan myös, että Miehittämätön ilma-alus saa poiketa lentosäännöistä muulta ilmailulta kielletyllä tai miehittämättömän ilma-aluksen lennättämistä varten erotetulla alueella, jos poikkeava menettely on suunniteltu ja toteutetaan siten, ettei lentoturvallisuutta vaaranneta. Voimaan tulleessa uudessa ilmailulaissa on muitakin kohtia, joissa miehittämättömät ilma-alukset huomioidaan. Esimerkiksi pykälässä 70 kerrotaan, että lentotyössä toimintamassaltaan alle 150 kg miehittämätöntä ilma-alusta ei tarvitse rekisteröidä. [5] Etelä-Suomen sanomien artikkelissa kerrottiin toukokuussa 2014 Liikenteen turvallisuusvirasto Trafin valmistelevan sääntöjä, koska voimassa ei ole vielä erityistä lainsäädäntöä ja virallisia turvallisuusmääräyksiä [2]. Trafilla on ollut julkisesti saatavilla lähtien OPS M1-23 määräysluonnos, mikä käsittelee miehittämättömien ilma-alusten käyttämistä lentotyöhön [11]. Trafin erityiasiajantuntija Tero Kuusiluoman mukaan ammatti ja harrastekäyttöisten lennokkien sääntöjä ei taloudellisista syistä ole mahdollista laatia samanaikaisesti, joten harrastajille tarkempia sääntöjä joudutaan vielä odottamaan [2]. Suomen ilmailuliitolta löytyy lennokkiturvallisuusohjeet [26]. Niitä on kuitenkin hankala soveltaa multikoptereihin, koska niiden toimintaperiaatteet eroavat ohjeen lennokeista. Miehittämättömien ilma-aluksien rajoitteiden huonon saatavuuden takia Trafilta kysyttiin erikseen sähköpostilla voimassaolevia sääntöjä ammatti- ja harrastuskäytössä. Sähköpostiin vastasi Trafin erirtyisasiantuntija Jorma Kivinen. Vastauksena saatiin epävirallinen ohje miehittämättömille ilma-aluksille sekä päivitetty uudempi versio OPS M1-23 määräysluonnoksesta, jonka tiedot saattavat kuitenkin vielä muuttua ennen virallista versiota. Virallisia sääntöjä harrestekäyttöisille ilma-aluksille ei saatu Trafin lähettämässä vas- 12

13 tauksessa, mikä johtuu luultavasti siitä, että virallisia sääntöjä harrastekäyttöön ei ole vielä ehditty laatimaan. Väitettä tukee myös aikaisemmin mainittu Etelä-Suomen sanomien artikkeli [2]. Sähköpostilla kysyttiin vielä erikseen, eroavatko harrastekäytön säännöt työkäytön säännöistä ja pitääkö harrastekäyttöisellä nelikopterilla noudattaa esimerkiksi OPS M1-23 määräysluonnoksen sääntöä 500 metrin maksimietäisyydestä. Vastauksena sanottiin, että määräysluonnoksen ja ilmeisesti ilmailulain määritelmien perusteella voidaan ajatella, että käyttötarkoitus määrittää onko laite miehittämätön ilma-alus tai lennokki. Nykyisessä ilmailulaissa /864 lennokki määritellään käytettäväksi harraste- ja urheilutarkoituksessa [5]. Kivimäki toteaakin, että jos nelikopteria käytettäisiin lentotyöhön, niin se katsottaisiin mahdollisesti miehittämättömäksi ilma-alukseksi eikä lennokiksi, joten nelikopteria koskisivat säädettävät rajoitukset ja vaatimukset. Mikäli samaa nelikopteria käytettäisiin harrastekäytössä, esimerkiksi omien tiluksien kuvaukseen tai hupilennättelyyn laite katsottaisiin lennokiksi eikä säädettyjä rajoituksia ja vaatimuksia sovellettaisi siihen. Nelikopteri saisi siis lentää määräyksissä määriteltävän ns. kuplan ulkopuolella. Kivinen huomauttaa kuitenkin, että kaikkeen edellä mainittuun on syytä suhtautua varauksella. [27] Epävirallisessa ohjeessa kerrotaan, ettei Trafilta tarvita lupaa, jos: aluksen massa on enintään n. 20kg, lentokorkeus on alle 150 metriä ja maksimi etäisyys kauko-ohjaajasta on 500 metriä. Lisäksi käytön pitää olla näköyhteyteen perustuvaa ja miehittämättömän ilmaaluksen tulee olla koko ajan ohjattavissa. Mikäli haluttaisiin toimia annettujen rajojen ulkopuolella, tulisi Liikenteen turvallisuusvirastolta anoa lupaa. Lentäminen on sallittua vain suotuisissa sääoloissa ja riittävän lähellä kauko-ohjaajaa, että vaikuttava ilmaliikenne voidaan havaita ja kyetään arvioimaan väistämistarve luontevasti suoran näköyhteyden perusteella ilman apuvälineitä. Miehittämättömän ilma-aluksen on väistettävä kaikkia muita ilma-aluksia ja lennättäminen ei ole sallittua asutuskeskusten tiheästi asuttujen osien yläpuolella. Valvotussa ilmatilassa lentämisestä on sovittava erikseen lennonjohtoelimen kanssa ja AFIS-vyöhykkeellä (Aerodrome Flight Information Service) lentämistä koskee erityisiä sääntöjä. Esimerkiksi puheyhteys on saatava lennonjohtoelimen kanssa. [27] Trafin OPS M1-23 ( ) määräysluonnos koskee lentotyötä ja seuraavaksi käsitellään luonnoksen keskeisiä asioita koskien miehittämättömiä ilma-aluksia. Luonnos sisältää samankaltaisia asioita kuin edellä mainittu epävirallinen ohje. Esimerkiksi käytön tulee olla näköyhteyteen perustuvaa ja lentoonlähtömassa saa olla enintään 25 kg, maksimietäisyys 500 metriä ja maksimikorkeus alle 150 metriä. Kauko-ohjaajan tulee olla pätevä ohjaamaan alusta ja vähintään 18-vuotias. Epävirallisen ohjeen tavoin miehittämättömän ilma-aluksen on väistettävä kaikkia muita ilma-aluksia. Miehittämättömässä ilma-aluksessa pitää olla vikajärjestelmä ohjauksen ja valvontaan tarvittavien yhteyksien katkeamisen tai vikaantumisen sekä ohjaamisen estymisen varalta. Lennättäminen 13

14 asutuskeskuksen tiheästiasuttujen osien tai ulkosalle kokoontuneen väkijoukon yläpuolella kielletään. Lisäksi lentoradan ollessa alle 70 metrin etäisyydellä asutuskeskuksesta tai väkijoukosta miehittämättömän ilma-aluksen lentoonlähtömassa saa olla enintään 5 kg. Jos lentoonlähtömassa on yli 5 kg niin etäisyyttä on oltava vähintään 150 metriä. Lennättäminen on kiellettyä yöllä ja alueilla jossa muukin ilmailuliikenne on kielletty. Esimerkiksi poliisi ja rajavartiolaitos voivat kuiteinkin poiketa näistä rajoituksista. Edellä mainittuihin ja muihin määräysluonnoksen rajoitteisiin Trafi voi hakemuksesta myöntää poikkeuksia. Turvallisuus ei kuitenkaan saa heikentyä ja hakiessa on esitettävä selvitys, miten riittävä turvallisuus voidaan saavuttaa. [28] 3.3 Haasteita ja sääntöjen kehittäminen Multikoptereiden ja muiden miehittämättömien aluksien käyttämistä rajoittavat eri maissa monet eri tahot kuten esimerkiksi edellä mainitut EASA, ICAO, FAA (Yhdysvalloissa), Trafi (Suomessa) ja maiden oma lainsäädäntö. Säännöt ovat usein maakohtaisia ja koostuvat monen eri tahon määrityksistä. Tämän takia voi olla vaikeaa pysyä ajantasalla kaikista voimassaolevista rajoitteista. Lisäksi rajoitteet vaihtelevat käyttötarkoituksesta riippuen. Jatkuva tekniikan kehitys ja uudet käyttötarkoitukset hankaloittavat rajoitteiden luomisprosessia. Sääntöjen pitäisi olla ajantasalla, mutta byrokratian määrä ja kustannukset tekevät sääntöjen päivityksestä hankalaa. Esimerkiksi Trafin OPS M1-23 määräysluonnoksen voimaantuloa on pitänyt odottaa monta kuukautta luvattua pidempään [2]. Sääntöjen noudattamisen kannalta on tärkeää, että sääntöjen nykyinen tilanne on esitetty selkeästi ja että säännöt ovat helposti saatavilla. Tällä hetkellä Suomessa miehittämättömien ilma-aluksien voimassaolevista säännöistä ei löydy juuri minkäänlaista tietoa. Mallia olisi hyvä ottaa esimerkiksi Yhdysvaltojen ilmailuviranomaisen FAA:n helposti saatavilla olevista käytännön esimerkeistä siitä, mitä harrastekäyttöisillä lennokeilla on sallittua tehdä [3]. On myös tärkeää, että on julkisesti saatavilla kattava miehittämättömien ilma-aluksien käyttöön liittyvä opas. Mallia oppaaseen voi ottaa muun muassa UK:n ilmailuviranomaisen kattavasta oppaasta miehittämättömiä ilma-aluksia varten [22]. Trafin OPS M1-23 määräysluonnoksen sääntöjä lentotyössä on vaikea valvoa käytännössä, ja osaa säännöistä voi olla hankala noudattaa. Esimerkiksi ilma-aluksen korkeutta maanpinnasta ja etäisyyttä ohjaajasta on hankala arvioida silmämääräisesti, mikä todettiin kandidaatintyön ohella suoritetussa käytännön kokeilussa. Tämän takia korkeus ja etäisyysmittarin olisi hyvä olla pakollinen varuste kauko-ohjattavissa ilma-aluksissa. Sääntöjen valvomisen vaikeudella tarkoitetaan sitä, että on haasteellista valvoa ilmassa lentäviä ilma-aluksia ilman erityisiä apuvälineitä. Jos sääntöjä haluttaisiin valvoa tehokkaasti tarvittaisiin uusia investointeja valvomisen tehostamiseksi ja välineitä, jotka helpottaisivat 14

15 miehittämättömien ilma-aluksien tarkkailua. Sääntöjen valvomista hankaloittaa erityisesti se, että nykyiset multikopterit kykenevät vaivattomasti lentämään rajoituksien yli. Esimerkiksi jo alle tuhannella eurolla saa kaupasta nelikopterin, joka kykenee lentämään yli rajoitteiden. Lisäksi rikoksen tekijän kiinni saaminen voi olla hankalaa, koska UAV-alusta on mahdollista ohjata pitkän matkan päästä. Liikenteen turvallisuusviraston esittämiin painovaatimuksiin OPS M1-23 määräysluonnoksessa liittyy haasteita ja asioita joita olisi syytä kehittää. Säännöissä esitettyä painovaatimusta on esimerkiksi hankala valvoa käytännössä, koska alukset ovat eri kokoisia ja niiden paino määräytyy käytetyistä materiaaleista. Kyseisen määräysluonnoksen 25 kg:n lentoonlähtömassa on suhteellisen paljon, kun painoa verrataan esimerkiksi kuvauskäyttöisiin multikoptereihin, jotka usein painavat maksimissaan muutamia kiloja. Muun muassa suosittu DJI Phantom 2 kuvauskopteri painaa vain 1 kg ja sitä on mahdollista käyttää työkäytössä [13]. Kilon painava multikopteri aiheuttaa pudotessaan huomattavasti vähemmän vahinkoa verrattuna noin 25 kertaa painavampaan alukseen, mikä sallitaan määräysluonnoksessa. Tämän takia sääntöjen kehittämisessä on hyvä kiinnittää huomiota eri painoluokkiin ja asettaa säännöt niille sopiviksi. Esimerkiksi Iso-Britanniassa UAV-aluksien rajoitteet on jaettu useampaan eri painoluokkaan [22]. Trafin määräysluonnoksen ikärajavaatimus on kyseenalainen, koska alaikäinen voi halutessaan ostaa multikopterin ja olla yhtä taitava lentämään sillä kun täysi-ikäinen eikä multikopterin lennättämiseen vaadita ajokorttia kuten esimerkiksi autolla ajamiseen. Tällöin olisi oikeudenmukaista antaa alaikäiselle lupa lennättää multikopteria töissä jos siihen on tarve. Nuoret saattavat esimerkiksi laittaa nelikopterilla kuvattuja videoitaan youtubeen ja ansaita rahaa mainostuloilla. Trafin määräysluonnoksen mukaan kyseinen toiminta olisi laitonta. Kappaleessa 4.4 kerrotaan lisää asioita määräysluonnoksen sääntöjen kehittämiseen liittyen perustuen käytännön kokeiluun. Yhteyden katkeamiseen olisi hyvä varautua automaation avulla ja myös ilma-aluksilta vaaditut turvallisuusperiaatteet auttaisivat vahinkojen minimoimisessa [4]. Yhteyden katkeamisessa automaatio voi perustua esimerkiksi multikopterin paluuseen lähtöpaikkaan. On hyvä kuitenkin huomioida, että autopilotti ei ole aina turvallinen. Harrastajalentäjän drone törmäsi muun muassa Sydneyn sataman sillan pilareihin matkalla lähtöpaikaansa lokakuussa 2013 puutteellisen tilannetietoisuuden vuoksi [4]. Vaaditulla turvallisuusperiaatteella voidaan tarkoittaa esimerkiksi laskuvarjoa, joka vaadittaisiin hidastamaan multikopterin putoamista ongelmatilanteessa. Yksi ratkaisu parempien sääntöjen luomiseen on sääntöjen luominen eri käyttötarkoituksen mukaan. Ratkaisun avulla säännöt saataisiin paremmin yhteensopiviksi eri käyttötarkoituksille. Esimerkiksi kuvauskäyttöisille multikoptereille olisi hyvä luoda erikseen omat säännöt, koska niiden lukumäärä kasvaa kovaa vauhtia ja alaa vaivaa epätietoisuus voimassa olevista säännöistä. Kuvaustarkoitukseen luotavissa säännöissä olisi teknisten 15

16 rajoitteiden lisäksi hyvä kiinnittää huomiota yksityisyyteen liittyviin kysymyksiin, että ei jää epäselväksi, mitä on laillista kuvata. Varteenotettava ratkaisu miehittämättömien ilma-aluksien turvallisuuden lisäämiseksi ja vaaratilanteiden vähentämiseksi on UAV-aluksien rekisteröinti. Iso-Britanniassa on esimerkiksi käytössä rekisteröintijärjestelmä, joka kattaa ammattikäyttöiset ilma-alukset ja osan harrastekäyttöisistä ilma-aluksista riippuen massasta ja käyttötarkoituksen riskitekijöistä [22]. Rekisteröinti helpottaa viranomaisia tiedostamaan, kuinka paljon UAValuksia on käytössä ja mihin tarkoituksiin niitä käytetään. Rekisteristä olisi hyötyä lisäksi lainvastaisen toiminnan ehkäisemisessä. UAV-aluksen erillinen rekisteröinti nostaisi kynnystä hankkia UAV-alus, kun rekisteröinnin yhteydessä kysyttäisiin aluksen tekniset ominaisuudet ja käyttötarkoitus. Samalla viranomaiset saisivat tietoonsa myös aluksen haltijan henkilötiedot, mikä helpoittaisi lennättäjän kiinnijäämistä, mikäli alusta käytettäisiin lainvastaisessa toiminnassa. Toisaalta huono puoli rekisteröinnissä on se, että se vaatii viranomaisilta lisää resursseja ja paljon työtä. 3.4 Sääntöjen suunnittelu Kontrolloimaton suunnittelu saattaa aiheuttaa potentiaalisesti erittäin vakavaa vahinkoa. Erilaiset asiat etukäteen huomioimalla pystytään pienentämään tulevaa harmia. Seuraavaksi käydään läpi tieteellisen julkaisun What drones inherit from their ancestors olennaisia ehdotuksia ja asioita, joihin miehittämättömien ilma-aluksien suunnittelussa olisi syytä kiinnittää huomiota. Miehittämättömille ilma-aluksille pitäisi antaa mahdollisuus vain järjestelmällisiin päätöksiin, mitkä ovat ymmärrettävissä. Kyseisestä julkaisusta poimittu havainollistava esimerkki asiaan liittyen: jos joku tekee kalliiksi käyvän virheen, on parempi, että virheen tekee epäpätevä ihminen kuin arvoituksellinen epäpätevä kone. Aluksien ominaisuudet pitää suunnitella siten, että ihmisellä pysyy koko ajan mahdollisuus aluksen kontrollointiin ja ominaisuuksilla on oltava varajärjestelmä. Varajärjestelmä auttaa ennaltaehkäisemään onnettomuuksia. Aluksia suunnitellessa on tärkeää huomioida myös se, että ihminen pysyy oikeudellisesti vastuussa miehittämättömän aluksen seurauksista. Tähän liittyen on tärkeää, että ihminen ymmärtää ilma-aluksien rajoitukset. [29] Ilmailulakien osalta sääntöjen luominen on pitkä prosessi, ja lakeja uusitaan harvoin. Esimerkiksi vuoden 2009 ilmailulain /1194 jälkeen seuraava uusi ilmailulaki astui voimaan vasta /864 [30] [5]. Kun lakeja uusitaan niin harvoin on tärkeää, että säännöt laaditaan kerralla huolella ja katsotaan valmiiksi hieman tulevaisuuteen. Tällä tavalla pystytään ehkäisemään tulevia ongelmia ja helpottamaan lain vaikutuksessa olevien sidosryhmien toimintaa. Miehittämättömien ilma-aluksien harrastajien ja ammattikäyttäjien keskuudessa vaivaa epätietoisuus siitä, mitkä ovat voimassa olevat säännöt ja mitä uusia sääntöjä kehitetään tulevaisuudessa. Epätietoisuus käy ilmi muun muas- 16

17 Kuva 4: Kriteerejä, joita voidaan käyttää sääntelyjärjestelmää arvioitaessa. Ajatuskartta on luotu The regulation of civilian drones impacts on public safety -julkaisussa esiintyvän taulukon pohjalta. [17] sa suomalaisten alan harrastajien internet forumeissa, joissa pohditaan voimassaolevia lakeja [31]. Nykyisen tilanteen ja haittojen minimoimisen takia sääntelyn tehokkuutta olisi hyvä arvioida [17]. Kuvaan 4 on koottu ajatuskarttaan erilaisia arvioitiperusteita, joiden huomioiminen auttaa parempien sääntöjen luomisessa. Kriteerit jäsennellään kolmeen pääkohtaan: prosessi, tuote ja seuraus. Prosessilla tarkoitetaan sääntöjen luomisen eri vaiheita. Esimerkiksi prosessin sisältämä sidosryhmien osallistuminen kehitykseen ja arviointiin on tärkeää huomioida sääntöjen luomisen eri vaiheissa, koska sidosryhmiltä saa sääntöjen laatimisen kannalta tarpeellista asiantuntemusta. Ajatuskartan sisältämällä tuote -pääkohdalla tarkoitetaan syntyvien sääntöjen arvioimista. Se sisältää muun muassa alakohdan artikulaatio, mikä tutkii sitä ovatko vaatimukset täsmällisiä. Viimeisimmässä pääkohdassa tarkastellaan sääntöjen seurauksia. Arvioidaan valvotaanko luotuja sääntöjä, onko lainvalvojilla riittävät resurssit sääntöjen valvontaan ja vastaavatko säännöt tavoitteita. Esimerkiksi Trafin alkaessa luoda sääntöjä harrastekäyttöisille ilmaaluksille sen olisi hyvä kiinnittää huomiota kuvan 4 ajatuskartan sisältämiin asioihin, koska niiden ymmärtäminen auttaa parempien sääntöjen luomisessa. 17

18 4 Käytännön kokeilu ja ongelmat 4.1 Parrot AR.Drone 2.0 Kandityötä varten tehtiin käytännön kokeilu koululta lainaksi saadulla AR.Drone 2.0 nelikopterilla. Nelikopteri on hintaluokaltaan muutaman sadan euron arvoinen ja se on varustettu videokameralla. Kauko-ohjaimena kokeilussa käytetään iphone 5S puhelinta ja ohjaamiseen App Storesta ladattavaa AR.FreeFlight-applikaatiota. Akkuna käytetään 1000 mah litiumakkua, jonka lentoajaksi valmistaja lupaa käyttöohjeissa noin 12 minuuttia. AR.Dronelle saatavilla olevista kuorista käytetään outdoor hull -kuorta, joka on tarkoitettu ulkona lentämiseen. AR.Dronen lentäminen suoritettiin Otaniemessä Alvarin aukiolla, missä on paljon nurmikkoa ja tyhjää tilaa. Ennen nelikopterin lennättämistä Parrotin nettisivuilta löytyvät AR.Dronen käyttöohjeet luettiin huolella ja katsottiin opetusvideoita. Kuva 5: Parrot AR.FreeFlight-applikaation ohjausnäkymä. [7] AR.FreeFlight-applikaatio esitetään kuvassa 5. Applikaatio kertoo lentotietoja kuten aluksen nopeuden, korkeuden, signaalin voimakkuuden ja akun varauksen määrän. Applikaation alareunassa olevasta näppäimestä voidaan käynnistää alus tai laskeutua. Hätätilanteita varten on emergency näppäin, jota painamalla moottorit sammuvat ja AR.Drone putoaa alas. Kameran käyttö onnistuu applikaation oikean yläreunan painikkeista. Videon ja kuvien tallennus on mahdollista muistikortille tai puhelimeen. 18

19 4.2 Lentäminen ja aiheutuneet ongelmatilanteet Ensimmäisillä lentämiskerroilla harjoiteltiin applikaation käyttöä ja aluksen ohjaamista. Käyttöohjeiden lukemisen jälkeen applikaation käyttö ei ollut vaikeaa ja lennättämisen oppiminen onnistui lyhyessä ajassa. Lennättämisessä ilmeni kuitenkin toistuvasti ongelmia WLAN-yhteydessä. Virheilmoituksia yhteyden katkeamisesta tuli ajoittain ja yhteyden voimakkuusmittaria oli vaikea seurata. Välillä mittari näytti yhteyden olevan hyvä, mutta yhteys saattoi siitä huolimatta katketa tai komennot johtivat toimintoihin pienellä viiveellä. Myös kameran kuva pätki välillä ja päivittyi näytölle jäljessä, minkä takia ohjaus oli pääasiassa mahdollista vain suoraan näköyhteyteen perustuen. Yhteyden katketessa nelikopteri pysyi ilmassa paikoillaan tai jatkoi eteenpäin. Lentämisen yhteydessä havaittiin lisäksi vaaratilanteen aiheuttava ongelma puhelimen WLAN-yhteyden automaattisen haun kanssa. Kerran yhteys katkesi kesken lennon, kun puhelin vaihtoi itsestään WLANyhteyden Aalto-yliopiston kirjaston verkkoon, josta aiheutui vaaratilanne. Ongelma pystyttiin ratkaisemaan poistamalla WLAN-verkon automaattinen yhteyden luominen pois käytöstä. Monista ongelmista huolimatta lentäminen lähietäisyyksillä muutaman kymmenen metrin päässä onnistui moitteettomasti ilman ongelmia. Akun kestosta tehtiin muutamia huomiota. Lentoaika vastasi lähelle ohjekirjassa kerrottua 12 minuutin aikaa. Akun varauksen ollessa alhainen ei lentoon nousu ollut mahdollista. Käytännön kokeilun yhteydessä testattiin myös AR.Drone 2.0:n rajoja. Kokeiltiin, miten korkealla lentäminen onnistuu ja kuinka pitkälle on mahdollista lentää ennen kuin yhteys katkeaa. Applikaatiosta säädettiin nelikopterin maksimikorkeudeksi 50 metriä. Lentokorkeuden ollessa noin 40 metriä vertikaalisesti ja vaakasuoran etäisyyden noin m menetettiin yhtäkkiä yhteys alukseen. Tällöin nelikopteri jatkoi hitaasti matkaansa tuulen mukana kauemmaksi puiden taakse. Samaan aikaan juostiin lähemmäksi nelikopteria ja yritettiin muodostaa yhteys uudelleen. Kun yhteys lopulta saatiin takaisin, kopteri katosi näkökentästä puiden taakse eikä suora näköyhteys nelikopteriin säilynyt. Tällöin nelikopteria ohjattiin varatoimenpiteenä laskeutumaan hitaasti alaspäin. Lopulta nelikopteri jäi puuhun kiinni ja säilyi vaurioimattomana vaaratilanteesta huolimatta. Vahinkoa ei aiheutunut kenellekään, mutta vaaratilanne olisi voinut aiheutua, jos nelikopteri olisi lentänyt tuulen mukana autotielle. Kyseistä tilannetta havainnollistetaan kuvassa 6. Kuvasta kannattaa huomioida seuraavat nelikopterin yhteyteen ja kontrolliin vaikuttavat tekijät: nelikopterin ja kauko-ohjaimen välissä olevat puut heikentävät signaalin voimakkuutta, ja voimakas tuuli vie nelikopteria pois päin ohjaajasta. Lisäksi puut ja niiden oksat estävät suoran näköyhteyden nelikopteriin, mikä tekee ohjaamista haasteellista. Kuvasta kannattaa myös huomioida se, että suora etäisyys nelikopteriin on pidempi kuin horisontaalinen etäisyys. Vaakasuoraa maksimietäisyyttä testattaessa nelikopterilla lennettiin noin muutaman metrin korkeuteen ja katsottiin kuinka pitkälle lentäminen onnistuu, ennen kuin yhteys kat- 19

20 Kuva 6: Havainnollistava kuva nelikopterin etäisyydestä kauko-ohjaimeen. keaa. Lentäminen onnistui noin 130 metrin päähän kunnes yhteys katkesi. Tällöin sattui toinen vaaratilanne ja nelikopteri törmäsi puunoksaan ja tippui maahan hetki sen jälkeen kun yhteys katkesi. Tällä kertaa AR.Dronen yksi propelli vaurioitui. Korkealla ja pitkällä lennettäessä oli yhteysongelmien lisäksi toinen ohjauksen kannalta merkittävä ongelma. Etäisyyden kasvaessa nelikopteriin ohjaus hankaloitui, koska oli vaikeaa erottaa, mihin suuntaan nelikopterin etupuoli osoitti. Maksimietäisyyttä testattaessa tehtiin myös huomio siitä, että todellisen etäisyyden arvioiminen nelikopteriin on hankalaa, koska applikaatiossa ei ollut erillistä etäisyysmittaria. Silmämääräisesti arvioitu etäisyys oli usein todellista etäisyyttä huomattavasti pienempi. Todellisen etäisyyden mittaamisessa käytettiin apuna Google Mapsin etäisyyden mittaustyökalua ja kartalta löytyviä maamerkkejä. Testit dokumentoitiin nelikopterin omalla videokameralla ja tallentamalla videot erilliselle muistikortille. AR.Drone 2.0:n kuvausominaisuudessa ei haivattu ongelmia ja tietokoneella videot toimivat moitteettomasti. Video tallentui muistikortille myös tapauksissa, joissa yhteys menetettiin nelikopteriin. 4.3 Johtopäätöksiä kokeiluun liittyen AR.Drone 2.0 nelikopterilla suoritettu käytännön kokeilu antaa hyödyllistä tietoa multikoptereille olennaisista haasteista ja ongelmista. Lisäksi käytännön kokeilussa havaittuja asioita voidaan käyttää apuna uusien rajoitteiden ja sääntöjen luomisessa. Kokeilua voidaan siten pitää hyödyllisenä kandidaatintyön kannalta. On syytä huomioida, että testattu nelikopteri kuuluu noin 300 euron hintaluokkaan eikä se ole teknisiltä ominaisuuksiltaan nelikoptereiden parhaimmasta ja turvallisemmasta päästä. Suoritetuissa testeissä huomattiin käytännössä myös kappaleessa 2.3 kerrottuja ohjausta ja lentoa rajoittavia 20

21 tekijöitä. Nelikopteria testatessa ilmeni, että lennättämistä kannattaa harjoitella etukäteen ja harjoittelu on hyvä suorittaa autiolla paikalla, missä ei ole mitenkään mahdollista aiheuttaa vahinkoa ulkopuolisille ihmisille tai muiden ihmisten omaisuudelle. Aluksi kannattaa harjoitella lähietäisyyksissä enintään muutamien kymmenien metrien päässä lennättäjästä, koska pienikin virheliike tai yhteyden menetys voi aiheuttaa vaaratilanteen. Vasta ohjaamisen kunnolla opittua ja nelikopterin rajat ymmärrettyä ei ole enää yhtä riskialtista lennättää esimerkiksi 30 metrin päässä rakennuksista tai väkijoukosta. Etäisyys väkijoukkoon tai rakennuksiin täytyy kuitenkin sovittaa siten, että vaaratilanteita ei voi aiheutua. AR.Drone 2.0:n testauksen aikana ilmeni paljon ongelmia kauko-ohjaimen ja nelikopterin välisessä yhteydessä. Yleisesti voidaan todeta, että lennättäminen onnistui hyvin ilman ongelmia lähietäisyydellä suora näköyhteys säilyttäen nelikopteriin ainakin noin 100 metrin etäisyyteen asti. Korkeuden ja etäisyyden kasvaessa kyseisestä etäisyydestä todennäköisyys ongelmiin kasvoi huomattavasti. Yhteyden kantoalueen väliin sijoittuvat puut heikensivät yhteyttä merkittävästi ja ylimääräinen WLAN-verkko aiheutti kerran vaaratilantenteen, joten nelikopteria lennättäessä on huomioitava ulkoiset häiriötekijät. Yhteenvetona edellä mainittuun on tärkeää, että nelikopteria ei lennätetä vain sen ilmotettujen teknisten kykyjen mukaan. Säätilan tekijöistä erityisesti tuulella oli suuri vaikutus lennätettäessä nelikopteria korkealla ilmassa ja yhteyden katketessa nelikopteri saattaa törmätä tai lentää tuulen mukana, ennen kuin yhteys saadaan palautettua. Jos yhteyttä ei ehditä saamaan takaisin ennen kuin nelikopterin akku loppuu, putoaa alus maahan aiheuttaen mahdollisen vaaratilanteen. Ohjausapplikaation näyttämät tiedot nelikopterin korkeudesta ja yhteyden voimakkuudesta osoittautuivat tärkeiksi lennättäessä ilma-alusta, koska silmämääräisesti korkeutta oli hankala arvioida ja yhteyden heiketessä kopteri on syytä ohjata lähemmäksi ohjaajaa. Yhteysmittarissa huomattiin kuitenkin muutamia puutteita. Yhteyden voimakkuutta ilmaisee applikaation yläpalkissa oleva pieni WIFI-kuva, mistä yhteyden voimakkuutta on hankala havainnoida (kuva 5.). Paremman käsityksen yhteyden voimakkuudesta antaisi esimerkiksi voimakkuuden ilmaiseminen prosenteilla. Toinen ongelma yhteyden voimakkuusmittarin kanssa oli se, että välillä yhteys saattoi äkillisesti huonontua eikä jäänyt tarpeeksi aikaa reagoida muutokseen. Applikaation näyttämästä videokuvasta ei koettu olevan juurikaan hyötyä, koska kuva pätki häiritsevän paljon. Johtopäätöksenä nelikoptereiden tietoja näyttävien mittareiden tarpeellisuudesta voidaan kuitenkin sanoa, että niiden tarkkaileminen on tärkeää, sillä se voi ehkäistä vaaratilanteen syntymisen. Kauko-ohjattavan ilma-aluksen varatoiminnon tarve korostui nelikopterilla tehdyssä kokeilussa. AR.FreeFlight-applikaatiosta löytyy erilliset painikkeet laskeutumiselle ja hä- 21

22 tätilanteelle, mutta niitä ei pysty käyttämään, jos yhteys nelikopteriin katkeaa. Tällöin olisi tarve jonkinlaiselle turvajärjestelmälle. Nelikopteri voisi esimerkiksi yrittää palata takaisin päin, että yhteys saadaan uudelleen muodostettua, tai vaihtoehtoisesti tehdä hätälaskeutumisen. Automaattisessa laskeutumisessa on kuitenkin paljon haasteita, koska laskeutuminen pitää tapahtua siten, että ulkopuolisille ihmisille tai muiden omaisuudelle ei aiheudu vahinkoa ja laskeutumisalusta pitää ottaa huomioon (esim. veteen ei pidä laskeutua). Mahdollisten ongelmien välttämiseksi yhteyden katketessa jo ennen lennättämisen aloitamista olisi hyvä miettiä varasuunnitelma yhteyden katkeamiselle vahinkojen välttämiseksi. AR.Drone 2.0:n valokuvaus toimi nelikopteria testattaessa sen verran hyvin, että alus saattaisi kyetä kuvaamaan kiellettyjä paikkoja mihin ei ilman lentämistä olisi mahdollista päästä kuvaamaan. Nelikopterilla kuvatut videot tai kuvat saattaisivat siten aiheuttaa ongelmia liittyen yksityisyyteen. Esimerkiksi arkaluontoisen materiaalin kuvaaminen toisen ikkunan kautta ei ole sallittua, mutta nelikopteri voi mahdollistaa sen. Uhka testatun nelikopterin käyttämiseen terrostitarkoituksessa on varsin pieni, koska AR.Drone 2.0:n yhteyden maksimietäisyys on lyhyt ja kantavuus pieni. Käytännössä kyseisellä nelikopterilla voisi kuitenkin olla mahdollista esimerkiksi kuljettaa kevyt räjähde onnistuneesti noin 100 metrin päähän. 4.4 Kokeiluun vaikuttavat rajoitteet ja sääntöjen kehittäminen Kandidaatintyötä varten suoritetusta nelikopterin lennättämisestä ei saatu rahallista korvausta, joten testi voidaan käsittää harrastus tai vapaa-ajan lennättämiseksi. Virallisia sääntöjä tai ohjeistusta kyseiseen lentotarkoitukseen ei kuitenkaan löytynyt Suomesta, joten lennättämisessä pyrittiin käyttämään ns. maalaisjärkeä vaaratilanteiden ehkäisemiseksi. Tulevissa harrastuskäytön säännöissä koskien nelikoptereita on luultavasti kiinnitetty huomiota samankaltaisiin asioihin kuin Trafin OPS M1-23 ( päivitetyssä) määräysluonnoksessa, joten seuraavaksi esitetään muutamia huomioita liittyen kyseiseen luonnokseen suoritettuun testaamiseen perustuen. AR.Drone 2.0 ei kyennyt lentämään määräysluonnoksessa ehdotettuja maksimi korkeuden 150 m ja etäisyyden 500 m rajojen yläpuolella. Testien perusteella nelikopterin havainnoiminen ja ohjaus pelkkään näköyhteyteen perustuen hankaloitui merkittävästi jo vähän yli sadan metrin päässä. Jos kuvitellaan, että kyseinen nelikopteri kykenisi lentämään maksimirajoihin asti sen ohjaaminen pelkästään takaisin lähtöpaikkaan saattaisi olla haasteellista. Mikäli nelikopterissa on riittävän hyvä kamera ja videonäkymä toimii moitteettomasti, ohjaaminen maksimietäisyyksillä on luultavasti paljon helpompaa. Rajoitteissa olisi siten hyvä vaatia näköyhteyteen perustuvan ohjaamisen lisäksi videokuvaan perustuvaa ohjausta. Rajoitteiden noudattamisen kannalta tärkeää on myös vaatia 22