Аэрофотосъемка в лесном хозяйстве

БПЛА - лес

Россия обладает самыми обширными лесными богатствами, требующимипостоянных мероприятий по охране и защите, проведение которых невозможно без авиации. Можно констатировать, что лесное хозяйство являлось крупнейшим в стране государственным потребителем авиауслуг. К сожалению, сегодня из-за финансовых и административных трудностей ежегодный налет ВС в лесном хозяйстве составляет не более 20 тыс. часов, привлекается менее 250 ВС, что явно недостаточно. Поэтому чрезвычайно важным становится поиск новых технологий, способных изменить негативную ситуацию.

Новейшим направлением в авиации считается беспилотная авиация, БПЛА. Беспилотные технологии существуют давно. Сначала они были сложными и дорогостоящими комплексами, имевшими только военное применение. Но в течение последнего десятилетия в этой области произошел настоящий прорыв. Миниатюризация вычислительных систем и развитие спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС) позволили создавать беспилотные летательные аппараты (БПЛА), у которых габариты, масса, а главное, стоимость на порядки меньше прежних. По доступности беспилотные технологии приближаются к уровню бытовых технологий. Сейчас прогресс в развитии гражданских беспилотных систем имеет высочайший темп, сформировалась новая индустрия услуг.

Накопленный в лесном хозяйстве опыт позволяет делать вывод о том, что использование беспилотных авиационных комплексов (БАС) самостоятельно, исключительно для решения задач поиска пожаров, мало результативно. Современные тенденции развития систем управления и информирования позволяют реализовать принцип «Ситуационной осведомленности» в режиме близком к реальному времени. Именно поэтому, современные автоматизированные системы, включая беспилотные летательные системы, должны рассматриваться как элементы единой информационной системы, формируемой различными техническими средствами наземного, авиационного и космического вида. Основные решаемые задачи на новом, качественно более высоком уровне.

 

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при решении задач охраны лесов и аэрофотосъемка в лесном хозяйстве
Назначение:
• Патрулирование локальных территорий лесного фонда с целью обнаружения лесных пожаров;
• Информационное обеспечение наземных команд пожаротушения;
• Лесопатологическое обследование;
• Противодействие незаконной хозяйственной деятельности.

Мониторинг лесных угодий и объектов лесной инфраструктуры-БЛА лес:

• контроль за соблюдением правил лесоохраны;

• поиск и обнаружение незаконных вырубок;

• поиск и выявление несанкционированных свалок;

• обнаружение очагов лесных пожаров и отслеживание их распространения;

• проектирование противопожарных и лесозащитных мероприятий;

• мониторинг линий электропередач в лесных массивах;

• создание тематических карт лесных угодий;

• карты видов леса;

• карты подверженности леса болезням и вредителям;

• карты состояния и объемов леса;

• картографирование и анализ состояния объектов лесной инфраструктуры;

• получение актуальной и достоверной информации о состоянии лесных земель и лесных насаждений;

• определение таксационных показателей древостоев;

• среднесрочное и оперативное планирование лесозаготовок;

• контроль воспроизводства лесных ресурсов;

• мероприятия по выявлению лесов высокой природоохранной ценности ЛВПЦ;

• мероприятия по сохранению биоразнообразия;

• оптимизация технологических схем разработки лесосек;

Для мониторинга местности применяются следующие бортовые целевые нагрузки:

• видеокамеры оптического диапазона;
• видеокамеры инфракрасного (ИК) диапазона (тепловизоры);
• аэрофотоаппараты оптического диапазона. 

В ходе выполнения полета по маршруту авиационного патрулирования локальной территории оператор, осуществляя просмотр видеоизображения, передаваемого с БПЛА в режиме реального времени, ведет наблюдение за появлением дыма и одновременно контролирует параметры полета (особое внимание уделяется удаленности БПЛА от точки старта, скорости и направлению ветра, напряжению батарей). Видеокамера БПЛА устанавливается на 2-ух осевой подвес, который может в любой момент управляться оператором, в зависимости от задачи. Заметив дым, оператор вносит изменения в маршрут полета и направляет его к дымовой точке. 

 

Информационное обеспечение наземных команд пожаротушения
За каждым лесным пожаром, возникшим на обслуживаемой территории, устанавливается наблюдение с воздуха с момента его обнаружения и до полной ликвидации.

Необходимость облета пожара устанавливается на основании информации, получаемой от руководителя тушения лесного пожара. Облет лесного пожара производится 2-3 раза в день.

Общий осмотр пожара с беспилотника с камерой производится на высоте полета 50-500 м. При каждом осмотре на карту (карту-схему) наносятся границы пожара и около нее указывается дата осмотра и площадь, что позволяет выявить динамику распространения пожара.

Во время осмотра действующих лесных пожаров оператор определяет основное направление распространения огня, наличие угрозы распространения пожара объектам экономики и населенным пунктам, наличие отдельных очагов горения, участков, особо опасных в пожарном отношении, места перехода огня через минерализованные полосы, и по возможности выявляет местонахождения людей и техники, занятых на тушении пожара с целью определения правильности их расстановки на кромке пожара. Одновременно с получением видеоинформации представителями лесной службы принимаются решения о тактических способах тушения, маневрировании людскими и техническими ресурсами. Намечаются естественные рубежи для остановки огня, подъездные пути (подходы) к пожару, участку кромки (дороги, тропы, озера, ручьи, реки, мосты).

1. Борьба с лесными пожарами:

• проведение воздушной разведки кромки действующего крупного пожара самостоятельно силами наземных и аэромобильных команд тушения. Легкие мультироторные БПЛА, запускаемые с руки, решают задачу «разведки за холмом», способны осуществлять оперативную информационную поддержку пожарной бригады по необходимости. Сейчас подобная задача решается эпизодически, при наличии воздушного судна;

• использование БПЛА в качестве географически привязанного воздушного пункта наблюдения («летающей вышки») для обнаружения пожаров в районах возникновения высокой (чрезвычайной) пожарной опасности лесов, прежде всего в целях защиты населенных пунктов;

• осмотр действующих пожаров (в т.ч. с использованием инфракрасных камер) в чрезвычайные периоды, когда применение классической авиации невозможно из-за задымленности района; использование БПЛА в качестве ретранслятора УКВ-связи при организации радиосвязи на лесных пожарах;

• мониторинг состояния торфяных пожаров.

Для проведения анализа целесообразности и эффективности применения беспилотных летательных аппаратов в лесном хозяйстве в первую очередь необходимо найти корректное определение, что же такое БПЛА. Согласно определению в Федеральных авиационных правилах № 138 (ФАП-138), утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации 11.03.2010 г.: «беспилотный летательный аппарат» - летательный аппарат, выполняющий полет без пилота (экипажа) на борту и управляемый в полете автоматически, оператором с пункта управления или сочетанием указанных способов. Конструктивно БПЛА состоит из:

• летающей платформы, способной перемещаться в пространстве;

• системы управления, обеспечивающей управление в дистанционном или в автономном режиме;

• полезной целевой нагрузки.

 

 В современных условиях уровень развития беспилотных авиационных технологий в России позволяет четко оценить возможности беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) разных классов. Направление развития БПЛА идет от универсальности» в сторону «специализации» беспилотных аппаратов и самих комплексов на «унифицированных» платформах управления, т.е. комплексы, в перспективе, будут создаваться исключительно под целевые требования заказчика. При этом «унификация» платформы управления позволят формировать один комплекс с набором аппаратов разного класса и типа. Данный подход позволяет снизить стоимость как самого комплекса, так и удельные затраты в период его эксплуатации за счет оптимизации выполнения полетов путем выбора типа аппаратов и полезной нагрузки под конкретные задачи.

Возможности использования БПЛА в интересах лесохозяйственных задач:

1. патрулирование участков лесного фонда;

2. информационное обеспечение наземных команд пожаротушения;

3. лесопатологическое обследование;

4. противодействие незаконной хозяйственной деятельности

Использование БПЛА  будет способствовать повышению раскрываемости преступлений в области незаконной хозяйственной деятельности и позволит организовать эффективную систему охраны леса от незаконных рубок.

Перспективным представляется достаточно новый тип БПЛА –многоосный вертолет или «мультикоптер»

Основным производителем являются компании Mikrokopter (Германия) и DraganFly (США). Конструктивно это микровертолеты с различным количеством несущих винтов от 4 до 16, расположенных симметрично. Вес вертолетов от 0,5 до 10 кг. Такая конструкции обеспечивают простоту управления, устойчивость полета, сключительную маневренность, низкую аварийность. Оператор получает возможность осматривать различные высокие объекты, сооружения, здания, в том числе с полетом внутри комнат, коридоров. Недостатки - малая дальность и время полета, упрощенная целевая нагрузка.

БПЛА российского производства мультироторного типа, МИИГАиК  X4.

БПЛА вертолетного типа: Геоскан 401, Суперкам Х8.

Оценка БПЛА типа «мультикоптер» выявила  достоинства.

Достоинства БПЛА для решения лесохозяйственных задач:

• компактные геометрические размеры при транспортировке;

• малый срок подготовки к вылету – 3-10 минут;

• отсутствие ограничений по размерам взлетных площадок;24

• простая процедура старта, возможность старта практически с любой площадки размерами 2х2 метра, а при еобходимости с капота автомобиля;

• автоматическая посадка в заданную точку, на ограниченные площадки;

• простая процедура посадки, минимизация вероятности повреждения аппарата;

• при посадке основным вероятным повреждением является повреждение винта или группы винтов, что легко устранимо в полевых условия в течение нескольких минут с помощью комплекта ЗИП;

• возможность работы на малых высотах от 0 до 100 метров без ограничений;

• возможность ручного управления при выполнении полетов на малой высоте;

• возможность детального рассмотрения выбранного объекта с любой близкой дистанции;

• наличие режима автоматического удержания аппарата в заданном местоположении и высоте, т.е. возможна работа в качестве «пожарно-наблюдательной вышки»;

• при работе в режиме «пожарно-наблюдательной вышки» возможность определения координат обнаруженной дым-точки методом триангуляции;

• возможность оперативной замены бортовой целевой нагрузки (оптическая видеокамера, цифровой фотоаппарат, тепловизор и т.п.), с целью получения фото и видеоматериала заданного качества;

• малый вес и малая «рабочая» скорость в случае падения снижают размеры вероятного ущерба различным объектам, и снижает опасность для жизни и здоровью персонала (людей).

Таким образом, технологические задачи решаемые данным типом БПЛА представляются следующими:

1. оперативная информационная поддержка работы наемных сил при тушении малых и средних лесных пожаров преимущественно в районах наземной охраны.

2. мониторинг развития кромки торфяного пожара непосредственно при проведении мероприятий по его локализации.

3. использование БПЛА в качестве оперативного пожарного наблюдательного пункта (ПНП) наземными силами при проведении патрулирования лесного фонда с целью обнаружения загораний.

4. проведение детального лесопатологического обследования крон деревьев, фото и видео документирования повреждений.

 

Для экологического мониторинга прибрежных районов в России на российских судах экологического патрулирования могут  использоваться БПЛА мультироторного типа.

Мониторинг акваторий и прибрежных зон:

• выявление границ бассейнов, водосборов. Моделирование процессов затопления территории во время наводнений и паводковых разливов;

• проведение мониторинга береговых линий, русловых процессов и состояния водоохранных зон;

•  оценка ледовой обстановки, мониторинг снежного покрова;

• мониторинг нефтяных загрязнений;

наблюдение за различными процессами и явлениями (контроль нелегальной хозяйственной деятельности в заповедниках, нелегального рыболовства

Авиаучет животных с БПЛА

Применение для авиаучёта численности диких копытных животных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет значительно снизить стоимость работ, а применение для съёмки фотокамер с высокой разрешающей способностью устраняет фактор субъективизма. Последующая обработка данных параметров позволяет абсолютно точно «привязать» каждый снимок к карте местности.

Дешифровка полученных снимков позволяет определить не только плотность и численность учитываемых видов животных, но и их биотопическое распределение, количественный состав групп. 

Метод авиаучета численности охотничьих ресурсов заключается в определении количества животных на заданной площади с помощью фото- и видеосъемки, сделанной с беспилотного летательного аппарата. На основании полученных материалов, обработанных в соответствии с методом проведённого обследования территории, рассчитывается показатель численности учитываемого вида для всего угодья. Учет данным способом может осуществляться как в отношении одного, так и нескольких видов охотничьих ресурсов.

           Для проведения авиаучёта используется современный БПЛА, оборудованный цифровой профессиональной фотокамерой, и комплекс специализированных компьютерных программ для обработки полученных данных.

Эксплуатация БПЛА в производственных условиях подразделяется на следующие этапы:

 предварительная подготовка;

 предполетная подготовка;

 выполнение полета (взлет, полет по маршруту, посадка);

 работа на земле (обработка данных).

Предполетная подготовка проводится в день полета и предусматривает выполнение следующих работ:

 уточнение задания;

 изучение метеообстановки в районе выполнения полетов, действий на случай ее ухудшения.

 согласование действий с заинтересованными структурами (лесная служба, МВД и др.);

 составление полетного задания (загрузка в наземную станцию управления (НСУ) маршрута полета).

 определение безопасной высоты полета;

 выдвижение в район работ, подбор, осмотр и подготовка пусковой площадки (в направлении взлета убирается (утаптывается) трава, поросль, снег);

 установление связи с РЦ ЕС ОрВД, при которой сообщается (уточняется) маршрут (район) полета, рабочие высоты, время начала и окончания работ;

 принятие решения на вылет

Специалисты региональных центров защиты леса федерального учреждения «Рослесозащита» могут использовать «мультикоптер» при проведении детального лесопатологического обследования. Применяя БПЛА в ручном режиме управления в пределах прямой видимости на удалении 10-300 метров, используя в качестве целевой нагрузки видеокамеру высокого разрешения или фотоаппарат, можно провести осмотр крон и верхушек деревьев, выявляя повреждения на ранней стадии. Провести документирование результатов. Такой способ существенно увеличивает производительность обследования и снижает трудоемкость.