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.
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
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.