Сравнительный анализ средств воздушного мониторинга охотничьих ресурсов

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СРЕДСТВ ВОЗДУШНОГО МОНИТОРИНГА ОХОТНИЧЬИХ РЕСУРСОВ

О.А. Греков, Полевой В.И.
ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет»

 

В Федеральном Законе от 10.01 2002 г. № 7 - ФЗ «Об охране окружающей среды» закреплен один из основных принципов охраны природы  -  рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов. Однако рациональное использование ресурсов живой природы невозможно без наличия достоверных сведений о ее состоянии и, в частности, о численности охотничьих видов животных. Ихучет осуществляется несколькими способами.

Самым распространенным считается зимний маршрутный учет (ЗМУ). Он проводится  в зимний период. Основу ЗМУ составляют визуальные наблюдения и анализ следов жизнедеятельности животных. К недостатком этого способа учета относится зависимость результатов от состояния погоды, ограниченность дальности, субъективность и возможная повторяемость учетных данных, что вносит высокую погрешность.   

С середины 60-х годов в практику учета стал активно внедряться воздушный способ, основанный на использовании летательных аппаратов (ЛА) - вертолетов Ми-4, Ми-2, Ка-25 и самолетов Ан-2. На их борту размещаются специально подготовленные учетчики из числа егерей и специалистов-охотоведов.  Вначале учетчики ведут визуальное наблюдение и заполняют учетные карточки, а затем эти результаты обрабатывают с использованием соответствующих математических методов.

Повышению точности учетов способствует использование бортовой навигационной спутниковой аппаратуры, малогабаритных фотоаппаратов с большим разрешением, теплопеленгаторов и высокопроизводительных электронных вычислительных средств (Агроэкология, 2002). При этом полученные данные как непосредственно об объектах охоты, так и об условиях их обитания преобразуются в цифровой вид, удобный для анализа и длительного хранения

Использование новых информационных технологий (НИТ) открыло возможность осуществлять сбор информации об объектах мониторинга, обрабатывать ее и готовить отчеты о наличии животных на маршруте полета  на фоне цифровой модели местности с точными координатами, полученными от спутниковых навигационных систем. Такая информация, записанная в цифровом виде, позволяет точно воспроизводить процесс мониторинга и использовать его результаты в научных исследованиях.  Это вывело мониторинг охотничьих ресурсов  на качественно новый уровень.

Удорожание энергоносителей к началу XXI века и, как следствие, удорожание стоимости аренды вертолетов  и легкомоторных самолетов выдвинуло проблему поиска экономически выгодного средства воздушного мониторинга.  Дальнейшее совершенствование технических средств и программного обеспечения (Интернет, ГИС - и мультимедийные технологии) позволяют вводить в состав бортовых комплексов мониторинга (БКМ) новые современные элементы и реализовывать современные способы интегрированной обработки получаемой информации.

Как известно, от того, как и по каким критериям оценивается система (особенно сложная и многоуровневая), зависит во многом и сам результат этой оценки. Для получения адекватных результатов, отражающих полноту требований к объекту исследования (воздушному средству мониторинга), целесообразно  проводить системный анализ по большему количеству общих и частных критериев отражающих как характеристики, так и системные связи внутри объекта исследования. В качестве таковых могут выступать:

1. Частные критерии – количественные и качественные характеристики, наиболее полно описывающие отдельные  свойства рассматриваемого объекта исследования.

2. Общие критерии – простые либо интегральные характеристики, очерчивающие наиболее существенные и важные стороны объекта исследования, позволяющие производить количественное сравнение с другими аналогичными объектами.

 К указанным критериям предъявляются следующие требования:
- они должны быть универсальными и одинаково применимы при анализе свойств каждого из оцениваемых объектов;
- при окончательном отборе параметров оценки должны использоваться только критерии, выбранные группой экспертов (специалистов в данной предметной области), что исключает возможный субъективизм и непрофессионализм;
- система критериев должна всесторонне оценивать объект как средство для эффективного проведения воздушного мониторинга.

Исходя из изложенного, при оценке объектов, в качестве частных критериев необходимо использовались показатели дальности и продолжительности полета воздушного судна  (дальность и  продолжительность полета при проведении мониторинга, высоту полета воздушного судна  и т. д.). Немаловажное значение имеют показатели грузоподъемности (максимальный взлетный вес, количество  топлива на борту, полезная нагрузка, количество членов экипажа и пассажиров и др.), а также количество и оборудование рабочихмест на борту судна (состав экипажа; количество операторских мест в кабине;  эргономические особенности  пассажирской кабины для обеспечения длительного полета в условиях сложной воздушной, навигационной, метеорологической обстановки и в особых случаях в полете) и характеристики маневренности воздушного судна на различных режимах полета (путевая управляемость судна на малых скоростях и на крейсерском режиме полета; располагаемые угловые скорости движения летательного аппарата относительно продольной, поперечной и нормальной осей; время реакции летательного аппарата на движения рулей и т. д.).

В качестве общихкритериев оценки необходимо выбирались такие количественные интегральные показатели как себестоимость эксплуатации воздушного судна, производительность мониторинга одним комплексом за сутки, неделю, месяц и год, а также качественные интегральные критерии: надежность и безопасность выполнения работ на том или ином воздушном судне; конструктивная и технологическая  адекватность ЛА  для выполнения  мониторинга охотничьих ресурсов; его итоговая результативность

Практика применения воздушных средств для мониторинга охотничьих ресурсов в нашей стране и за рубежом, показал, что наиболее эффективными выступают следующие классы: легкие и средние вертолеты, легкие самолеты, автожиры, мотопаралеты (мотодельтапланы).

1. Сведения о различных летательных аппаратах                         

Свойства

Легкий вертолет

Средний вертолет

Самолет

Автожир

Мотопаралет

Располагаемый диапазон крейсерских высот скоростей полета ЛА

100-1000/ 100-250

200-2000 / 120-280

300-3000/ 150-600

100-700/ 100-200

50-600/

 70-120

Максимальная грузоподъемность, кг

300

1500

более 1000

250

200-250

Максимальная дальность полета, км

350

750

более

500

300

250

Себестоимость 1часа эксплуатации ЛА, $

100-150

300-400

более 400

100

Менее 100

Количество рабочих мест на борту летательного аппарата, включая экипаж

3-4

Более 3

более 3

1-3

1-2

Маневренность и управляемость в условиях полета на малой высоте

высокая

Низкая

низкая

высокая

Высокая

Возможность размещения  БКМ, включая лазерный сканер, тепловизор,  видеосистему, приемо-индикаторы СНС

нет

Да

да

нет

Нет

Соответствие мощности электросистемы требуемой нагрузке оборудования

да

Да

да

нет

Нет

Возможность глобального автономного использования платформы в условиях существующей инфраструктуры РФ

нет

Да

да

нет

Нет

Всепогодность средства

да

Да

да

нет

Нет

Вибрация воздушного судна на режимах полета, оптимальных для выполнения съемки

высокая

Высокая

низкая

высокая

Низкая

Возможность эксплуатации с неподготовленных площадок

да

Да

нет

да

Да

Возможность выполнения работ  в режиме зависания

да

Да

нет

нет

Нет

 

Анализ данных табл. 1 показывает, что ни один из рассматриваемых классов ЛА в полном объеме не является универсальной. При этом максимальной эффективностью обладают средние вертолеты, однако они низко маневренны, дороги в эксплуатации и имеют высокие значения вибрации. Эти недостатки не свойственны самолетам, но они не приспособлены для действий с неподготовленных площадок и осуществлять полет в режиме висения, имеют высокую себестоимость эксплуатации. Легкие вертолеты, автожиры и мотопаралеты относительно дешевы и во многом эффективны при проведении работ в локальных районах, однако, как правило, они не обеспечивают возможности полета с требуемой полезной загрузкой, ограничены в дальности и продолжительности полета.

Эти недостатки вышеперечисленных ЛА указывают на необходимость изыскания других типов воздушных платформ для проведения мониторинга. С середины 90-х годов в России возрос интерес к изысканию возможности применения дирижаблей для решения различных задач. Сначала возникли проекты применения тепловых дирижаблей в рекламных целях и для проведения обзорных экскурсий. Более серьезным проектом стало применение гелиевых дирижаблей в интересах улучшения организации дорожного движения г. Москвы. В сентябре 2005 г. совершили первые полеты патрульные дирижабли AU-12 авиации МВД РФ. В середине 2006 г. приступил к летным испытаниям  патрульный  дирижабль ПД-360 ЗАО «Аэроскан», первый из трех, предусмотренных проектом.

Исследования характеристик существующих и перспективных дирижаблей (табл. 2),  которые могут рассматриваться в качестве воздушного средства для решения задач мониторинга охотничьих ресурсов, показывают, что их дальнейшее развитие достаточно перспективно.          

2. Основные характеристики дирижаблей

Показатели
ПД-360

МД-900

ДПД-500

Au-12

AV-1R

Объем оболочки, м3

1275

9050

50150

1250

2800

Тип подъемного газа

Инертный на основе гелия

Тепловой

Диапазон крейсерских высот полета, м

0–2000

0-3000

0-3000

0-1500

0- 800

Диапазон  скоростей полета , км./час

0- 110

0-130

0-150

0-100

0-30

Полезная нагрузка, кг

1400

3170

15200

250

750

Максимальная дальность полета без дозаправки, км

1000

До 4000

9000

350

60

Себестоимость одного часа эксплуатации ЛА, $

80-90

80- 90

60-80

80-90

60-80

Количество рабочих мест на борту, включая экипаж

6

3-6

12

2

2

Возможность размещения БКМ

да

Да

да

нет

нет

Соответствие мощности электросистемы требуемой нагрузке оборудования

да –

5 кВт

да –

5 кВт

да –

15 кВт

нет

нет

Всепогодность средства

да*

да*

да*

да

нет

Вибрация воздушного судна

низкая

низкая

низкая

низкая

нет

Возможность эксплуатации с неподготов- ленных  площадок (водной поверхности)

да

 

да

 

да

 

да

да

Возможность выполнения работ  в режиме висения

да

да

да

да

да

             

Для дирижаблей характерно следующее:      
- могут длительное время эксплуатироваться в таких диапазонах скоростей и высот полета, которые недоступны другим судам;
- грузоподъемность существующих патрульных дирижаблей в 1350 - 1400 кг позволяет размещать экипаж 2 - 6 человек, брать на борт до 400 кг специального оборудования, около 500 кг авиационного топлива для  автономного полета продолжительностью до 16-20 часов;
- максимальная дальность полета более 1000 км позволяет планировать и осуществлять мониторинг на значительном удалении объектов мониторинга от мест базирования;
- минимальные показатели вибрации грузопассажирской гондолы, что выгодно отличает его от легких, а тем более, средних вертолетов и самолетов;
- возможность эксплуатации с неподготовленных площадок и высокая автономность данного воздушного судна обеспечивает его применение в труднодоступных районах Севера, Дальнего Востока и Сибири, а применение ДПД-500 и мониторинг широкой акватории прибрежных вод и обитателей островов.
- современные дирижабли пожаро- и  экологически безопасны, удобны в эксплуатации, имеют себестоимость ниже, чем другие ЛА.

Для определения рациональности применения дирижаблей для воздушного мониторинга был проведен сравнительный анализ временных и экономических показателей площадной аэросъемки, выполненной вертолетом Ми-8 как одним из наиболее эффективных существующих средств воздушного мониторинга и патрульного дирижабля ПД-360 (рис. 1). Анализ сравнительных характеристик показывает, что применение дирижаблей для целей мониторинга охотничьих ресурсов более эффективно, чем других летательных аппаратов.

Исходя из вышесказанного, дирижабль может рассматриваться как перспективное воздушное средство для установки на его борту современного бортового комплекса мониторинга, который представляется сложной технической системой, построенной на основе применения средств, реализующих различные физические принципы для получения надежной информации об объектах мониторинга.   

В такой технически сложной системы  может быть положено комплексное применение различных по диапазонам измерения характеристик и физическому принципу фиксации параметров, средств:
1) устройств лазерного сканирования, формирующего высокоточную объемную модель подстилающей поверхности;
2) цифровой оптической системы для получения изображения объектов;
3) системы получения изображения в ИК-диапазоне;
4) радиолокационной системы в мм –диапазона для получения контуров объектов.

 

Для качественной и оперативной обработки получаемой информации об объектах мониторинга необходима централизованная техническая система, производящая цифровую обработку разнородной информации на фоне электронных карт местности. Такой системой может выступить  надежный и высокопроизводительный процессор, программное обеспечение которого реализует новые информационные технологии (Интернет, мультимедийные, ГИС). При этом текущие координаты в такой системе определяются по спутниковым навигационным системам ГЛОНАСС и GPS и индицируются  на фоне электронной карты. Для определения типов объектов мониторинга программное обеспечение вычислительной системы должно обеспечивать реализацию методов математического моделирования, теории вероятности, распознавания образов и других.

Применение такой системы позволит  получать достоверные данные об объектах мониторинга на фоне электронной карты с точными координатами, записывать их в базу данных, идентифицировать с установленной точностью,  при необходимости передавать заинтересованным потребителям в режиме реального времени, осуществлять надежное хранение и воспроизведение процесса мониторинга необходимое количество раз. Однако выбор конкретных технических систем и программного обеспечения требует глубокого исследования, результаты которого позволят создать бортовой комплекс мониторинга, отвечающего современным требованиям.       

Таким образом, на современном этапе развития воздушного мониторинга охотничьих ресурсов наиболее рациональным и экономически выгодным воздушным средством, на котором будет развертываться бортовой  комплекс мониторинга, выступает дирижабль. Однако для решения частных задач могут быть использованы и другие вышеперечисленные летательные аппараты, на которых может быть установлен  БКМ, представляющий собой сложную систему, объединяющую современные технические средства получения  и обработки информации, современной технологии ее преобразования, высокоэффективного программного продукта. Очевидно, что исследования в этом направлении являются актуальной научной задачей.

 

Литература

Здор С.Е., Широков В.Б. Оптический поиск и распознавание. М., Наука. 1973 г., 238 стр.
Методические указания по авиаучету лесных копытных животных. М., АгроНИИТЭИПП, 1987 г., 41 стр.
Методические указания по авиаучету  численности копытных животных в горах М., АгроНИИТЭИПП, 1987, 44 стр.
Обзор российского рынка проведения аэросъемочных работ распределенной структуры предприятий и организаций. М., ЗАО «Аэроскан», 2005 г., 53 стр.
Применение инструментальных методов авиаучета лося и предложения по их усовершенствованию. Отчет о результатах авиаучета лося в Мурманской области в Iквартале 2002 г. С.-П., ООО «Аэроэкология», 2002 г., 37 стр.