CC BY
8
АЭРОФОТОСЪЕМКА КАК ИНСТРУМЕНТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ
В.В. Мельник, аспирант
А.И. Караваев, аспирант
О.Г. Любская, д-р мед. наук, профессор
Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн.
Искусство)
(Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-5-216-220
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы, касающиеся инструментов экологического мониторинга, в частности, аэрофотосъемки. Получаемые сведения о состоянии почв, воздуха, водных акваториях, лесных массивах, природных объектах, оформляются в отчеты, которыми руководствуются надзорные органы при вмешательстве в антропогенную деятельность, наносящую урон природе и людям, проживающим на этой территории. Описана сфера применения данного метода. Даны характеристики летательных аппаратов, с помощью которых осуществляется данный вид наблюдений. Представлены достоинства и недостатки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в зависимости от выполняемой ими задачи.
Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты (БПЛА), экология, лесное хозяйство, несанкционированные мусорные свалки, оборудование.
Во все времена люди пытались получить знания о той территории, на которой проживали и которую осваивали в своей хозяйственной деятельности. Экологический мониторинг в настоящее время является тем инструментом, благодаря которому возможно получение сведений об окружающей природной среды с целью выявления и оценки негативной динамики изменений, происходящих по вине хозяйственной деятельности людей. Следовательно, мониторинг окружающей среды является средством обеспечения экологической безопасности, поэтому изучение данных вопросов является актуальным сегодня.
Экологический мониторинг является комплексным мероприятием, основными задачами которого являются следующие:
- сбор актуальной информации об изменениях в экосистеме;
- наблюдение за химическими, биологическими, физическими процессами в динамике;
- выявление источников негативного влияния на природу;
- наблюдение за кругооборотом различных опасных веществ в окружающей сре-
де, включая токсические и радиационные, а также время разложения отходов;
- построение тенденций изменения состояния природной среды.
Современный мир предлагает человечеству большую палитру технологических возможностей наблюдения за природными явлениями, а также за результатами антропогенной деятельности. Одним из эффективных инструментов наблюдения за местностью и объектами, на ней находящимися, в настоящее время является дистанционное зонирование Земли (ДЗЗ) [1], в котором аэрофотосъемка выступает наиболее оперативным способом получения геопространственных сведений. Основным преимуществом данного метода сбора информации является то, что все сведения собираются без контакта с изучаемыми компонентами различных систем, будь то массивы леса, либо несанкционированные свалки.
Согласно определению, аэрофотосъемка (АФС) представляет собой метод фотографирования земной поверхности с определенной высоты посредством аэрофотоаппарата, установленного на пилотируемом или беспилотном летательном аппа-
рате (БПЛА) с целью получения, представления объективных пространственных данных, снятых с участков произведенной съемки, для дальнейшего анализа и
Полученные в результате фотографирования земных участков используют для создания топографических карт, которые отображают в режиме реального времени физические особенности местности, включая высоту рельефа, расположение природных и искусственных объектов и распределение растительности. К особенностям такого рода съемки можно отнести применение специализированных камер.
В сфере наблюдения за природой и природоохранной деятельности, сельском хозяйстве аэрофотосъемка позволяет отслеживать развитие и передвижение популяций, осуществлять контроль за экологическим состоянием природных объектов, причем, делать это в динамике, а также получать картинку в режиме реального времени обо всех чрезвычайных ситуациях в наблюдаемых природных зонах, включая пожары.
Применительно к лесному хозяйству ДЗЗ находит применение для мониторинга лесного покрова и идентификации видов, его составляющих. Поскольку лесные массивы покрывают большую территориальную площадь, актуальным является одновременное отображение детальных характеристик, составляющих собственно лесной массив (например, высота, плотность деревьев, их тип), а также и свойств территории, на котором он произрастает.
Для работников лесного хозяйства важна возможность определения и разграничения различных типов лесов, будь то хвойные, или лиственные породы, болотистые участки и другие особенности экологических систем, составляющие определенный изучаемых объект лесонасаждений. Получаемые с помощью аэрофото-
наблюдения в динамике изучаемых объектов.
Параметры аэрофотосъемки представлены в таблице 1.
съемки данные доступны в различных масштабах и разрешениях, что прописано в соответствующих локальных или региональных требованиях к данному методу [2].
Детальность отображения местности -это основное требование, зависящее от масштаба проводимого исследования. Динамическое отображение изменений в покрове деревьев, текстуры и плотности их листвы, используют следующие разновидности аэрофотосъемки:
- мультиспектральные изображения (данные с очень высоким разрешением), дающие возможность точной идентификации видов;
- многоразовые снимки одной территории. Их используют для получения информации о сезонных изменениях различных видов растений;
- стереофотография, которая позволяет разграничивать виды, проводить оценку плотности и высоты деревьев.
- радары, нашедшее широкое применение в зоне влажных тропиков, благодаря их свойству выдавать изображение при любых погодных условиях, при любой влажности воздуха;
- лидары, дающие возможность получить 3Б структуру леса, оценить высоту деревьев, области корон и количество деревьев на единице площади, а также обнаружить изменения высоты поверхности земли и объектов на ней.
Данный инструмент используют картографы и геодезисты для создания и обновления специальных карт и планов, включая их цифровые топографические аналоги, а также для создания 3D моделей рельефа и местности, в том числе по результа-
Таблице 1. Характеристика формата аэрофотосъемки
Соответствие масштабу фотосъемки 1:5000 1:2000 1:1000 1:500
Пространственное разрешение, см\пикс 25 10 5 2,5
Плановая точность, м 2 0,8 0,4 0,2
Плановая точность по высоте, м 0,33-0,66 0,16-0,33 0,16 0,16
Сечение рельефа, м 1 или 2 0,5 или 1 0,5 0,5
там деятельности человека, а именно: ландшафт в промышленных и жилых зонах, состояния сельскохозяйственных территорий и т.п.
Выбранный вид наблюдений активно используется в археологии, системе жилищно-коммунального хозяйства, в том числе для определения характеристики транспортной инфраструктуры, а также в городском планировании, при определении планов развития инфраструктуры и управления природными ресурсами.
Выявление и сопоставление изменений состояния наблюдаемых участков поверхности земельных районов необходимо для обновления имеющихся карт, отражающих состояние растительного покрова, площадь вырубок, поврежденность от пожаров либо затоплений, площадей эрозии почв, иссушение литосферы, что и является рациональным использованием природных ресурсов. Сезонными изменениями отличаются лиственные леса и сельскохозяйственные угодья, годовым изменениям подвержены районы разрастания городских поселений, пространства вырубки леса, а также незаконные мусорные свалки и полигоны.
Накопление отходов в современном обществе происходит с катастрофической скоростью, превышающей увеличение численности населения на нашей планете в несколько раз. Многие виды мусора распадаются длительное время, например, стекло, пластик, синтетические материалы. Стихийные несанкционированные свалки вокруг городов ежегодно занимают новые территории. Для того, чтобы контролировать ситуацию, необходимо проводить регулярный экологический мониторинг природных территорий [3].
Для этих целей с помощью БПЛА проводят мониторинг таких объектов. На основании полученных данных создают ор-тофотоплан и смоделировать участок свалки, в котором возможно определить тип мусора (бытовой, строительный), оценить скорость его роста, создать план по ликвидации и применить меры к появлению новых отходов.
За последние два десятилетия созданы БПЛА с движителем роторного типа,
оснащенные системами глобального позиционирования (GPS). Последовательно расширялся ассортимент аппаратов на радиоуправлении. Менялись их характеристики. Одной из важнейших для осуществления наблюдений в условиях ограниченного пространства - возможность вертикального подъема в воздух.
Специалисты пользуются также термином «Беспилотная авиационная система» (БПАС). Эта авиационная система включает в себя: собственно беспилотный летательный аппарат, пульт оператора (или -иначе называют - пункт управления), прямую спутниковую радиосвязь, осуществляющую руководство работой летательного аппарата, а также дополнительное оборудование, необходимое для перевозки или обслуживания БПЛА.
Преимущества БПЛА, в сравнении с пилотируемой авиацией, выглядят очень существенно, поскольку отсутствие пилота на борту позволяет малым летательным формам иметь облегченную конструкцию, не подразумевающую рабочее место пилота - человека. Это принципиальное отличие дрона от пилотируемого аппарата позволяет:
- выпускать БПЛА сколь угодно малых размеров;
- выполнять любые маневры, без учета физиологических ограничений организма человека;
- допуски по надежности самого аппарата занижены по сравнению с пилотируемым объектом;
- отсутствие пилота позволяет расширить временные рамки применения БПЛА, поскольку нет ограничений по необходимости заниматься жизнеобеспечением летчика;
- сегодня стали реальными проекты беспосадочных БПЛА, вырабатывающих ресурс в течение одного полёта, который может продолжаться до нескольких лет.
Бортовая аппаратура управления на беспилотных дронах устанавливается, как правило, на базе специализированных вычислителей цифровых сигнальных процессоров или компьютеров формата PC/104, Micro PC под управлением операционных систем реального времени, таких как QNX,
VME, VxWorks, XOberon. Программное обеспечение создается, в основном, на языках высокого уровня, таких как Си, Си++, Модула-2, Оберон SA или Ада 95.
Информация, полученная с помощью БПЛА, передается на пункт управления с помощью радиопередатчика, обеспечивающего радиосвязь с наземным приёмным оборудованием. В зависимости от формата изображений и степени их сжатия пропускная способность цифровых радиолиний передачи данных с борта БПЛА может составлять единицы-сотни
Мбит/секунду [5].
Современные коптеры имеют устройства, включающие камеру видеонаблюдения и съемки высокого разрешения (от HD качества до Full HD 2,7K и Ultra Full HD 4K качества), тепловизор, газоанализатор [6].
Существуют БПЛА самолетного типа, подходящие для большого количества задач, а именно:
- полеты на большие расстояния с целью доставки грузов; аэрофотосъемки на большом удалении от оператора;
- проведение инспектирования линейных объектов, имеющих длительную протяженность;
- выполнение видеонаблюдения в видимом (за счет камеры) и инфракрасном спектре (за счет тепловизора);
Большое внимание учеными уделяется проблеме противодействия БПЛА в условиях военного времени, в качестве сбора разведывательных данных, поскольку это имеет огромное значение для защиты территории страны от недружественного внимания.
В заключение следует сказать, что в современных условиях экологический мониторинг достаточно хорошо оснащен необходимыми инструментами, включая такой,
- организации площадной съемки больших объемов, за счет использования фотокамер, видимого и мультиспектрального диапазонов.
Особенностями БПЛА самолетного типа является наличие неподвижного крыла, благодаря которому они держатся в воздухе за счет создания подъемной силы и полета. Самолетный тип БПЛА отличается от других видов беспилотников большей длительностью и дальностью полета при более высокой скорости. Эти характеристики позволяют использовать БПЛА самолетного типа в тех случаях, когда аппарату необходимо длительное время находиться в воздухе для достижения наибольшей длины маршрута.
К БПЛА самолетного типа относятся также беспилотные самолеты вертикального взлета и посадки - гибридные (муль-тироторные) самолеты и конвертопланы. Их преимущество заключается в том, что для их эксплуатации можно использовать ограниченные площадки, но из-за больших затрат энергии на взлете, посадке и в режиме висения они теряют в продолжительности полета и экономичности.
По оперативным характеристикам БПЛА Министерством обороны США разделены на пять групп (табл. 2).
как аэрофотосъемка, поскольку производственная индустрия в настоящее время способна обеспечить нужды различных сфер жизнедеятельности общества всеми требуемыми составляющими. Установка видеоаппаратуры осуществляется на различные модификации летательных аппаратов, имеющих радиоуправление и не требующих пилота для выполнения наблюдений (БПЛА).
Таблице 2 Оперативные характеристики БПЛА
Группа Масса, кг Рабочая высота, м Скорость (узлов) Пример
I 0-9 < 360 45-50 RQ-11 Raven
II 9-25 < 1050 < 250 ScanEagle
III < 600 < 5400 RQ-7 Shadow
IV > 600 любая MQ-1 Predator
V > 5400 RQ-4 Global Hawk
Библиографический список
1. Учебное пособие по дисциплинам «Картография, фотограмметрия и дистанционное зондирование земли». - Казань, 2018. - 121 с.
2. Алчинов А.И., Кекелидзе В.Б. Современные методы визуализации рельефа // Геопрофи. - 2006. - №1.
3. Савватеева Л.М., Кузьмин Р.М., Любская О.Г. Современные способы решения экологических проблем Арктики и Заполярного Круга // Тенденции развития науки и образования. - 2022. - № 85, Ч. 2. - С. 125-127.
4. Павлушенко М., Евстафьев Г., Макаренко И. Беспилотные летательные аппараты: история, применение, угроза распространения и перспективы развития. - М.: Права человека, 2005.
5. Иванов Д.Я. Методы роевого интеллекта для управления группами малоразмерных беспилотных летательных аппаратов // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2011. - № 3. - С. 221-229.
6. Костюк А.С. Использование малых летательных аппаратов и цифровой съемки для обновления плановых материалов и мониторинга объектов нефтегазового комплекса // Тезисы доклада. 10-я Всероссийская научно-практическая конференция «Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях». - Сургут, 2009.
AERIAL PHOTOGRAPHY AS A TOOL TO ENSURE ENVIRONMENTAL SAFETY
V.V. Melnik, Postgraduate Student
A.I. Karavaev, Postgraduate Student
O.G. Lyubskaya, Doctor of Medical Sciences, Professor
Russian State University named after A.N. Kosygin (Technology. Design. Art) (Russia, Moscow)
Abstract. The article deals with the issues related to environmental monitoring tools, in particular, aerial photography. The received data on the state of soil, air, water areas, forests, natural objects are drawn up in reports, which are used by supervisory authorities when interfering with anthropogenic activities that damage nature and people living on this territory. The scope of application of this method is described. The characteristics of aircrafts, with the help of which this type of observation is carried out, are given. Advantages and disadvantages of unmanned aerial vehicles (UAVs) depending on the task they fulfil are presented.
Keywords: unmanned aerial vehicles (UAVs), ecology, forestry, unauthorised rubbish dumps, equipment.
