CC BY
0УДК 62
Целин А.А.
абитуриент в аспирантуру Мытищинского филиала Московский государственный технический университет
им. Н.Э. Баумана (г. Мытищи, Россия)
ПРЕДПОСЫЛКИ И ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БПЛА В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Аннотация: объектом исследования являются беспилотные летательные аппараты российского и иностранного производства, которые используются при выполнении лесохозяйственных задач, в том числе при патрулировании территории лесного фонда для обнаружения лесных пожаров.
Ключевые слова: космический мониторинг, БПЛА, авиалесоохранные работы.
Россия обладает самыми обширными лесными богатствами, требующими постоянных мероприятий по охране и защите, проведение которых невозможно без авиации. Еще 20 лет назад федеральный орган управления лесным хозяйством ежегодно привлекал до 700 воздушных судов (налет составлял более 150 тысяч часов). Можно констатировать, что лесное хозяйство являлось крупнейшим в стране государственным потребителем авиауслуг. Еще Н.П. Курбатский отмечал: «Пожар - явление географическое».
Около 90 % налета воздушных судов (ВС) приходится именно на борьбу с лесными пожарами. 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. Одним из направлений является космический мониторинг.
Создание Информационной системы дистанционного мониторинга и ее промышленная эксплуатация, начавшаяся в 2006 г., позволили снизить остроту проблемы, но в силу технических особенностей космический мониторинг всегда останется лишь дополнительным инструментом в авиационной охране лесов [1]. Другое направление - применение малой авиации с относительно низкой стоимостью лётного часа. Однако российские авиакомпании пока не в состоянии удовлетворить потребности в воздушных судах со взлетной массой 1 - 2,5 т.
Новейшим направлением в авиации считается беспилотная авиация. 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 [2].
БПЛА считаются весьма перспективными средствами для гражданских задач, связанных с однообразной, грязной или опасной деятельностью, т.е. выполнение которых связано с монотонностью или опасностью для пилота пилотируемого воздушное судно (ВС). Pост потребности в БПЛА в разных странах вполне закономерен. Практический опыт применения БПЛА ведущими странами выявил широкий набор гражданских задач, при решении которых беспилотники показывают высокую эффективность (рисунок 1) [3].
Обеспечение Тепе комму н икации 13%
Мониторинг ПЗП
Мониторинг лесных пожаров 12%
Мониторинг нефте-и газопроводов 6%
Охрана границ 11%
Мониторинг ™ Земной поверхности 37%
Патрулирование береговых границ -11%
Рисунок 1. Прогноз европейского рынка не боевых и коммерческих БПЛА до 2023 года по классам решаемых задач.
В 2006 году лесной департамент Швеции предложил использовать БПЛА для инвентаризации лесов. В США эпизодические экспериментальные полеты БПЛА тяжелого класса (1-4 т) на базе аппаратов военного назначения «Predator» и «Ikhana» имелись в период с 2001 по 2008 годы в штате Калифорния. Вывод - применение дорогостоящих БПЛА тяжелого класса может быть оправдано только при необходимости использования специального оборудования (инфракрасные сенсоры, радары, спутниковые каналы связи т.п.) при возникновении чрезвычайных ситуаций.
Боевое крещение в задачах лесоохраны БПЛА «Альтаир» (взлетная масса) получил в 2006 г. Он использовался при организации тушения лесных пожаров в Palm Springs (Калифорния). БПЛА осуществлял непрерывный контроль границ пожара площадью 60 тысяч акров, пролетая над огнем в течении 16 часов, за что получил высокую оценку службой охраны леса США. Летом 2007 года компании «Транзас» (г. С.-Петербург) и «Текнол» (г.Москва) провели экспериментальные полеты БПЛА «Дозор-2» по аэрофотосъемке лесов Мошенского лесхоза Новгородской области.
Летом 2008 г. два беспилотных самолета «Элерон», принадлежащих ФГУ «Авиалесоохрана», использованы при тушении пожаров в лесах Томской области. В мае того же года на базе Тимирязевского лесничества работниками Авиалесоохраны и ЗАО «Инком» (г. Томск) проведен семинар по эксплуатации беспилотных систем, в ходе которого осмотрены действующие пожары, ветровалы, участки леса с различными характеристиками, обучены два работника Катайгинского авиаотделения Томской авиабазы (летчик-наблюдатель и инструктор ПДПС авиаотделения) к самостоятельной эксплуатации БПЛА. В начале июля 2008 г. беспилотный комплекс был направлен в Катайгинское авиаотделение. Данный район выбран сознательно, так как имеет активно эксплуатируемую лесосырьевую базу, развитую сеть дорог, а его лесопирологические условия (сосняки лишайниковых типов) обусловливают высокую пожарную опасность. При этом организация регулярного авиапатрулирования проблематична, базовые аэродромы расположены в 200-270 км. С июля по сентябрь проведено 17 полетов БПЛА. С помощью беспилотного самолета 2 сентября в лесах Верхнекетского лесничества обнаружен пожар на 0,2 га (Белоярское участковое лесничество, кв. 253). После своевременного обнаружения и направления туда наземных сил тушения пожар на 0,3 га ликвидирован. Весной того же года проведены полеты по осмотру ветровалов в лесах Московской области [4].
Итоги применение БПЛА выявили следующие проблемы:
- обеспечение техники безопасности для лиц, эксплуатирующих БПЛА,
- необходимость снижения аварийности комплексов, особенно при старте (взлете), что зависит от качественной подготовки персонала,
- необходимость адаптации технической конфигурации существующих БПЛА к особенностям лесоохранных работ [5].
В 2009 году проведены масштабные испытания различных отечественных систем малого класса. География опытного применения была расширена: Ростовская, Новосибирская, Вологодская области. В августе месяце получен успешный опыт мониторинга состояния торфяных пожаров в
Шатурском лесничестве Московской области с помощью тепловизора. В начале 2010 года проведены работы по мониторингу хозяйственной деятельности в лесах Вологодской и Амурской областей.
В мае комплекс 7ЛЬЛ 421-04М, принадлежащий ФГУ «Авиалесоохрана», был задействован на крупном лесном пожаре в Ивановской области. Площадь пожара составила более 5 тыс. га, в наземной зоне охраны. При таких размерах всегда не исключается опасность потери руководством владения ситуацией. Беспилотные самолеты обеспечили информационную поддержку руководству тушения для обеспечения координации действий наземных команд. Применения для этих целей классической пилотируемой авиации на порядок дороже. В этот же период в Рязанской области возникла потребность верификации данных космического мониторинга о крупном пожаре площадью 4,3 тыс. га, подобную задачу можно выполнить только авиационным методом.
Из-за особого режима использования воздушного пространства в данном районе выполнить полеты на самолете Ан-2 не представлялось возможным. В район на автотранспорте была направлена мобильная группа с БПЛА, которая выполнила задачу. Полученный опыт подтвердил перспективность направления. Выявлена актуальность проведенных исследовательских работ по формированию облика специализированного беспилотного комплекса для лесного хозяйства, а также методик применения, интеграции в существующие системы охраны лесов. Многолетняя практика авиалесоохранных работ показывает, что только в 65-70 % случаев полеты сочетаются с транспортной задачей. Третья часть полетов проводится с одной целью - «око в небе». Это потенциальная ниша для БПЛА, которая всегда будет лишь дополнительным (вспомогательным) инструментом при авиационных работах по охране лесов. Именно адресный характер применения БПЛА обеспечивает положительный эффект, а часть классических задач решается на качественно ином, более высоком уровне. Уже на начальном этапе исследований определено, что главным критерием внедрения БПЛА в лесном хозяйстве является
экономическая целесообразность [6]. Это значит, что для решения лесохозяйственных задач целесообразно применение БПЛА малых классов (менее 20 кг). Более 11 крупные и дорогие системы не могут конкурировать с классической авиацией при обслуживании значительных площадей из-за низкой производительности и высокой стоимости содержания [7].
Накопленный в лесном хозяйстве опыт позволяет делать вывод о том, что использование беспилотных комплексов 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 [8].
Основные решаемые задачи на новом, качественно более высоком уровне.
Борьба с лесными пожарами:
- проведение воздушной разведки кромки действующего крупного пожара самостоятельно силами наземных и аэромобильных команд тушения. Легкие 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 [9],
- 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 [10],
- патрулирование локальных площадных (сельскохозяйственных угодий, участков ценных насаждений, молодняков, мест массового посещения людьми и т. п.) или линейных объектов (ЛЭП, железных дорог, автомагистралей и т. п),
- осмотр действующих пожаров (в т.ч. с использованием инфракрасных камер) в чрезвычайные периоды, когда применение классической авиации невозможно из-за задымленности района [11],
- использование БПЛА в качестве ретранслятора УКВ-связи при организации радиосвязи на лесных пожарах, в том числе при полетах нескольких малых БЛА на значительное удаление (более 50 км) от точки запуска [12],
- мониторинг состояния торфяных пожаров.
Мониторинг лесопользования.
- Оперативное инспектирование мест проведения рубок и иных хозяйственных мероприятий в лесах (в режиме фото- или видеодокументирования). Осуществление этих работ возможно силами лесничеств или арендаторами самостоятельно в любое время.
- противодействие незаконным рубкам в лесах, выявление правонарушений и информирование компетентных органов.
Необходимо помнить, что БПЛА всегда будет лишь дополнительным (вспомогательным) инструментом при авиационных работах по охране лесов
Широкое развитие БПЛА связано с рядом проблем:
- использование видеорежима в реальном времени требует надежного канала радиосвязи. Несмотря на огромную дальность полета, у большинства образцов их радиус действия ограничен 10-50 км, увеличить который можно путем усложнения и удорожания комплекса. Это значит, что на определенном этапе стоимость лётного часа БПЛА может превысить стоимость часа работы классического ВС.
- отсутствие оборудования для автоматического фиксирования пожаров при авиапатрулировании. К тому же человеческий глаз способен охватить большую площадь, чем камера БПЛА, он лучше воспринимает обстановку, что важно для анализа ситуации и прогноза развития. Следовательно, в отношении авиапатрулирования говорить о замене пилотируемой авиации беспилотными системами пока преждевременно.
- в-третьих, главная проблема - отсутствие нормативной базы для организации полетов БПЛА в воздушном пространстве страны. Ни в одной стране она пока не решена. Принятие необходимых поправок в Воздушный кодекс РФ ожидается в 2019 г. Сейчас это главная причина, сдерживающая массовое внедрение беспилотных технологий в различные отрасли.
В настоящее время ФГУ "Авиалесоохрана" накоплен опыт согласования с региональным управлением воздушного движения зон и режимов выполнения полетов БПЛА. Использование БПЛА в европейской части страны, где имеется высокая активность воздушного движения, затруднено. Но в значительных количествах возможно применение БПЛА в азиатской части страны. В любом случае данная проблема рано или поздно будет решена положительно [15].
Один из важных выводов: беспилотные системы нельзя рассматривать как авиационные комплексы, решающие авиационные задачи. Беспилотные системы - это, прежде всего автоматизированные информационные системы, направленные для решения задач управления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Из-за экономических трудностей в стране абсолютно все отрасли вынуждены в этом году провести так называемую «оптимизацию», т.е. придерживаться строжайшей экономии и урезать часть затрат. Лесное хозяйство - не исключение. Грамотно выявление незаконных рубок позволит уменьшить колоссальный ущерб. Замена дорогих воздушных судов на легкие летательные аппараты и БПЛА для мониторинга лесопожарной обстановки позволит сократить расходы на охрану лесов от пожаров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Беспилотные системы официальный сайт фирмы ОАО ZALA AERO GROUP [Электронный ресурс]. - Режим доступа. - URL: http://zala.aero;
2. Об утверждении Федеральных правил использования воздушного пространства Российской Федерации: Постановление Правительства Рос. Федерации от 11 марта 2010 г. № 138 // Рос. газ. 2010. 13 апр;
3. Липатов В.Д., Кишалов А.Е. ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА В ЗАДАЧАХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ МЧС. Журнал «Технические науки Молодежный Вестник УГАТУ» № 1 (13). Май, 2015 г. С. 74-79. 92;
4. Вашкевич Ю. В., Титов О. В. Опыт использования беспилотных летательных аппаратов при ликвидации чрезвычайных ситуаций. ГУО «Гомельский инженерный институт» МЧС Республики Беларусь С. 36-37;
5. Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. - 2-е издание. - М.: Машиностроение, 1995;
6. Об организации материально-технического обеспечения системы МЧС РФ по делам ГО ЧС и ликвидации последствий стихийных бедствий: Приказ Правительства РФ №555 (от 18.09.2012 г) // Российская газета. - 2012. - № 9;
7. Моисеев В. С., Гущина Д. С., Моисеев Г. В. Основы теории создания и применения информационных беспилотных авиационных комплексов: Монография. - Казань: Изд-во МОиН РТ. - 2010. - 196 с. (Серия «Современная прикладная математика и информатика»;
8. Ростопчин В.В. Современная классификация беспилотных авиационных систем военного назначения // Интернет-издание UAV.ru - Беспилотная авиация;
9. Дружинин Е.Л., Яшин С.Л., Крицкий Д.Н. Анализ влияния функционального назначения и зон применения на структуру и характеристики безопасных к использованию в воздушном пространстве БАК // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - 2012. - № 54. - С. 60-67;
10. Салычев О. С. Автопилот БПЛА с Инерциальной Интегрированной Системой - основа безопасной эксплуатации беспилотных комплексов;
11. Интеллектуальные роботы: учебное пособие для вузов / под общей ред. Е. И. Юревича / И. А. Каляев, В.М. Лохин, И. М. Макаров и др. - М.: Машиностроение, 2007. - 360 с;
12. Бабиченко A.B., Бражник В.М., Герасимов Г.И., Горб B.C., Гущин Г.М., Джанджгава Г.И., Кавинский В.В., Негриков В.В., Орехов М.И., Полосенко В.П., Рогалев А.П., Семаш А.А., Шелепень К.В., Шерман В.М. 92 Патент РФ на изобретение № 2232102. Распределенный информационно-управляющий комплекс группы многофункциональных летательных аппаратов. Заявка: 2003130782/11, 21.10.2003, опубликовано: 10.07.2004;
13. Неугодникова Л. М. Распределенная система управления гражданским беспилотным авиационным комплексом // Авиакосмическое приборостроение. - 2013,- № 11. - С. 50-58;
14. Ростопчин В. В Элементарные основы оценки эффективности применения беспилотных авиационных систем для воздушной разведки. // Интернет-издание UAV.ru - Беспилотная авиация;
15. Витковский. А. Беспилотник будущего - машина, которая сможет все // Интернет-издание UAV.ru - Беспилотная авиация
Tselin A.A.
Bauman Moscow State Technical University (Mytishchi, Russia)
BACKGROUND AND HISTORY OF USE OF UAVS IN FORESTRY
Abstract: the object of the study is unmanned aerial vehicles of Russian and foreign production, which are used in performing forestry tasks, including patrolling the territory of the forest fund to detect forest fires.
Keywords: space monitoring, UAVs, aviation security work.
