CC BY
34
УДК 630
СИСТЕМА ЛЕСНОГО МОНИТОРИНГА, ОСНОВАННАЯ НА МЕТОДЕ РАДИОЧАСТОТНОЙ ТОМОГРАФИИ
THE SYSTEM OF FOREST MONITORING BASED ON THE METHOD OF RADIO-FREQUENCY TOMOGRAPHY
Дьячкова А.А., Серков П.А.
(Уральский государственный лесотехнический университет, г.Екатеринбург, РФ)
Dyachkova A.A., Serkov P.A.
(Ural State Forest Engineering University, Ekaterinburg, Russia)
Рассмотрены вопросы внедрения и действия системы мониторинга, основанной на методе радиочастотной томографии.
The problems of implementation and monitoring of the system based on the method of radio frequency scan.
Ключевые слова: мониторинг, лес, радиочастотный, томография. Key words: monitoring, Forest, RF, tomography.
Всему миру известны такие системы мониторинга леса как вышки наблюдения, видеонаблюдение, наблюдение с помощью тепловизоров и пр. Все эти устройства необходимы для слежения за огромными территориями или определенным участком лесного массива. Благодаря таким системам, которые создали люди, упрощается мониторинг лесов, необходимый и востребованный в настоящее время.
Слежение за состоянием лесных территорий необходимо для того, чтобы как можно быстрее оповестить специализированные службы при возникновении пожара в лесу, для того, чтобы контролировать и по возможности успевать устранять хищение леса, для того, чтобы знать в каком состоянии на данный момент находится территория, которая подвержена мониторингу.
С помощью системы мониторинга леса, основанной на методе радиочастотной томографии, станет возможным слежение за пожарами, хищениями, передвижением по территории, можно будет отслеживать прирост стволов, узнать координаты каждого дерева на отведенном участке не составит труда, появится возможность определить плотность деревьев, породу, диаметр и пр. Система даст возможность дистанционно отслеживать территорию, отведенную для мониторинга.
Система, о которой сказано ранее схожа с магнитно-резонансной и компьютерной томографией, использующихся в медицине [1].
Планируемый метод радиочастотной томографии, необходимый для мониторинга леса, будет основан на частоте электрических колебаний, соответствующих радиоволнам. Лес, в радиочастотной томографии, рассматривается как анизотропное пространство, которое влияет на прохождение радиоволн, что исследовано и показано в статье Санникова С. П. «Влияние анизотропных характеристик леса на распространение радиочастотного сигнала RFID метки» [2]. Данный метод не будет являться
вредным для окружающей природы и опасным для человека. Принцип действия будет заключаться в следующем.
На отведенном участке леса по всему периметру, на заданном расстоянии друг от друга следует расставить датчики, которые принимают радиоволны, а в центре этого участка расположить источник, который распространяет радиоволны, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1- Радиоволны, распространяющиеся на участке леса
Передатчик и приемники радиоволн необходимо расположить так, чтобы их расположение дало возможность максимально показывать картинку участка леса, в любой момент времени и на определенной его части.
Распространяющий источник радиочастотного излучения передает радиоволны всем приемникам одновременно, но на величину энергии влияют такие элементы леса как: стволы деревьев, крона, кустарники и пр. Значение принимаемого сигнала можно рассчитать по формуле:
v(1 - Т)"
и (х) = и
£ + [ ехр ),кх 2л
1-
¡к
где и0 - начальная величина сигнала, измеренного на расстоянии 1 м от радиопередатчика; Т - параметр леса, связанный с физическими свойствами дерева (диаметром, породой, возрастом и пр.); е - комплексная диэлектрическая проницаемость; V - усредненная плотность деревьев на исследуемом участке; х - расстояние от источника до приемника.
Параметр леса Т, определяющийся экспериментальным путем, зависит от геометрии ствола дерева, от химического состава соков в нем, влажности.
Следующая величина, которая влияет на параметр леса Т, - это комплексная диэлектрическая проницаемость леса (КДП), связанная неким соотношением X = 2п/к. Как известно, длина радиочастотной волны способна отражаться и поглощаться от деревьев. На КДП влияют вид, порода деревьев на исследуемом участке леса и т.д. [3]
£
£
где V - объемная доля /-го компоненты леса; £ - комплексная диэлектрическая проницаемость леса; а - константа, учитывающая особенности леса.
Следуя из сказанного радиочастотная волна в приемнике зависит от большого количества факторов. Это кусты, проходящее животное, туман, дождь и пр. Если на пути волны не встречается никаких препятствий, то она
доходит до принимающего датчика с малой долей ослабления, но если же на пути волны встречается какое-либо из препятствий (в нашем случае дерево), то до принимающего элемента доходит более слабый сигнал. Чем больше составляет плотность препятствия, тем меньше сигнал показывается на
принимающем датчике
рисунок 2).
Рисунок 2- Радиочастотная волна, проходящая сквозь деревья
С помощью такой системы мониторинга можно исследовать любой участок леса без каких-либо препятствий. Предложенная система мониторинга на основе радиочастотной томографии является актуальной для воплощения в жизнь, т.к. снизит количество персонала, увеличит возможность автономного наблюдения и позволит, в случае необходимости, быстро выявить участок с отклонениями, позволит автоматизировать процессы сбора и обработки информации о лесоматериалах, используя современные сетевые технологии.
Список использованных источников
1. Глинский, Б. А. Моделирование как метод научного исследования / Б. А. Глинский. - М.: Изд-во МГУ, 1965. - С. 245.
2. Санников, С. П. Влияние анизотропных характеристик леса на распространение радиочастотного сигнала ЯРЮ метки / С. П. Санников, М.Ю. Серебренников, П. А. Сарков // Современные проблемы науки и образования. - 2013.
- № 2; Режим доступа: www.science-education.ru/108-8623 (дата обращения: 19.03.2013).
3. Санников, С. П. Влияние анизотропных характеристик леса на распространение радиочастотного сигнала ЯРЮ метки / С. П. Санников, М.Ю. Серебренников, П. А. Сарков // Современные проблемы науки и образования. - 2013.
- № 2; Режим доступа: www.science-education.ru/108-8623 (дата обращения: 19.03.2013).
