Матулевски Марек
доктор наук,
Высшая школа логистики,
г. Познань, Польша
E-mail: marek.matulewski@wsl.com.pl
Введение
В этой работе автор будет рассматривать вопросы, связанные с использованием беспилотных летательных аппаратов оснащенных разного вида оборудованием для получения данных служащих комплексной оценке древостоя в лесном хозяйстве. Исследования будут ограничены только избранными примерами применения такого вида решений в лесном хозяйстве. Представленная в статье проблема чрезвычайно важна. С одной стороны в связи с все растущим населением мира (в настоящее время на Земле живут 7 245 300 тыс. людей, при этом среднегодовой темп роста составляет 1,1 % [1], с другой стороны в связи с ростом площади лесовв Польше. Хотя в глобальном масштабе за последних 10 лет общая площадь лесов уменьшилась о 13 534 тыс. гектаров то есть 0,34 % ( и составляет теперь около 4 033 060 тыс. гектаров) зато в Польше произошло довольно значительное увеличение поверхности лесов которе оценивают на 0,5 % ежегодно. Лесной покров Польши в настоящее время превысил 30,5 % и приближается к среднему лесному покрову мира (31%). В то же время он значительно ниже среднего лесного покрова Европы (который составляет 45 % если считать вместе с Россией) или одной России для которой тот показатеь составляет даже 49,4 % [2]. Лесной покров понимают как показатель определяющий степень покрытия лесом всей россматриваемой площади (как правило площади страны или континента) [3]. Кроме того важность этой проблемы наблюдаем тоже в таких местных, международных или даже глобальных тенденциях как появляющиеся угрозы для безопасности среды или социальной функции лесов. В случае первых (экологические угрозы) существует мнго научных предпосылок, на основании которых можно утверждать, что эти чрезвычайно вредные явления ( напр. смог – являющийся смесью разных химических веществ в том числе твердых частиц размером меньше 10 мкм взвешенных в воздухе приводят к различным заболеваниям как: астма, атеросклероз, разнообразные заболевания легких, ишемия или аритмии сердца) [4,5] можно в значительной степени уменьшить путем облесения площадей особенно подвергаемых этим факторам. Следует заметить, что один гектар букового леса за период вегетации в состоянии задержать до 65 тонн пыли [6]. Что касается социальных функций, леса играют весьма значительную роль. Лес позволяет формировать условия благоприятные для здоровья а также развлекательные мероприятия для местных сообществ. Кроме того способствует развитию культуры, образования, науки следовательно тоже экологическому образованию общества [7]. Кроме того леса исполняют производственные функции в смысле получаемого силами природу и человеческим трудом древесного сырья которое приносит ощутимые экономические выгоды. В этом отношении в 2015 г. в Польше приобрели 38 327 тыс. кубометров чистой деловой древесины. В соответствии с финансовыми данными прибыль от продажи древесины за 2015 г составила 7 165 532,4 тыс. золотых [8].
Беспилотные летательные аппараты
История применения человеком такого рода конструкционных решений довольно долгая. Начала их эффективного использования затрагивают 1917 год при чем применения ограничены полностью военными потребностями [9]. Этот термин (т.е. беспилотный летательный аппарат) следует понимать как разнообразные летательные конструкции способные выполнять полет без пилота на борту. Боле того, конструкция аппарата и примененные технические и технологические решения должны обеспечивать его многократное использование [10]. В настоящее время используют очень мнго типов беспилотных летательных аппаратов в диапазоне от очень малых (общей массой не превышающие 2 кг) заканчивая на крупных (общей массой в десятки или сотни кг.) Это разнообразие особенно четко видно в области военных применений. Согласно классификации НАТО осуществляют деление на три класса (I – до 150 кг и 6 часов полета, II – до 600 кг и 24 часов полета ,III больше 600 кг и до 40 часов полета). Однако более практичная классификация включает в себя разделение беспилотных летательных аппаратов с использованием дополнительных параметров таких как дальность плета (радиус действия) или практический потолок. В этом случае в I классе можно определить 3 дополнительных подкласса т.е : Micro (до 2 кг массы, 5 км радиус действия и 61 м практический потолок), Mini (до 20 кг массы, 25 км радиус действия и до 304 м практический потолок), Small (до 150 кг массы, 50 км pадиус действия и 366 м практический потолок). В случае второго класса выделяют только один подкласс - Tactical ( радиус до 200 км и практический потолок до 914 м). В третьем классе выделяют три подкласса Medium (радиус действия – неограниченный в смысле передачи сигнала; практический потолок 12 192 м. , Strike (радиус действия – неограниченный в смысле передачи сигнала; практический потолок 19 812 м.), High (радиус действия – неограниченный в смысле передачи сигнала; практический потолок 19 812 м; дополнительно другой уровень классификации по вопросам командования. [11]. Конечно, разных видов классификации беспилотных летательных аппаратов может существовать гогаздо больше. Для целей данного исследования будет принята следующая классификация:
· объекты micro – радиус меньше 10 км, продолжительность полета до 1 часа, практический потолок ниже 250,
· объекты mini – радиус меньше 10 км, продолжительность полета до 2 часов, практический потолок ниже 300 м,
· объекты ближнего радиуса – радиус меньше 30 км, продолжительность полета до 6 часов практический потолок до 3000 м,
· объекты короткого радиуса – радиус до 70 км, продолжительность полета до 6 часов, практический потолок ниже 3 000 м,
· остальные [12].
Конечно несущая конструкция - планер (и следовательно ее эксплуатационные параметры) является лишь одним из составных элементов целой системы. К ней принадлежат также такие элементы как:
· система управления полетом ( отвечающая за предоставление информации необходимой для подготовки беспилотного летательного аппарата – стандартно он оснащен системой позиционирования GPS/ GLONASS, магнетометром, барометром, высотомером или тоже одометром);
· система бортового оборудования для дистанционного управления полетом (она отвечает за связь датчика с приемником – в зависимости от класса беспилотного летательного аппарата или применяемого оборудования – по радио, с помощью лазерного луча или с использованием системы спутниковой связи);
· система передачи данных (она отвечает за передачу данных от различных видов оборудования и сенсоров установленных на планере беспилотного летательного аппарата к наземной станции управления;
· наземная станция управления (она отвечает за возможность построения маршрута полета и дистанционного управления летательным аппаратом ) [13].
Только таким образом дооснащенная система может стать основой для дальнейшего вооружения соответствующим оборудованием позволяющим собирать необходимую информацию и их дальше передавать дальше к наземной станции управления [14]. Это оборудование в зависимости от характера исследований а заодно и эксплуатационных параметров применяемой системы ( таких как напр. практический потолок, продолжительность или радиус полета) может включать в себя такие элементы как:
· оптичекая камера – очень чсто используется для таких целей как н.пр. оценка жизнеспособности деревьев – реликтовых долгожителей. Данные полученные таким образом позволяют оценить в частности изменения в динамике фенологических показателей отдельных деревьев а также степень их замирания. Кроме того, этот тип оборудования позволяет оценить состояние здоровья возрастных культур или молодняка (на основе визуальной оценки изображений снятых в вертикальном направлении и под разными углами н.пр. под углом 45є) Очередной показатель очень часто используемый в практике лесного хозяйства это оценка и измерение площади леса поврежденного разными животными (в том числе как охотничьими так и охраняемыми законом). Это особенно важно в связи с увеличением полево-лесной границы и растущей величиной ущерба причиненного животными. Большим преимуществом применения беспилотных летательных аппаратов для измерения поврежденных площадей является с одной стороны простота осуществления такого типа измерений, с другой стороны быстрота и их точность. Измерения того типа осуществляемые наземными методами чрезвычайно трудоемкие и сложные для исполнения. Следует также отметить, что оснащенные таким видом оборудования (т.е. оптическими камерами ) беспилотные летательные аппараты находит широкое применение для обнаружения и мониторинга пожаров в режиме реального времени. Это чрезвычайно важно не только потому что дает возможность быстро справится с пожаром но также своевременно обеспечить безопасность людей и животных вследствие чего находит широкое применение не только в Польше но и в России, Канаде или в США [15].
· Многосенсорная платформа – позволяет измерять различного вида параметры в рвзных диапазонах электромагнитного излучения. Использование такого оборудования дает информацию о нужных физических величинах на основании которых можно успешно определить такие параметры окружающей среды как: NDVI, ARVI, NDWI, WI, LCI, PRI. Кроме того применение таких решений помогает провести диагностику болезней распространенных в разных видах древесных пород (н.пр. болезни дубов вызванные Phytophthora spp.) [16].
· Камеры использующие (кроме видимого диапазона) тоже диапазон инфракрасного излучения – дают возможность измерять разные параметры незаметные в облсти видимого диапазона. Примером применения такой технологии может служить здесь анализ покрытия площади леса разными видами дубов (дуб красный, дуб скальный и т.д.) Кроме того при дальнейшем исследовании полученных этим методом данных, можно оценить тоже другие параметры среды, такие как напр. изменения фенологических явлений продолжительность вегетационного периода для отдельных деревьев [17].
В заключении следует отметить, что применение беспилотных летательных аппаратов вооруженных разного рода оборудованием очень полезно для оценки выбранных параметров среды в разных областях лесного хозяйства. Чаще всего это самый дешевый и быстрый метод для осуществления необходимых наблюдений (применение беспилотных летательных аппаратов в восемь раз дешевле чем использование классического самолета или вертолета) [18]. В результате, частота использования данного типа оборудования, особенно в области лесного хозяйства будет расти (такжн из за трудного доступа к отдельным участкам исследуемой площади леса). Кроме того та же тенденция развития будет стремится к полностью автоматизированным системам ( по крайней мере в области осуществляемых измерений и проводимых исследований). Это является прямым следствием с одной стороны значительно меньших затрат на проведение таких исследований, а с другой стороны необходимости получать все лучшие экономические результаты в ведомом лесном хозяйстве. В свою очередь это приводит к стремлению вести деятельность опираясь не на прогнозы, а на действительную ситуацию существующую на данной территории. Примером такого поведения можно считать сбор информации о фактическом состоянии лесных насаждений (причем во всех фазах развития леса) и дополнительно о появляющихся местных угрозах таких как н.пр. очаг пожара или вторжение отдельных вредителей леса. Другой пример – сбор точных данных касающихся текущего состояния леса с учетом появляющихся периодических,; повреждений причиняемых лесу разными животными особенно в отношении молодняков. К сожалению в настоящее время нет достаточно полных, обширных исследований в этой области. В Польше существует едва лишь несколько научно-исследовательских программ касающихся как правило пополнения отдельных данных в существующей системе пространственной информации. Кроме того в мировом масштабе такая полная модель (с подсистемой записи дополнительной информации получаемой в режиме действительного времени с использованием беспилотных летательных аппаратов) тоже отсутствует. Следовательно исследования в этом направлении должны продолжаться.
Библиографический список:
1. https://www.census.gov/population/international/data/idb/region.php?N=%20Results%20&T=13&A=aggregate&RT=0&Y=2012&R=1&C=
2. https://www.bdl.lasy.gov.pl/portal/lasy-na-swiecie-cd
3. Hansen M. C., Potapov P. V., Moore R., Hancher M., Turubanova S. A., Tyukavina A., Thau D., Stehman S. V, Goetz S. J., Loveland T. R, Kommareddy A., Egorov A., Chini L., Justice C. O., Townshend J. R. G. High-Resolution Global Maps of 21st-Century Forest Cover Change. [in:] Science 2013, Vol. 342, Issue 6160, pp. 850-853.
4. Ryohei M., Van Eeden S. F. The innate and adaptive immune response induced by alveolar macrophages exposed to ambient particulate matter.[in:] Toxicology and Applied Pharmacology 2011,Vol. 257, pp. 209 –226.
5. Ning L.,Tian X. The role of oxidative stress in ambient particulate matter -induced lung diseases and its implications in the toxicity of engineered nanoparticles.[in:] Free Radical Biology & Medicine 2008, Vol. 44, pp.1689 – 1699.
6. Korzeniowska-Rejmer E., Generowicz a., WpByw warunkуw meteorologicznych i terenowych na rozprzestrzenianie zanieczyszczeD ze skBadowisk komunalnych w powietrzu atmosferycznym. [w:] Czasopismo techniczne - Zrodowisko, wydawnictwo Politechniki krakowskiej 2012, zeszyt 4, s. 113-127.
7. SBawski M., SBawska M., Las jako miejsce wypoczynku i rekreacji – analiza oczekiwaD spoBecznych na przykBadzie gminy Rogуw. [w:] Studia i materiaBy centrum edukacji przyrodniczo-le[nej 2009, tom 11, numer 23, s.140-150.
8. Sprawozdanie finansowo – gospodarcze za 2015 rok, Generalna Dyrekcja Lasуw PaDstwowych, Warszawa 2016; http://www.lasy.gov.pl/informacje/publikacje/informacje-statystyczne-i-raporty/sprawozdanie-finansowo-gospodarcze-pgl-lp/sprawozdanie-finansowo-gospodarcze-za-2015-rok/view.
9. Przywara J., Inwazja dronуw. [w:] Geodeta : magazyn geoinformacyjny 2012, nr 10, s.10-15.
10. Sawicki P. BezzaBogowe aparaty latajce UAV fotogrametrii i teledetekcji - stan obecny i kierunki rozwoju [w:] Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji 2012, vol. 23, s.365-376.
11. http://militarium.net/klasyfikacje-i-wymagania-dla-bezzalogowych-statkow-powietrznych-uav-w-polsce/.
12. Watts A.C., Ambrosia V. C., Hinkley E.A., Unmanned Aircraft Systems in Remote Sensing and Scientific Research: Classification and Considerations of Use. [in] Remote Sensing 2012, 4(6), pp. 1671-1692.
13. Eisenbeiss H. UAV Photogrammetry. Institut fьr Geodдsie und Photogrammetrie, Eidgenцssische Technische Hochschule Zьrich IGP Mitteilungen Zurich, 2009. pp. 5 – 7.
14. Matulewski M., Использование беспилотных летательных аппаратов оснащенных мультиспектральными устройствами для оценки выбранных параметров экологических показателей в сельском и лесном хозяйстве [w:] Логистика: современные тенденции разв]тия. Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, Sankt Petersburg 2017 s. 16-20.
15. SzymaDski P., Kierunki zastosowania bezzaBogowych statkуw powietrznych w le[nictwie i ochronie przyrody. [w:] Roczniki Geomatyki 2013, tom XII, zeszyt 1(63), s. 117-127.
16. Czapski P. et alia, Budowa i zastosowanie platformy wielosensorowej w badaniu wybranych parametrуw [rodowiska [w:] Prace Instytutu lotnictwa, nr 1 (243), 2014. s.126-142.
17. Bdkowski K., StereDczak K., Rozpoznawanie dbu czerwonego Quercus rubra L. na zdjciach lotniczych wykonanych w koDcowej fazie sezonu wegetacyjnego. [w:] Studia i materiaBy CEPL w Rogowie 2012, Zeszyt 33/4, s. 167-177.
18. Tu[nio N., Nowak A., Tu[nio J., Wolny P., a BezzaBogowe statki powietrzne w dziaBaniach PaDstwowej Stra|y Po|arnej – propozycja dedykowana PaDstwowej Stra|y Po|arnej [w:] Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 58, tom 1,s. 106-122.