Возможности беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для задач ПЗФ (Олег Селивёрстов)

размещено в: Наука и технологии | 0

Селивёрстов Олег, г. Харьков

Харьковское отделение НЭЦУ совместно с Лабораторией тематического картографирования ХНУ имени В. Н. Каразина и Национальными природными парками Харьковской области начали пилотные работы по мониторингу ключевых территорий с помощью БПЛА. В докладе рассматривается опыт использования технологии для выполнения задач, связанных с управлением и изучением объектов ПЗФ.

Обзор технологии

Использование БПЛА имеет ряд ключевых отличий от традиционных способов ДЗ, которые обеспечивают как некоторые преимущества, так и накладывают ограничения.

Основное отличие использования БПЛА заключается в том, что для учреждений ПЗФ появляется возможность выбора двух моделей получения данных — привычным путем, у внешних поставщиков данных, либо выполнение съемки самостоятельно — силами своей организации. Во втором случае потребуется изучение и внедрение не только технологий работы с новыми типами данных, но и всего комплекса сбора, охватывающего полевые и камеральные работы, обслуживание техники.

От типа задач зависит выбор платформы — самолетной или коптерной. Самолетная платформа подходит для съемки с меньшей геометрической точностью больших площадных или протяженных линейных объектов. Самолетные платформы удобно применять как для задач точного картографирования, так и для задач мониторинга. Коптерные платформы подходят для крупномасштабной съемки небольших участков — до 100 Га. В большинстве случаев коптерные платформы позволяют получить более точные данные в условиях сниженной освещенности и при порывах ветра. В случае использования коптеров снимки, формирующие мозаику, будут больше отличаться по времени съемки, чем в случае использования самолетной платформы — за счет меньшей скорости полета.

БПЛА в науке
БПЛА в науке

Наибольшее распространение получили БПЛА с электродвигателями, упрощенным режимом обслуживания и большей надежностью, но вместе с тем и с непродолжительным временем полета — в среднем от 20 до 40 мин. БПЛА с ДВС менее распространены и используются при необходимости регулярного оперативного мониторинга обширных территорий, при низкой температуре.

В качестве сенсоров используются бытовые фотокамеры, выполняющие съемку в видимом диапазоне; бытовые модифицированные для съемки в ИК- диапазоне; специализированные ИК и мультиспектральные; компактные лидары.

Преимущества технологии:

  • Высокое разрешение
  • Высокая оперативность
  • Возможность получения серии данных
  • Возможность выбора оптимального времени
  • Меньшая зависимость от облачности
  • Возможность экспериментов с сенсорами
  • Возможность съемки под кронами
  • Дополнительный тип данных — облако точек
  • Панорамные фотографии, включая 360°
  • Видеосъемка

Ограничения технологии:

  • Разновременные снимки в мозаике
  • Снижение эффективности при увеличении площади
  • Погодные ограничения (осадки, ветер, температура)
  • Затраты на обучение и выполнение работ
  • Затраты на обслуживание, включая поломки и аварии

Поскольку технология довольно активно развивается, ограничения частично сокращаются в течение годового цикла обновления аппаратных компонентов и ПО. Основные улучшения связаны с увеличением продолжительности полета при использовании электрических двигателей, устойчивостью в полете, повышением разрешающей способности (пространственной и спектральной) и чувствительности камер, совершенствованием алгоритмов автоматической обработки данных.

Лидерами настольного ПО для обработки данных БПЛА являются продукты компаний Pix4D, Agrisoft Systems, Trimble, SimActive. Все поставщики имеют специальные условия приобретения ПО, предназначенного для решения некоммерческих природоохранных задач. Кроме настольного ПО, существует ряд сервисов, позволяющих выполнять автоматическую обработку online — такие сервисы удобно использовать при небольших объемах работ.

Важной особенностью использования БПЛА является общая привлекательность технологии — для студентов, школьников, исследователей, посетителей парков. Работа с современной технологией является дополнительным воодушевляющим фактором, что позволяет заинтересовать молодые таланты работой над задачами, связанными с ПЗФ. Это касается как этапа сбора, так и этапов обработки и анализа. Технология хорошо подходит для встраивания в традиционный порядок проведения практик первых курсов географов, экологов, картографов, биологов с последовательными полевыми и камеральными этапами.

Обзор опыта

 Ключевые участки:

  • Пойма реки Уды, г. Харьков
  • Географическая база ГГФ ХНУ имени В. Н. Каразина, Гайдары
  • Заячий яр, Гайдары
  • Пойма р. С. Донец, Гайдары
  • Нагорная дубрава, НПП «Гомольшанские леса»
  • Меловые склоны, НПП «Двуречанский»
  • Торфяное болото, НПП «Слобожанский»
  • Цапельник, НПП «Слобожанский»
  • Заповедное урочище «Шкурино»

В результате работ получены ЦМР с точностью 10–20 см по высоте и разносезонные ортофотопланы в видимом диапазоне с разрешением 4–7 см. Точность данных достаточна для создания планов 1:500 и крупнее. Применялись только коптерные платформы, поскольку на первых этапах мониторинга важно было подготовить крупномасштабную основу.

Доступ к ортофортопланам и ЦМР предоставляется в формате картографических сервисов на базе двух платформ: MapBox — в рамках программы Mapbox Education, и ArcGIS Online — в рамках Esri Conservation Program. Сервисы готовы к использованию в серверных, настольных, мобильных приложениях. Данные распространяются под лицензией СС BY — доступны для использования в любых целях всеми заинтересованными специалистами.

Наборы общедоступных данных на территории ПЗФ должны стимулировать проведение производственных практик, подготовку курсовых, квалификационных, исследовательских работ. Подробнее об использовании смотрите на gis.kh.ua.

В 2015–2020 гг. планируется продолжать сбор данных по ключевым участкам не реже раза в квартал, расширить перечень ключевых участков, добавить съемку в ИК-диапазоне, открыть доступ к производным продуктам, разработать и опубликовать инструкцию по использованию данных.

Обсуждение

В ходе семинара «ГИС и Заповедные территории» в рамках круглого стола состоялось обсуждение возможностей использования БПЛА. Приводим список озвученных участниками семинара задач, в решении которых использование БПЛА может быть целесообразным.

Охрана:

  • Обнаружение костров, пожаров
  • Обнаружение людей, транспорта
  • Обнаружение мест скопления ТБО
  • Мониторинг режима землепользования
  • Охота, выпас, сенокос, рыболовство
  • Мониторинг аварий, выбросов
  • Фото- и видеофиксация нарушений

Исследования:

  • Гидрологический мониторинг
  • Динамика снежного покрова
  • Развитие мезорельефа
  • Биота
  • Высота
  • Модели крон
  • Видовой состав
  • Мониторинг состояния
  • Сукцессия, аспекты
  • Учеты птиц, крупных животных
  • Расположение и динамика троп
  • Поиск и изучение гнезд, нор
  • Мониторинг состояния ландшафтов

Рекреация и просвещение:

  • Информационные материалы
  • Фото
  • Видео
  • 3D
  • Модели памятников природы
  • Модели исторических памятников
  • Общественные картографические проекты
comments powered by HyperComments