УДК 528.72

Использование квадрокоптера в лесном хозяйстве

Петров Дмитрий Николаевич – студент Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова

Аннотация: В данной работе описаны варианты использования БПЛА в лесном хозяйстве. Рассматриваются такие вопросы, как актуальность и важность данного исследования, перечисление примеров БПЛА и их достоинств, а также варианты использования таковых в вопросах сохранения лесов и лесного хозяйства в целом.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, лесное хозяйство, мониторинг, картографирование.

Введение

В настоящее время очень остро стоит вопрос работы лесного производства как в Архангельской области, так и по всей стране. Возникает большое количество вопросов – почему леса исчезают? Что с ними происходит? Какие последствия данных действий могут следовать после работы с лесной местностью? Такие вопросы всегда останутся актуальными, ведь работы по остановке вырубки леса продолжаются и по сей день.

Однако, как и в любых других интересных задачах, в работе мониторинга лесного хозяйства и других задач по лесной местности могут помочь БПЛА – беспилотные летательные аппараты, способные производить полёт на высоте полёта птиц и выполнять различную работу, связанную с лесом. Какую же? Данная работа призвана объяснить применение квадрокоптера в лесной промышленности, описать варианты использования и факторы, которые будут важны при изучении данной сферы в целом.

Актуальность и важность проблемы

Лесное хозяйство нуждается в постоянном мониторинге для обеспечения его рационального использования. Использование квадрокоптера в лесном хозяйстве позволяет экономить деньги, время и силы сотрудников. Для установления точного размера ежегодного пользования лесом, критически важно знать все о его текущем состоянии. За последние годы, в России произошло ухудшение качественного состава леса, включая и его площадь. Но леса до сих пор занимают большие территории, что создает трудности для мониторинга состояния лесного фонда страны. Одним из инструментов мониторинга лесного хозяйства являются беспилотники. Более того, сейчас это один из самых эффективных инструментов.

Проблема данного исследования заключается в рассмотрении вопроса целесообразности использования БПЛА в лесном хозяйстве. Данная проблема является актуальной и важной по сей день, ведь работы по мониторингу и прочему в лесной промышленности ведутся до сих пор. Однако, для упрощения возможностей работы с мониторингом, возможно применение БПЛА для дальнейшей работы и обработки данных и фотографий, используемых с целью составления картографических материалов.

Примеры беспилотных летательных аппаратов

В ходе представления системы БПЛА, появилась задача – найти актуальные модели квадрокоптеров, способных работать в условиях лесного хозяйства. Для этого, проведем обзор современных БПЛА с АСУ, продуктов нескольких известных компаний на рынке на выявление достоинств и недостатков систем.

Китайская компания DJI является лидером на рынке квадрокоптеров. Под тим брендом промышленные и коммерческие образцы БПЛА появились на рынке

продаж, и с тех пор компания DJI только растёт. Продукты компании являются амыми передовыми в мире по функциональности и качеству изготовления, а оборот омпании за несколько лет составил более 700 млн долларов.

Каждая модель квадрокоптеров DJI имеет у себя на борту передовую систему автоматического управления полётом. С помощью неё, можно назначить путь квадрокоптера, по которому ему нужно будет пролететь, на смартфоне или ПК, осле чего при активации автопилота БПЛА пролетит указанный маршрут в автоматическом режиме.

Также, для работы квадрокоптером необязательно использовать пульт ДУ - работа с квадрокоптером может также осуществляться через смартфон посредством приложения DJI GO 4. С помощью него, можно следить за положением квадрокоптера, состоянием аккумуляторной батареи (АКБ), а также управлять камерой и её настройками прямо в полёте.

Рисунок 1. Интерфейс программы DJI GO 4.

Рисунок 2. Модель дрона DJI Phantom 4.

Геоскан – российская группа компаний, занимающаяся разработкой и производством беспилотных летательных аппаратов, а также разработкой программного обеспечения для фотограмметрической обработки данных и трехмерной визуализации. Геоскан специализируется на выпуске коммерческих БПЛА двух типов: самолетного и мультироторного. Одной из главных особенностей беспилотников является то, что все комплексы создаются на собственном производстве «Геоскана». В производственном процессе используются лишь некоторые компоненты стороннего производства, а компоненты собственной разработки позволяют серьезно снизить себестоимость продуктов.

Решения данной компании так же, как и продукция DJI, имеют на борту систему автоматического позиционирования в полёте, вследствие чего данные БПЛА можно применять в таких сферах, как градостроительство и землеустройство, геодезия, горное дело и строительство.

На борту квадрокоптеров компании находятся сенсоры Sony. Такое решение обеспечивает, помимо автоматического полёта по заданному маршруту, осуществить запись видео или изображений с камеры для дальнейшей обработки и использования в различных отраслях деятельности.

Самым передовым среди линейки квадрокоптеров компании является модель 401. Данное решение используется в целях аэромагнитной съемки, изучения местности различных рельефов.

Рисунок 3. Модель квадрокоптера Geoscan 401.

«COEX Express» – российский разработчик и производитель беспилотных летательных аппаратов и программного обеспечения для их автономности. Компания является лидером на рынке дронов для образования и применения их в подготовке по специальностям, связанным с разработкой, эксплуатацией, управлением и программированием БПЛА.

Продукцию COEX применяют производители по всему миру, поставщики и изготовители оборудования, поэтому все произведенные элементы гарантированно соответствуют строжайшим требованиям к качеству, принятым в каждой отдельной отрасли.

Одним из решений для коммерческого рынка является промышленный дрон «COEX Пеликан». Помимо наличия системы автономного полёта, он обладает наличием специального крепления на дне квадрокоптера и высокой грузоподъёмностью, вследствие чего аппарат можно использовать с целью доставки грузов из одной точки в другую без участия человека. Это позволяет уменьшить расходы на рабочую силу и автоматизировать процесс работы.

Рисунок 4. Модель квадрокоптера COEX «Пеликан».

Но помимо существенных плюсов, у такого решения есть и недостатки. Стоимость одного экземпляра дрона из серии «Пеликан» начинается от пятисот тысяч рублей в минимальной комплектации. Из-за своей цены, БПЛА становится экономически невыгодным для подавляющего числа пользователей.

Последним весомым игроком на рынке квадрокоптеров в мире является компания MikroKopter. Именно благодаря ей, в 2006 году был произведён первый аппарат автономного управления. Контроллер имел на борту процессор Atmega644 c 4Кбайт памяти и частотой до 20МГц, 3 гироскопа по каждой из осей, акселерометр и барометр для удержания высоты (точность барометра — около 1 м).

Что касается современных решений, то самым передовым мультикоптером на данный момент из линейки продукции компании является модель MK8-2500. Данная модель обладает 8-ью винтами, способна переносить грузы до 2.5 кг, а также обладает автономной системой полёта.

Рисунок 5. Модель MicroKopter MK8-2500.

Основным недостатком, как и в случае с компанией COEX, является цена. За модель MK8-2500 придется заплатить порядка четырёх тысяч евро за один экземпляр БПЛА. Также, помимо цены, ключевым недостатком октокоптера является время автономной работы. Оно составляет всего 30 минут, после чего необходима зарядка длительностью в 4 часа.

И последним вариантом квадрокоптера, способного выполнять работы по мониторингу – варианты собственной разработки.

Рисунок 6. Вариант квадрокоптера, разработанный из материалов на базе Технопарка САФУ.

Работа квадрокоптеров в лесной местности

После обзора основных примеров БПЛА, рассмотрим варианты применения данных аппаратов в предметной области. Несмотря на малые размеры и кажущуюся ненадёжность, БПЛА можно использовать в целях работы в лесной местности, таких как:

• Картографирование лесного фонда;
• Борьба с браконьерами;
• Осмотр леса;
• Мониторинг с целью выявления пожаров.

Так, для примера можно привести недавнее фото с квадрокоптера, где можно видеть последствия вырубки леса в Архангельской области.

Рисунок 7. Последствия вырубки леса в междуречье Северной Двины и Пинеги.

Как можно заметить, такие фотографии дают явное представление, что ж происходит при взгляде с высоты птичьего полёта. А именно – территории вырубки леса, области работы браконьеров, вследствие чего должна быть выполнена необходимая работа по обеспечению неприкосновенности данных мест недоброжелательными лицами.

Также, квадрокоптер можно использовать в процессе картографирования определённой местности. Так, на примере города Архангельска была создана модель карты с определением различных объектов на карте.

Рисунок 8. Пример картографии города Архангельска.

Квадрокоптер облетает территорию местности, после чего на основании распознанных данных строится картографическая модель с указанием различных объектов (дома, леса). Современные БПЛА способны выводить как фото, так и видео с привязкой по GPS. Таким образом, уже на этапе обработки информации можно ориентироваться по геоданным и понимать, где находится тот или иной объект на карте.

И последним вариантом, но крайне важным, является поиск людей и объектов на определённой местности. Ведь на данный момент для поиска людей организуются, так называемые, поисковые отряды. Это скопления волонтёров, которые помогают МЧС в поиске определённых объектов на территории. Прочёсывается кусок территории (сектор), после чего идёт следующий и так далее.

Автоматизировать же процесс способен БПЛА, который совершит полёт в автоматическом режиме и запишет фото или видео с материалом для дальнейшей обработки в нейронной сети или специализированных ПО для распознавания данных о потерявшихся.

Рисунок 9. Вариант перехода метода поиска людей с обхода территорий на автоматизированный (с помощью БПЛА).

Заключение

В рамках данной работы, были описаны различные варианты использования квадрокоптера в лесной местности, описаны варианты его использования. Используя данные ресурсы и знания, можно с уверенностью сказать – ещё не всё потеряно. Вырубка леса, хоть и является проблемой, но с БПЛА работа по мониторингу будет выполняться гораздо легче. Также, возможны и другие варианты – поиск людей и других объектов на местности, таксация лесной местности, использование БПЛА для прокладывания дорог/тропинок/строительства различной недвижимости.

Всё это возможно благодаря беспилотным летательным аппаратам, и варианты использования их в лесном хозяйстве, как можно понять, безграничны. БПЛА – это один из тех инструментов, который позволяет упростить жизнь людей в несколько раз. И это не пустые слова, ведь работы с БПЛА были и будут востребованы на протяжении многих времён.

Список литературы

1. Коновалова Т.И. Геосистемное картографирование. – Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2010. – 186 с.
2. Савин И.Ю., Вернюк Ю.И., Фараслис И. Возможности использования беспилотных летательных аппаратов для оперативного мониторинга продуктивности почв / Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. – 2015. – № 80. – С. 95–105.
3. Скуднева О.В. Беспилотные летательные аппараты в системе лесного хозяйства России / Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2014. № 6 (342). С. 150-154.
4. Unmanned Aerial Vehicle (UAV) operated spectral camera system for forest and agriculture applications / Proceedings of SPIE 81740H. 15 p.
5. Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А., Жильцова Е.А. Мониторинг объектов недвижимости по материалам, полученным с беспилотных летательных аппаратов / Науки о Земле. – 2017. – №2. – С. 57–64.
6. Савченко А.А., Выводцев Н.В. Оценка возможностей применения данных дистанционного зондирования при мониторинге санитарного и лесопатологического состояния лесов // Ученые заметки ТОГУ. 2015. Т. 6. № 4. С. 658-661.