МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

ENVIRONMENTAL MONITORING USING UNMANNED AERIAL VEHICLES

Стремительное ухудшение экологической ситуации, связанное с модернизацией экономики, бурным ростом количества промышленных предприятий, заводов и фабрик представляет собой острую проблему, особенно выраженной в крупных городах. Для наблюдений за экологическим состоянием урбанизированных территорий используются средства дистанционного мониторинга, к которым относятся самолетные, аэростатные и спутниковые системы, а также системы наземного базирования. В последнее время широкое распространение получили средства мониторинга, известные как БПЛА, являющиеся наиболее доступными и технологичными в данном аспекте. Так, например, в Арабских Эмиратах летательные аппараты (ЛА) следят за экологической ситуацией следующим образом: проводят аэрофотосъемку в пустыне, местах отдыха и на улицах городов [1].

Практическое применение БПЛА отражается и в лесном хозяйстве, где данные устройства помогают проводить классификацию и инвентаризацию лесных насаждений, оценивать степень эрозии почв, выявлять существующие проблемы, например, заболевания деревьев и нашествие вредителей, и, самое главное, вовремя сообщать о случаях возгораний. С помощью ЛА, передающих информацию в режиме реального времени, можно своевременно выявлять даже мелкие очаги возгорания, быстро ликвидировать их, сохраняя массивы леса. БПЛА также помогают точно оценивать степень повреждения лесных насаждений благодаря фото и видео высокого разрешения, сделанных с небольшой, но достаточной для ведения экологической оценки высоты [1].

В нефтегазовой отрасли беспилотники помогают контролировать и оценивать состояние окружающей среды в районах добычи и транспортировки, сообщать о повреждениях трубопроводов, возникновении утечек и разливов нефти. С недавнего времени беспилотные летательные аппараты помогают ученым проводить экологический мониторинг, оценивать биоразнообразие и получать оперативную информацию [1].

Все это – далеко не полный перечень задач, которые успешно решают беспилотные аппараты, ставшие незаменимыми помощниками экологов во всем мире. В области экологического мониторинга с использованием БЛА решается следующий спектр проблем [2]:

  1. Оценка состояния воздуха в приземном слое атмосферы;
  2. оценка загрязнения водных объектов нефтепродуктами и взвешенными веществами;
  3. оценка состояния растительного покрова;
  4. оценка радиационного загрязнения окружающей среды;
  5. обнаружение и наблюдение при спасательных операциях;
  6. ведение разведки лесопожарной обстановки;
  7. наблюдение при проведении культурно-массовых мероприятий, мониторинг транспортных потоков и дорожной ситуации.

Использование летательных аппаратов при мониторинге окружающей среды (ОС) значительно упрощают процесс сбора данных, сокращая время на их обработку. По результатам мониторинга в дальнейшем строятся карты загрязнений компонентов ОС, используемые при оценке и прогнозе экологической ситуации района исследования [3].

Преимущества использования БПЛА связаны в основном с мобильностью и постоянно совершенствующейся технической оснащенностью. Биондикация ОС по состоянию древесных растений также возможна с помощью ЛА, которая дает качественную оценку природной среды и биоты.

Биоиндикация – оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов. Применение биологических методов для  оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на определенный тип воздействия. Блок-схема определения уровня загрязнения по состоянию высших растений представлена на рисунке 1.

1 этап – подготовка оборудования БПЛА (см. рис.1).

2 этап – снимок исследуемых насаждений. (см. рис.1).

3 этап – оцифровка полученного изображения (см. рис.1).

4 этап – расчеты улавливаемой пыли по видам растений, а также загрязнений по исследуем растениям (см. рис.1).

http://meridian-journal.ru/uploads/2020/02/3867-2.PNG

Рис.1. Блок-схема использования БПЛА при биомониторинге состояния окружающей среды и планировании мероприятий по природообустройству.

 

Данная блок схема стала основой разработанной программы ЭВМ «Расчет количества улавливаемой пыли древесными растениями» [4], пример  рабочего окна расчета представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Пример рабочего окна для расчета улавливаемой пыли

 

Программа предназначена для автоматизации обработки снимков БПЛА и расчета параметров улавливаемых веществ при планировании мероприятий природообустройства. Использование БПЛА в данном случае упрощает работу, так как не требуется сбор биоматериалов, при этом значительно повышается скорость выполнения работы. В итоге рассчитывается результат поглотительной способности древесными растениями загрязняющих веществ и пыли из воздуха прилегающей территории опасных производственных объектов.

Таким образом исходя из вышесказанного, рассмотрели основное  использование БПЛА в промышленности, преимущественно в экологическом мониторинге с помощью биондикации. Привели пример  расчета загрязнения окружающей среды на основе разработанной программы.

 

Список литературы:

  1. Экологический мониторинг URL: http:// dronarium.com.ua/uslugi/ekologicheskij-monitoring/ (дата обращения: 09.03.2020).
  2. Разработка системы контактного дистанционного экологического мониторинга при добыче полезных ископаемых URL: http://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=12113 (дата обращения: 10.03.2020).
  3. М. А. Пашкевич Оценка качества окружающей среды с применением малогабаритных беспилотных летательных аппаратов / М. А. Пашкевич, Ю. Д. Смирнов, А. С. Данилов // Записки Горного института. 2013. Т.204. С. 269-271.
  4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020613102 Российская Федерация / Э. В. Нафикова, А. А. Исмагилов, И. В. Дорош, Д. Н. Вардаков. - № 2020613102; заявл. 26.02.20; опубл. 10.03.20.