Екомониторинг

Головне завдання кожного виду моніторингу є спостерігання. Без сумнівів що він повинен буди своєчасним, охватіть якомога більш територію (в нашому випадку ґрунтів) та мати стільки повторень, скільки вимагає завдання на цю мить. Ось тут й виникає комплексна проблема проведення моніторингу. На думку авторів, не має сенсу доказувати в рамках цієї статті, що за безконтактним (дистанційним) моніторингом майбутнє, якщо не повноцінне заміна наземних спостережень то левова частка буде належати саме йому, або він буде доповняти вже існуючі системи моніторингу грунтів.
Комплексність проблеми лежить як у фінансовій та й технічній площині. Фінансова сторона цієї проблеми виглядає строкато. Судить самі – вибір даних (чи то супутникових чи аерозйомок) є практично на любую територію та достатньо великий [1]. Нижче наведені країни, які надають послуги щодо дистанційного зондування:
Таблиця 1 – Порівняльні характеристики сканерних космічних систем зйомки (за Гершензоном, Таракановою, ГИС-обозрение, січень 1997р.).

Супутник / сенсор	Країна / агентство	Кількість каналів	Вартість знімка, USD	Ширина смуги зйомки/ кадру	Роздільна здатність м.в пікселі	Вартість знимку пл. 100км2, USD
Meteosat/MVIRI	Евр. косм. агентство	3	113	півкуля	2500	0
NOAA / AVHRR	США	5	115	2400км	1000	0
Ресурс-О / МСУ-СК	Росія	4	1300	600км	150	0,36
Індія	4	300	130 км	36	2
MOS	Японія	4	316	100км	50	3
Landsat / MSS	США	4	1233	185х170км	80	4
Ресурс-О / МСУ-Э	Росія	3	200	45км	35	10
Landsat / TM	США	7	5180	185х170км	30	16
Spot / XS	Франція	3	2487	60км	20	69
Spot / P	Франція	1	3133	60км	10	87

Згідно цієї таблиці можна зробити висновок що для того щоб зробити зйомку будь якого поля потрібно витратити декілька тисяч гривень. А якщо виконати зйомку з роздільною здатністю на рівні рідку посівів – вартість складе десятки тисяч гривень. Таким чином з фінансової точки зору проведення моніторингу ґрунтів за допомогою космічних зйомок чи аерозйомки за допомогою звичайних технічних засобів (літаків або супутників) в грошовому еквіваленті на сучасному етапі просто не вигідно. Причому більш менш для аналізу ґрунтового покриву з усього наведеного вище придатні знімки SPOT/P.
А тепер торкнемося технічної сторони цієї справи. Космічного компоненту моніторингу брати за увагу не має сенсу бо в Україні немає супутників для цивільних завдань, вони лише плануються для виведення на орбіту. Усі види моніторингу, які проводяться зараз на Україні зводяться до польотів на гелікоптерах типу Мі-2 або Jonson та літаків АН-12 та АН-2. Тобто це тільки аеромоніторинг. Вартість польоту, наприклад, АН-2 один з самих дешевих варіантів складає 500 умовних одиниць за годину. Якщо порахувати, то тут складається така ж картина, як й було описано раніше. Більш того, парк цих машин не оновлювався вже років 15. Підводячи підсумок треба зауважити, що при такій справі жодна з зацікавлених в проведенні повноцінного моніторингу установ (господарство, науковий інститут тощо) просто не в змозі собі це дозволити. Складається якесь замкнуте коло, але вихід на нашу думку є й досить простий, хоча на перший погляд альтернативний й екзотичний, але відносно дешевий. Використання безпілотних літаків. Серед переваг цього методу:
• Помірна ціна у зрівнянні з космічними знімками, при більшої якості знімку;
• Отримання знімків можливе прямо в процесі польоту й періоду чекання отримання (5-6 діб) не існує (якщо треба можна скорегувати політ згідно вимог користувача в реальному часі);
• Висока роздільна здатність знімків (висота польоту на висотах 100-500 м на поверхні Землі);
• Можливість зйомки під хмарами, що є ахіллесовою п’ятою космічних знімків;
• Можливість зйомки тільки одного поля, чи його частини, що в принципі не вигідно при космічної зйомці (тільки для одного фермера наприклад);
• Неможливість отримання космічних знімків в «проблемних» районах де заборонена зйомка (райони секретних або режимних об’єктів), апарат може філігранно провести зйомку поля, яке примикає до об’єкту.
Крім того, в найближчому майбутньому в Україні із-за кризи не буде можливості отримати свій власний штучний супутник під власні наукові дослідження, в тому числі і в напряму «Агрокосмос». Тому за допомогою даної системи можливо створити порівняно дешеву технологію отримання знімків.
Постановка мети (завдань) статті: Викладення положень щодо створення комплексу аеромоніторингу ґрунтів. Для цього необхідно зробити наступні завдання:
1) Дати характеристику безпілотнику, як технічного засобу
2) Створити концепцію використання цього комплексу при аеромоніторингу ґрунтів.
3) Надати загальний опис безпілотного летального апарату (ДПЛА)
Аналіз останніх досліджень й публікацій в яких започатковані рішення даної задачі і на яку спирається автори. Завданням створення БПЛА займаються вже декілька десятиліть високо розвинуті країни. Серед найбільш успішних проектів БПЛА слід віднести такі країни як США, Ізраїль, Японія, Німеччина, Росія, Білорусь, Україна. Нажаль практично всі розробки створені для військових, але в даний час спостерігається тенденція до зміни у цивільний сектор. Нижче наведений перелік щодо розробок БПЛА:

Таблиця 2 – Приклади розробок БПЛА, які можуть використовуватися для аеромоніторингу ґрунтів.

№ п/п	Країна	Назва проекту	Короткий технічний опис
1	США	Dragon Eye	Вага – 2,3 кг, Дальність – 4,5 км, ТВ, ІК — камера
2	США	MQ-1 Предейтор	Вага – 430 кг, Дальність – 740 км,ТВ, ІК — камера
3	Росія	Пчела-1 Т	Вага – 138 кг,Дальність – 60 км, ТВ- камера
4	Росія	ZALA 421-06	Вага – 12,5 кг,Дальність 40 – км, Детектори радіації, хім.газів
5	Росія	БРАТ	Вага – до 3 кг, Дальність 30 – км, 2 ТВ- камери
6	Росія	„Дистанционно — пилотируемый самолёт общегражданского применения для лесного хозяйства”	Вага – 24 кг, Дальність – до 100 км, ТВ-камера
7	Росія	Сплит	Вага – 2,8 кг, Дальність – до 97,5 км, тепловізор
8	Ізраїль	Hermes 450	Вага – 450 кг, Дальність – 200 км, електрооптичні, інфрачервоні й лазерні датчиками
9	Білорусь	Роботизированный малоразмерный беспилотный Вертолет Специальный проект «Хаски»	Вага – 90 кг, Дальність – 100 км, ТВ кольорова камера
10	Німеччина	Eurohawk	Дані відсутні
11	Японія	KZO	Вага – 161 кг, Дальність – 100 км, комплектами Mucke и Fledermaus. Кроме того KZO может оборудоваться ИК-датчиками Zeiss Ophelios WBG FLIR и/или РЛС с синтетической апертурой
12	Україна	Стрепет	Вага – 200 кг, Дальність – 100 км, ТВ кольорова камера, різні типи датчиків

Виходячи з аналізу таблиці ми зробили деякі висновки, а саме: 1) Далеко не всі ДПЛА можуть бути використані під завдання моніторингу ґрунтів, а тільки ті, які можуть злітати з непідготовлених поверхонь, або тільки з руки, тобто вага апарату має бути не більш 5 кг, задля можливості зйомок полів з любим типом складності зйомки. 2)Швидкість не повинна перевищувати 100 км/г, та навіть ця швидкість є завеликою, оптимальна швидкість у діапазоні 35-70 км/г, тому що фото- та відео зйомка повинна бути дуже чіткою. 3)Вартість польоту не повинна перевищувати 3000-4000 грн за декілька десятків квадратних кілометрів за один раз. 4) Вартість ДПЛА, які наведені в таблиці повністю не відповідають завданню проведення моніторингу ґрунтів, тому що мають вартість від 50 000 тис.умовних одиниць до декількох мільйонів. Тому для завдання моніторингу ми зробили власну концепцію ДПЛА моніторингу.
Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів. В основу концепції покладено ідею що у ДПЛА повинен бути пілот. Звісно не на самому літаку а на землі, тобто ми навмисно відмовились від автопілоту. Вартість літаку повинна бути не вище 2000 умовних одиниць. Висота польоту від 5 до 500 м. Дальність до 20 км. Час польоту: до 1 години. Фото-відео знімальна апаратура повинна включати до себе: чорно-білу або кольорову камеру (широкоформатну та вузько форматну) та фотоапарат з роздільною здатністю між 3-8 млн. пікселів (наприклад Genius D453).
Технологія зйомки наводиться нами вперше та може вдосконалюватися далі. Після виїзду на місце зйомки та запуску апарату проводиться політ по тв-камері згідно плану маршруту, з послідовним зніманням фотоапаратом поверхні ґрунту. Після повернення апарату з нього знімається необхідна інформація у вигляді фотографій та після цього зводиться до купи за допомогою ГІС-методів. На наступних знімках показано послідовність побудови прототипів для проведення фото-відео зйомки (см.рис.1-4):

Рисунок — 1. Прототип №1 виконаний з пінополістиролу

Рисунок — 2. Прототип №1. Моторама з встановленням електричним двигуном

Рисунок — 3. Фото на автодром. П.Жуковський. м.Харків. 2009 р.

Рисунок — 4. Фото на автодром. П.Жуковський. Інший ракурс. 2009 р.

В результаті проведених польотів, встановлено, що розлічати як посіви, так й ліс, водні об’єкти тощо совсім не складно.

Висновки дослідження:
1. ДПЛА відповідає завданню оперативного виду моніторингу, надає можливість проводити його завчасно та в декілька разів дешевше ніж загально прийнятий вид авіамоніторингу. Так, за декілька годин можна облітати від 50 до 100 кв.км в залежності від мети зйомки. Крім того, ДПЛА має досить компактні розміри тому може перевозитися в якості ручної поклажі, що додає переваг цьому методи зйомки. Є можливість в майбутньому скоротити кількість операторів ДПЛА до 1 чоловіка (зараз 2) за рахунок побудови стартового пересувного майданчика (зараз здійснюється „виліт з руки” ).
2. Потрібно проведення додадкових польотів щодо створення та наповнення бази даних типів рослинності, грунтів та інших об’єктів. При проведенні зйомки було виявлено наступні недоліки: 1) в режимі польоту із-за недоліків форми крила проведення відеозйомки ускладнено (відео тремтіть), фото знімки мають розмиті кромки. 2) система такого виду побудови зйомки потребує удосконалення, а саме потрібно встановити відеопередавач та приймач для отримання знімків та відео- в режимі реального часу. 3) Досить складно вдержувати „лінію горизонту” для отримання необхідної лінії надіру фотоапарата, тому буде розроблено та встановлено необхідне додаткове устаткування для вирішення цієї технічної проблеми.
3. Для проведення ґрунтової зйомки потрібно підбирати фотоапарат та дотримуватися певних правил зйомки, щоб отримати вірні знімки, для ідентифікації поверхні. Звичайно, тільки фотоапаратом та відео камерою всі необхідні цілі не достигнути, тому нами буде розроблюватися новий апарат для інфрачервоної зйомки та транспортування радіометру.

Статту було надруковано у 2009 році. Тому ситуація поступово змінілася та з’явилися нові виробники та моделі безпілотників.