Развитие технологий социо-эколого-экономического мониторинга арктического пространства России, с применением беспилотных

летательных аппаратов

Кривичев Александр Иванович,к.э.н., МГУ имени М.В. Ломоносова

Залецкий Александр Васильевич, менеджер ООО "ГЕОТЕХСЕРВИС"

Московский Государственный Университет Геодезии и Картографиии (МИИГАиК)

2

"Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечениянациональной безопасности на период до 2020 года“ (утверждена Президентом РФ

02.05.2014 г.)

Основные цели Стратегии:1) развитие системы мониторинга геофизической обстановки в Арктической

зоне Российской Федерации с целью минимизации воздействия экстремальных геофизических процессов (естественного и искусственного происхождения) на среду обитания человека, включая системы связи и навигации, транспортную и энергетическую инфраструктуру, а также обеспечение функционирования Северного морского пути и безопасности транзитных и трансполярных воздушных маршрутов в Арктике.

2) мониторинг состояния экосистем и объектов растительного мира;

3

"Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечениянациональной безопасности на период до 2020 года“ (утв. Президентом РФ)

Основные Цели Стратегии:3) совершенствование системы государственного экологического мониторинга в Арктической зоне Российской Федерации, основанной на использовании объективных и измеряемых показателей оценки состояния окружающей среды, формировании системы наблюдения за состоянием и загрязнением окружающей среды, использующей современные средства наблюдения наземного, авиационного и космического базирования, интегрированной с существующими и создаваемыми международными системами наблюдения окружающей среды и обеспечивающей обнаружение и прогноз опасных и экстремальных природных явлений в Арктической зоне Российской Федерации, в том числе негативных климатических изменений, а также своевременное обнаружение и прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

4

"Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечениянациональной безопасности на период до 2020 года“ (утв. Президентом РФ)

Основным механизмом реализации Стратегии, является Государственная программа социально-экономического развития Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года и иные программы РФ;Для реализация Стратегии необходимо:а) формирование системы мониторинга и анализа состояния национальной безопасности и уровня социально-экономического развития Арктической зоны Российской Федерации с выделением ее в качестве самостоятельного объекта государственного статистического наблюдения; б) разработка единой национальной системы мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды Арктической зоны Российской Федерации, синхронизированной с аналогичными международными системами.

5

Классификация БЛА по радиусу действия

Анализ технологий с применением беспилотных летательных аппаратов (БЛА), которые стремительно распространяются по всему миру, показывает, что технологические инновации опережают законодательные нормы, регулирующие их использование. Например, в США в настоящее время ведутся работы над интеграцией БЛА в национальное воздушное пространство, что определяет их действие в воздушном пространстве по правилам пилотируемых судов. Согласно международной классификации «UVS International», определена следующая классификация по дальности действия:

− ближнего действия - до 25 км;− малой дальности - до 100 км;− средней дальности - до 500 км;− большой дальности - более 500 км.

6

Доступные в России БАС20000 м

15000 м

8000 м

6000 м

1000 мЧасы Полсуток Сутки Неделя

Ближнего действия Малой и средней дальности Большой дальности

Большой продолжительности полёта

Searcher(Форпост «Ростех»)

Shiebel S100(«Горизонт»)

Орион(«Транзас»,разработка)

Zala Aero

Орлан-10

7

Отечественные производители БАС

В России работает около пятидесяти производителей беспилотных авиационных систем (БАС), причем все участники рынка отмечают вполне благожелательное и конструктивное отношение у российских органов управления воздушным движением и связывают это с негласным указанием способствовать развитию данной технологии.Суммарная выручка российских компаний, оперирующих на рынке коммерческих беспилотников, оценивается в 1 млрд 400 млн ± 500 миллионов рублей. При этом выручка большинства компаний за 2014 год меньше одного миллиона рублей, и лишь 6% участников рынка получили выручку свыше 50 миллионов руб.

8

9

10

Классификация БЛА по радиусу эффективного действия в Арктике

Для выполнения задач в Арктике более всего подходят беспилотники со средней или большой дальностью полета для протяженных и труднодоступных территорий. Использование БЛА малого радиуса действия для таких территорий экономически невыгодно. В то же время в условиях низких температур и сильных ветров электродвигатели не в состоянии обеспечить радиус эффективного действия. Поэтому чаще применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

11

Основные характеристики БЛА “Орлан-10

Параметр ЗначениеДиапазон рабочих температур

С −30 до +40 °C

Двигатель ДВС (бензин А-95)

Способ старта с разборной катапульты

Способ посадки на парашютеВоздушная скорость км/ч 90-150 км/чМасса полезной нагрузки кг до 5 кгВзлетная масса кг 14 кгМакс. высота полета м 5000Продолжительность полета ч 16 чМакс. допустимая скорость ветра на старте

м/с 10 м/с

Макс. дальность применения комплекса

км 120 км от наземной станции управления

Стоимость 30-40 миллионов рублей

Основные характеристики БЛА “Орион” (разработка)

Параметр ЗначениеРазмах крыла м 16,2Длина м 8Высота м 3,1Колея м 5База шасси м 3,2Масса полезной нагрузки кг 250…350Взлетная масса кг 1100Диапазон скоростей полета км/ч 140…250Макс. высота полета м 8000Продолжительность полета ч 24+Практическая дальность км 6000

3000 км

1150 км

900 км

1500 км

1200 км

Хатанга

650 км

1000 км

3000 км

2700 км 3000 км

R 1000 км

Североморск

Варандей

Норильск

Хатанга

Тикси

Певек

Ситуационный план и расстояния

МЛСП «Приразломная»

ШтокмановскоеГКМ

Темп

БЛА большой продолжительности полёта

способны обеспечить непрерывность мониторинга

всей Арктической зоны Российской Федерации

14

Влияние санкций на развитие технологий с применением беспилотной аэрофотосъемки (БАФС)

Стоимость БАС SkyRanger:версия с EO/IR (HD and FLIR thermal) $65,000 USD ~ 4.5 миллиона рублейверсия с HDZOOM30 payload $135,000 USD ~ 9 миллионов рублей

SkyRanger(Канада), цитата: «The SkyRanger does require an export license, as do most things, and there are currently Canadian Sanctions on Russia, and I’m afraid we aren’t able to get you a system.”

Для поставки БАС Skyranger требуется экспортная лицензия, как для большинства товаров. В настоящее время действуют канадские санкции в отношении России, и я боюсь, что мы не сможем поставить Вам систему.

15

Влияние санкций на развитие технологий с применением беспилотной аэрофотосъемки (БАФС)

PrecisionHawk (Канада), цитата: «Unfortunately, the current Canadian Sanctions against Russia do not allow us to do business at this time. This is due to the» current political atmosphere and we hope that these can be resolved soon so that we may be able to do business!

К сожалению, канадские санкции против России не позволяют нам вести бизнес в настоящее время. Это связано с нынешней политической атмосферы, и мы надеемся, что они могут быть решены в ближайшее время, так что мы сумеем наладить бизнес!

Стоимости сенсоров $2,000 — $18,000

16

Влияние санкций на развитие технологий с применением беспилотной аэрофотосъемки (БАФС)

«Just so you know, the NanoSAR-C is a controlled product by the U.S. Government and it will require an approved export license before I can export it to you in Moscow.»

IMSAR LLC. IMSAR, (США), цитата:

«Насколько Вам известно, «NanoSAR-С» является продукцией контролируемой правительством США, и она будет требовать утвержденную экспортную лицензию, прежде чем я могу экспортировать ее для Вас в Москву.»

17

Отечественные производители полезной нагрузки на БЛА

Одним из примеров производителей систем оптического наблюдения (СОН), которые производятся в России для БЛА, является Уральский оптико-механический завод (УОМЗ). Производимая на УОМЗ система устанавливается на БЛА и позволяет вести круглосуточный поиск, обнаружение и распознавание наземных, надводных подвижных и неподвижных объектов (автомобиль, человек, животное и т. д.). На международной авиационной выставке AIR FAIR 2014 (УОМЗ) продемонстрировал гражданские системы оптического наблюдения СОН 730 и СОН 820, данные оптико-электронные системы относятся к классу гиро-стабилизированных систем, которые позволяют получать телевизионную и тепловизионную картинку в режиме реального времени.

18

Отечественные производители полезной нагрузки на БЛА

В составе СОН 820 два информационных канала. По желанию заказчика система может комплектоваться набором из лазерного дальномера, телевизионного и/или тепловизионного каналов. Вес системы не превышает 5 кг.

СОН 730 - это самая легкая из «дальнобойных» гражданских систем оптического наблюдения. При весе в 25 килограмм она способна обнаруживать объекты на расстоянии до 10 километров.Телевизионная камера с разрешением 1920х1080 и дополнительной электронной стабилизацией, матричный охлаждаемый тепловизор с разрешением 640х512 и температурной чувствительностью 0,03 K

19

Отечественные производители полезной нагрузки на БЛА

1. Оптико-электронная система «Лаггар-Д», производство ОАО «НПО «Карат».Оптико-электронная система «Лаггар-Д» устанавливается на беспилотные самолеты, вертолеты, аэростаты и дирижабли, и предназначена для обзора нижней полусферы (наблюдения за наземными и надводными объектами) посредством телевизионной камеры. В компактном корпусе размещена гиростабилизированная цифровая камера с десятикратным оптическим зумом. Общий вес системы составляет 900 грамм.

Начальник отдела корпоративных связей ОАО «НПО «Карат» : «Лаггар-Д» был разработан нами в инициативном порядке. Сегодня мы видим его несовершенство, недоработки и проблемы с конструкцией. В таком виде предлагать его Заказчику мы точно не будем, но и возможности дальнейшей модернизации за собственные средства у нас нет. Хотя планы и понимание куда двигаться дальше присутствуют. В принципе, при наличие Заказчика эти работы можно было бы возобновить. Должен отметить, что еще одной проблемой при разработке полезной нагрузки для БЛА (в интересах армии) стал жесткий курс на импортозамещение, что при нынешней ситуации на рынке отечественных электронных компонентов ведет к проблемам с габаритами и весами”

20

Беспилотные летательные аппараты, адаптированные к арктическим условиям, с установленными на них оптическими системами и сенсорными датчиками, могут помочь в решении следующих проблем:

1. В социальной сфере:- обнаружение объектов жилищно-коммунального хозяйства в критическом состоянии;- обнаружение тепловых утечек зданий, теплосетей для организации

эффективного энергопотребления;- видеотрансляция изображения, получаемого с помощью

гиростабилизированной системы оптического наблюдения на наземный пункт, позволяет предупреждать аварийные ситуации, фиксировать нарушения, отслеживать ситуацию на дорогах;

- температурный мониторинг тепловых сетей (трубопроводов); - определение потерь тепла зданий и сооружений;- контроль и обеспечение безопасности массовых мероприятий в городах.

21

2. В экономической сфере:- разведка и поиск оптимального пути прохождения судна во время навигации во льдах;- построение ледовых карт СЛО в районах навигации;- уточнение и дополнение информации навигационно-гидрографического и гидрометеорологического обеспечения навигации;- мониторинг дрейфующих айсбергов в направлении буровых платформ;- мониторинг оперативной обстановки для доставки грузов в

труднодоступные арктические районы;- ортофотопланы, полученные при аэрофотосъемках, являются крайне

востребованными для организации кадастровой и землеустроительной деятельности и могут обеспечить прозрачность в земельных отношениях, наглядность при проведении градостроительного проектирования, улучшить инвестиционный климат, позволить создать информационную базу сведений для мониторинга состояния земель и объектов недвижимости;

22

Моделирование гидрологических (паводковых) процессов по результатам БАФС

Земельный контроль по результам БАФС

23

2. В экономической сфере:- оценка износа основных фондов, в особенности транспортной, промышленной и энергетической инфраструктуры;- предварительная оценка проектов в строительстве; - дополнение технических средств и технологических возможностей по

изучению, освоению и использованию арктических пространств и ресурсов;- мониторинг свалок твердых бытовых отходов; - измерение концентрации аэрозолей в районах вредных выбросов

промышленного производства;- - мониторинг состояния объектов инфраструктуры, дорог, трубопроводов и

диагностика технического и коррозионного состояния высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), т.е. осуществление тепловизионного контроля повреждений ЛЭП и практически любых энергонасыщенных объектов;

- учет поголовья одомашненных оленей;

24

Диагностика коррозии линий электропередач и ветрогенераторов

Обнаружение дефекта в тепловом спектре на ЛЭП

25

3. В экологической сфере: - мониторинг радиоактивного загрязнения окружающей среды промышленными объектами;- мониторинг свалок твердых бытовых отходов;- обнаружение тепловых источников загрязнения рек;- определение границ загрязнения водоемов стоками термальных вод;- мониторинг загрязнения нефтью арктического шельфа в районах нефтепромыслов;- измерение концентрации аэрозолей в районах вредных выбросов промышленного производства;- мониторинг противопаводковой обстановки и лесных пожаров;

26

Городская свалка г. ТалнахЯдовитые выбросы в атмосферу г. Норильск

27

3. В экологической сфере: - наблюдение за животными (сухопутными/морскими);- мониторинг состояния воды, локализация источников ее загрязнения;- измерение на больших высотах концентрации озона;- измерение отражательной способности поверхности (альбедо);- - мониторинг перемещения и поведения крупных животных дикой природы

(наблюдение за сухопутными/морскими животными). - мониторинг состояния растительного покрова арктического пространства.

28

Рекомендуемые оптические и сенсорные системы, устанавливаемые на БЛА в условиях Арктики

1. Система оптического наблюдения (СОН).а) видимого спектра,б) инфракрасного спектра.

2. Тепловизоры.3. Радар с синтезированной апертурой.4. Телевизионные камеры.5. Лазерные сканеры6. Метеорологические датчики.

29

Полезная нагрузка устанавливаемая на БЛААэрофотокамера

АФА «Trimble Aerial Camera»

размер сенсора: 53 .9 mm x 40 .4 mm;количество пикселей: 8984 x 6732 пикселей;размер пикселя: 5 .2 μm;глубина цвета: 16 бит;эквивалент чувствительности:- 60 MP —ISO 50 до 800- 80 MP —ISO 35 до 800 ;Вес: 1500 гр;калибровка: метрическая калибровка линз.

Технические характеристики АФА TAC

30

Полезная нагрузка устанавливаемая на БЛА Радар с синтезированной апертурой

31

InfraTec VarioCAM 640 hr

ТепловизорТехнические характеристики  Спектральный диапазон (7,5 … 14) | мкм

Детектор Детектор формате (пиксель)

Микроболометр фокальной плоскости, неохлаждаемый (384 х 288), дополнительно .. улучшения разрешения "на (768 х 576) (640 х 480), необязательно. Улучшения разрешения "к (1280 х 960)

Диапазон измерения температуры (-40 … 1200) ° C, опционально> 2000 ° CТочность измерения ± 1,5 К (0 … 100) ° C, ± 2% (<. 0 соответственно> 100) ° CТемпературное разрешение при 30 ° C лучше, чем 0,08 К или 0,05 K в режиме премииИК-кадров 50/60 ГцЦифровая видеокамера цвет 1.3 мегапикселя, с светодиодной подсветки видео

Стандартный объектив, поле зрения 1.0/25 мм (30 х 23) ° с датчиком (384 х 288) пикселей 1.0/30 мм (30 х 23) ° с датчиком (640 х 480) пикселей

Хранение изображений SD-карта, FireWire (IEEE 1394) до 50/60 Гц, интегрированная в режиме реального времени память

Динамический диапазон 16 Bit

Интерфейсы PAL / NTSC-FBAS, S-Video, RS232, FireWire (IEEE 1394), WLAN

Источник питания стандартными, готовых литий-ионный аккумулятор (быстро перезаряжаемый, с дисплей)

Рабочая температура, инкапсуляция (-15 … 50) ° C, IP54Размеры (133 х 106 х 110) ммВес 1,5 кг (всей системы)

32

GeoscanPtero

Supercam

Zala Aero

Orlan-10 БПЛА «ЭЛЕРОН Т-23 “АРКТИКА”»

Карта применения беспилотных авиационных систем российского производства в высоких широтах

33

Основные выводы 1. Необходимы прорывные отечественные разработки беспилотных авиационных

систем, отвечающих современному уровню технологий для реализации «Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года“

2. Необходим комплексный подход к устойчивому социо-эколого-экономическому развитию на основе создания системы мониторинга, включающей в себя все данные полученные с традиционных и перспективных источников.

3. В арктических условиях экономически выгодно и оправдано применение беспилотных летательных аппаратов средней и большой дальности.

34

ЗаключениеВ целом наблюдается оживление мероприятий по налаживанию социо-эколого-экономического мониторинга, но они носят несистемный характер и ориентированы на заказы крупных корпораций.

Научно-исследовательская экспедиция «Кара-зима-2015», организованная ОАО «НК «Роснефть» при участии «Арктического научно-проектного центра» и специалистов ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» стала самой масштабной по объему и составу работ арктической экспедицией в мире за последние 20 лет. Исследовательские работы длились в течение десяти недель с участием атомного ледокола «Ямал», который прошел по маршруту от Баренцева до Восточно-Сибирского моря, практически вдоль всего побережья российской Арктики. В ходе экспедиции был выполнен комплекс метеорологических, океанографических, ледовых, гляциологических и биологических наблюдений. Специалисты изучили физико-механические свойства льда (выполнено более 2 тысяч измерений на 35 ледовых станциях), морфометрические параметры ровного льда и торосистых образований для расчета нагрузки на проектируемые инженерные сооружения.

Для исследования ледяного покрова использовались беспилотные летательные аппараты, позволяющие выполнять площадную аэрофотосъемку льда, определять распределение гряд торосов и их геометрические размеры. Для изучения строения морского дна, а также килей торосов и айсбергов применялись телеуправляемые подводные аппараты и гидролокаторы.

35

Список источников:Слайд 5—источник международный журнал «UVS International» Слайд 6,12,13—источник:2-я международная конференция «Дистанционное зондирование Земли - сегодня и завтра», презентация «Применение беспилотных летательных аппаратов большой продолжительности полетов для освоения Арктических регионов: международный опыт и перспективы в Российской Федерации» Владимира Воронова, к.т.н. Заместителя генерального директора Беспилотного направления по маркетингу, Члена Совета директоров Российской ассоциации индустрии БАС, Санкт-Петербург, 7 июля 2014 Слайд 8, 9—источник: 1) http://b-mag.ru/2014/russia/ptichi-prava/ ; 2) «http://amb.aero/Drones_market.pdf?utm_medium=email&utm_source=UniSender&utm_campaign=43630922 Слайд 17—источник: http://www.soyuzmash.ru/news/uomz-predstavil-optiko-elektronnye-sistemy-na-vystavke-v-polshe Слайд 18 —источник: 3) http://www.arms-expo.ru/news/archive/novuyu-produkciyu-predstavit-uomz-na-vystavke-v-nizhnem-tagile11-07-2011-12-17-00/ 4) http://vpk.name/news/106370_sistemyi_opticheskogo_nablyudeniya_uomz.html Слайд 21—источник: http://www.admin.tomsk.ru/pgs/384Слайд 23—источник: http://aeryon.com/aeryon-skyranger Слайд 25—источник: 1) http://www.yaplakal.com/forum2/st/0/topic855728.html ;2) http://photos.wikimapia.org/p/00/04/96/86/60_big.jpgСлайд 29—источник: http://www.imsar.com/pages/home.php Слайд 31—источники: тепловизор http://teplovizo.ru/variocam-hr-research.htm Слайд 32—источники: 1) Журнал «РОССИЙСКИЕ ПОЛЯРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ № 1 (15) 2014 г.» 2) http://geoscan.aero/ru/node/92 3) http://unmanned.ru/news/2015-04-16.htm Слайд 34—источники:http://rosneft.ru/news/news_in_press/16062015.html

36

Спасибо за внимание!