Общая площадь территории Республики Казахстан составляет более 272500,0 тыс. га. В тоже время лесами покрыто чуть более 5 % территории, и это с учетом саксауловых насаждений, на долю которых приходится практически половина лесопокрытой площади [1].

Несмотря на малую лесистость территории, лесные экосистемы ежегодно подвергаются лесным пожарам.

Для обеспечения безопасности лесных экосистем применяются различные подходы. Одним из инновационных методов снижения лесопожарного риска является автоматизация процесса принятия управленческого решения по локализации и ликвидации лесного пожара, путем разработкиинновационных методов применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [2].

БПЛА помогают облегчить решение задач по оперативному выявлению и выработки тактических решений по локализации и ликвидации лесного пожара [3]. 

Для задач мониторинга и обнаружения лесных пожаров в настоящее время применяют БПЛА самолетного типа и мультикоптерные [4].

На БПЛА устанавливают специализированные камеры, способные фиксировать изображение в различных диапазонах спектра шкалы электромагнитных излучений для обнаружения признаков возникновения горения [5].

В целях выбора наиболее подходящего БПЛА для лесопожарного мониторинга, необходимо выполнить ряд задач.

1. Составить техническое задание (ТЗ) на систему лесопожарного мониторинга с помощью БПЛА, в которую входит [6]: 

– определение расстояния от места дислокации (запуска) БПЛА до объекта мониторинга L и высоты, на которой необходимо проводить измерения Н; 

– контролируемый (измеряемый) параметр (дым, температура и др.); 

– количество измерений в единицу времени (минута, час, день, неделя и т.п.). 

2. Выбор средства измерений (далее – СИ) контролируемого (измеряемого) параметра. 

3. Выбор радиопередатчика измеренного параметра, при этом должно выполняться следующее неравенство [6]:

                                                 (1)

где  – радиус действия передатчика. 

Если это неравенство не выполняется, необходимо выбрать передатчик с большей дальностью радиопередачи. 

4. Выбор типа БПЛА: самолетного типа или квадракоптер; 

– выбор конкретного БПЛА при выполнении следующих условий: 

– определение необходимой грузоподъемности БПЛА:

                                 (2)

где  – вес СИ;  – вес передатчика;  – вес видеокамеры;  – грузоподъемность БПЛА. 

Если неравенство не выполняется, следует выбрать более грузоподъемное БПЛА; 

– определение необходимой электрической емкости аккумулятора БПЛА:

                      (3)

где  – требуемая электрическая емкость для работы СИ;  – требуемая электрическая емкость для работы передатчика;  – требуемая электрическая емкость для работы видеокамеры;  – электрическая емкость непосредственно аккумулятора БПЛА. 

Реальная располагаемая электрическая емкость аккумулятора БПЛА равна разности электрической емкости аккумулятора БПЛА и потребной электрической емкости для работы СИ, передатчика и видеокамеры [8]; 

– определение возможности выполнения всех маневров для проведения лесопожарного мониторинга

            (4)

где  и  – удельный расход электричества на горизонтальный полет и подъем БПЛА, соответственно;  – число полетов длиной L;  – число подъемов высотой Н. 

Если это неравенство не выполняется, необходимо выбрать БПЛА с большей емкостью заряда аккумулятора [9]. 

В соответствии с представленной методикой разработан алгоритм выбора БПЛА (радиопередатчика, видеокамеры, аккумулятора) для проведения лесопожарного мониторинга (рисунок 1).

Рисунок 1 – Алгоритмрационального выбора БПЛА для лесопожарного мониторинга

На основании проведенных исследований предложен алгоритм рационального выбора БПЛА для целей оперативного лесопожарного мониторинга. Предложенный алгоритм выбора БПЛА позволяет автоматизировать определения требуемых параметров для определения наиболее рационального БПЛА [10]. Важной особенностью является то, что алгоритм учитывает современный уровень развития технологий. Это позволяет при постановке задачи планирования мониторинга предусмотреть возможность изменения параметров, применяемых БПЛА вследствие изменений технических параметров систем мониторинга.

Данные исследования выполнены в рамках грантового финансирования молодых ученых Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан по проекту AP27510803 на тему: «Разработка инновационных методов мониторинга и прогнозирования лесных пожаров».