eng
Выпуск #4/2023
А. Ф. Осипов
Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра
Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра
Просмотры: 953
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.4.284.292
В статье рассмотрены требования к устройствам оптико-электронных УФ-солнечно-слепых пеленгаторов с точки зрения обнаружения источника огня и передачи этой информации службам спасения. Акцент сделан на устройствах УФ-пеленгаторов на основе многоанодных фотоумножителей, имеющих высокий потенциал своевременного обнаружения пожаров и оперативного реагирования для их тушения.
В статье рассмотрены требования к устройствам оптико-электронных УФ-солнечно-слепых пеленгаторов с точки зрения обнаружения источника огня и передачи этой информации службам спасения. Акцент сделан на устройствах УФ-пеленгаторов на основе многоанодных фотоумножителей, имеющих высокий потенциал своевременного обнаружения пожаров и оперативного реагирования для их тушения.
Теги: direction finder electron-optical converter focon multi-anode optical photomultiplier solar-blind uavs ultraviolet unmanned беспилотник беспилотный многоанодный оптический пеленгатор солнечно-слепой ультрафиолетовый фокон фотоумножитель электронно-оптический преобразователь
Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра
А. Ф. Осипов
Москва, Россия
В статье рассмотрены требования к устройствам оптико-электронных УФ-солнечно-слепых пеленгаторов с точки зрения обнаружения источника огня и передачи этой информации службам спасения. Акцент сделан на устройствах УФ-пеленгаторов на основе многоанодных фотоумножителей, имеющих высокий потенциал своевременного обнаружения пожаров и оперативного реагирования для их тушения.
Ключевые слова: оптический, ультрафиолетовый, солнечно-слепой, пеленгатор, беспилотник, беспилотный, фокон, многоанодный, фотоумножитель, электронно-оптический преобразователь
Статья поступила: 20.01.2023
Статья принята: 30.03.2023
Введение
Леса имеют огромное значение для человека как источник пищи, источник энергии, строительный материал, сырье для производства, регулятор природных процессов. Прошедшие два года сложились для лесов крайне неблагоприятно. По данным ФБУ «Авиалесоохрана» в 2021 голу в России сгорело больше 10 млн гектаров лесов (по данным Гринпис сгорело больше 18 млн гектар ов лесов).
Организация процессов пожаротушения в нашей стране опирается на документ – «Нормативы обеспеченности субъекта Российской Федерации лесопожарными формированиями, пожарной техникой и оборудованием, противопожарным снаряжением и инвентарем, иными средствами предупреждения и тушения лесных пожаров» (утверждены распоряжением Правительства РФ от 19.07.2019 № 1605‑р, далее Нормативы). Итоги лесных пожаров в 2021 году показали, что оснащение и работа по указанным Нормативам не обеспечивают своевременное обнаружение и быстрое тушение лесных пожаров. Кроме того, существующие Нормативы препятствуют использованию новых технических решений, например способа наведения летательного аппарата на очаг пожара и его тушения огнегасящей жидкостью, который описан в работе [1] или использованию УФ-пеленгаторов.
Федеральное агентство лесного хозяйства, ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» (ФБУ ВНИИЛМ) выпустили в 2021 году методические рекомендации «Практическое использование отечественных методов и технологий, а также средств обнаружения и тушения лесных пожаров» [2], которые еще больше затрудняют использование инноваций, делают их использование практически невозможным. На рис. 1 приведен график площади лесных земель, пройденных пожарами.
Охрана лесов от пожаров
Хорошо известно, что для эффективной борьбы с пожарами требуется своевременное в реальном времени обнаружение пожаров и их оперативное быстрое тушение. Подобная методика отсутствует в используемых Нормативах. Например, документ предусматривает для всей России около 1 935 комплексов мониторинга с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и (или) беспилотными авиационными системами (БПАС). Плачевные результаты обнаружения и тушения пожаров говорят о том, что либо беспилотных комплексов мониторинга недостаточно, либо беспилотные комплексы мониторинга имеют низкие технические характеристики. При этом Нормативы допускают замещение оборудования, технического средства определенного класса на аналогичное по предназначению оборудование, средства более высокой производительности (мощности). Но почему-то ни в одном субъекте Российской Федерации этой возможностью не пользуются и не используют более совершенное инновационное оборудование.
Восполнить пробел в части своевременного в реальном времени обнаружения пожаров может и должна «Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в ультрафиолетовой области спектра». Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра (далее – БПАС) представляет собой беспилотник с установленным на нем оптико-электронным ультрафиолетовым солнечно-слепым пеленгатором.
Беспилотники
Порядок использования воздушного пространства Российской Федерации, в том числе и беспилотными воздушными судами (БВС, БПЛА, беспилотниками, дронами), установлен Федеральными правилами использования воздушного пространства Российской Федерации, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 11.03.2010 № 138 (далее – ФАП‑138).
В настоящее время в России занимаются беспилотниками более 100 фирм [3,4] на любой вкус и кошелек. Для обеспечения эффективности применения БАС беспилотник для обнаружения пожаров должен обладать следующими характеристиками:
грузоподъемность 2–5 кг (масса УФ-пеленгатора);
крейсерская скорость полета 50–100 км/час, чем больше, тем эффективней;
длительность полета на одной заправке 12–24 часа, чем больше, тем эффективней.
Остальные параметры беспилотников не носят принципиального характера, так как практически все беспилотники имеют все необходимые технические устройства для использования беспилотников при обнаружении лесных пожаров.
Оптико-электронные ультрафиолетовые
солнечно-слепые пеленгаторы
В УФ-диапазоне спектра используются оптические приборы видения [5, 6]. С помощью оптических ультрафиолетовых приборов видения решается много важных практических проблем. Кроме оптических приборов видения с рабочим ультрафиолетовым диапазоном спектра, существует еще один класс ультрафиолетовых приборов – оптико-электронные ультрафиолетовые приборы пеленгации. Пеленгатор – это устройство для определения направления на внешние объекты и небесные светила. С помощью пеленгатора производят отсчет пеленга. Различают пеленгаторы визуальные, оптические, акустические и радиопеленгаторы. Для случая обнаружения пожаров главную роль играют оптические пеленгаторы. У оптико-электронных ультрафиолетовых солнечно-слепых пеленгаторов существуют не менее важные и многочисленные гражданские и военные области применения. К сожалению, эти богатые возможности практически не используются.
Излучение Солнца с длиной волны 300 нм и меньше не доходит до поверхности Земли. Именно этот УФ-диапазон и называют солнечно-слепым диапазоном. Практически его считают от 240 нм до 280 нм. В этом диапазоне в условиях Земли практически отсутствуют какие-либо источники УФ-излучения. Природных и искусственных источников УФ-излучения чрезвычайно мало, и помехи практически отсутствуют. Пропускание атмосферы в этом диапазоне хорошее [7]. Обнаружить какой-нибудь появившейся УФ-объект очень легко [8, 9]. Спектр солнечного излучения хорошо изучен и изложен в нормативных документах [10–12].
Оптико-электронный УФ-пеленгатор не формирует никаких изображений, видео, фотографий, картинок для просмотра человеком или обработки компьютером. Это устройство предназначено для определения угловых координат объектов, излучающих или отражающих излучение в УФ- солнечно-слепом диапазоне спектра. УФ-пеленгатор определяет только угловую координату каждого обнаруженного ультрафиолетового объекта относительно своей оптической оси. Полученную угловую координату можно разложить на две составляющие координаты по X и по Y.
В настоящее время известны четыре принципиальных способа создания УФ-пеленгаторов [13]. На их основе построена конструкция пеленгаторов, которые производят российские предприятия:
на основе ультрафиолетового электронно-оптического преобразователя (ЭОП) сочлененного с ПЗС матрицей или КМОП матрицей. По этому пути пошли АО «НПО ГИПО», г. Казань, АО «ЦНИИ «Электрон», г. Санкт-Петербург, ПАО «РОМЗ», г. Ростов, АО «Катод», г. Новосибирск, группа компаний «Кронштадт», г. Санкт-Петербург и др.;
на основе солнечно-слепых гибридных телевизионных приборов на основе электронно-чувствительных ППЗ (приборов переноса зарядов), АО «ЦНИИ «Электрон», г. Санкт-Петербург;
на основе твердотельных УФ-матриц, АО НПО «Орион», г. Москва;
на основе многоанодных фотоумножителей с фотокатодом на основе AlGaN, АО «Катод», г. Новосибирск.
В таблице дано сравнение основных параметров УФ-пеленгаторов производства различных российских компаний.
Табличные данные показывают, что наилучшей совокупностью основных параметров обладают пеленгаторы на основе многоанодных фотоумножителей.
Кроме того, остальные типы пеленгаторов имеют плохое быстродействие, так как работают в кадровом режиме. Из-за этого при установке этих пеленгаторов на авиационные носители необходимо использовать механическую или электронную систему стабилизации изображений, например гиростабилизированную платформу, стедикам, гимбал и т. д. Также пеленгаторы на основе кадровых систем требуют больших вычислительных мощностей и сложного программного обеспечения, работающего к тому же в реальном времени. Удовлетворительного решения пока не найдено.
Надо также отметить одно большое преимущество систем пеленгации на основе многоанодных фотоумножителей – это возможность регистрации сигнатуры УФ-объектов (зависимости интенсивности УФ-излучения объекта от времени). По зарегистрированной сигнатуре можно определить тип и назначение цели или объекта. Другие типы пеленгаторов такой возможности не имеют. Поэтому УФ-солнечно-слепые пеленгаторы на основе многоанодных фотоумножителей имеют ряд преимуществ. Кроме всего прочего, надо иметь в виду, что многоанодные фотоумножители производства АО «Катод» уже вошли в «Перечень электрорадиоизделий, разрешенных к применению».
Успех использования УФ-пеленгаторов на вертолетах, самолетах, танках побуждает установить УФ-пеленгаторы на беспилотники. Единственной фирмой в России, которая занимается установкой УФ-пеленгаторов на БПЛА, является фирма «Группа Компаний «Кронштадт», https://kronshtadt.ru [14]. Правда, информация из проспекта на это изделие раскрывает тот факт, что это изделие – обычная цветная телевизионная камера и никаким ультрафиолетовым пеленгатором пока не является.
Автоматическое обнаружение и определение координат лесных пожаров в УФ-области спектра
Принцип действия беспилотного авиационного комплекса, состоящего из беспилотника и установленного на нем УФ-пеленгатора, представлен в патенте [15]. Методика автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров изложена в [16–18]. Кроме обнаружения и определения координат пожаров, предлагаемая система может определять площадь лесных пожаров, строить контуры лесных пожаров. Кроме того, система может определять тип пожара: пожар верховой или пожар низовой, пожар лесной или пожар лесной торфяной, пожар почвенный или пожар подземный. Информация о координатах очагов лесного пожара может являться исходной информацией для программ моделирования лесных пожаров, например разработки ООО «ОКБ «Бурстройпроект» (Трофимов В. А.) www.burstroy.ru. Модель лесного пожара позволяет выполнять прогнозирование изменения зоны сплошного лесного пожара в зависимости от текущих метеоусловий и цифровой модели местности в заданные интервалы времени. Моделирование лесного пожара реализовано на основании «Рекомендаций по обнаружению и тушению лесных пожаров» (утв. Рослесхозом от 17.12.1997) при методической поддержке со стороны Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС РОССИИ (ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) и Федерального центра науки и высоких технологий (ФЦНВТ).
Исходными данными для моделирования послужили текущая зона горения, обобщенные параметры лесного массива и прогноз погоды. Дополнительно могут использоваться цифровые карты лесов (для ограничения распространения горения вне лесного массива) и цифровая модель местности (для определения уклонов).
Выходными данными модели являются зоны распространения пожара на моменты времени, заданные исходными параметрами. Дополнительно может определяться перечень зданий и сооружений, попадающих в зону пожара со временем подхода, численность населения в зоне ЧС, состав сил и средств, потребных для выполнения аварийно-спасательных работ (АСР).
Модель природного пожара реализована в двух версиях:
Библиотека DLL, выполняемая в Windows Х64. Эту версию реализации возможно использовать, если имеется система управления, в которую можно интегрировать сторонние библиотеки.
В составе веб-приложения «Типовой центр управления», выполняемом на любой операционной системе.
Дополнительные сферы
применения УФ-пеленгаторов,
установленных на БПЛА
Средство обеспечения безопасности и поиска неисправностей воздушных линий электропередач, обеспечения безопасности на электрифицированных железных дорогах
БПЛА, оборудованный УФ-пеленгатором, движется в автоматическом режиме по заданному маршруту вдоль воздушной линии электропередач. Пеленгатор по УФ-излучению коронных разрядов неисправностей определяет трехмерные координаты каждой из них (широту, долготу и высоту неисправности над поверхностью Земли). УФ-пеленгатор по сигнатуре свечения неисправности определяет тип неисправности, делает прогноз развития аварийных состояний и оперативно в реальном времени передает данные в ремонтные службы.
Средство обеспечения безопасности электроэнергетики городов и поселков, обнаружения и локализации
пожаров в населенных пунктах, техногенных пожаров
БПЛА, оборудованный УФ-пеленгатором, оснащенным сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головкой [19], патрулирует в автоматическом режиме по заданному маршруту территорию города или поселка. При появлении неисправностей объектов энергетики, сопровождающихся искрами, коронным разрядом, электрической дугой пеленгатор определяет координаты неисправностей и в реальном времени передает эти данные в ремонтные службы. Тот же принцип заложен при фиксировании огня пожаров в населенных пунктах или техногенных пожаров.
Средство обнаружения и локализации природных (лесных и степных) пожаров
БПЛА, имеющий УФ-пеленгатор с сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головкой [19], патрулирует в автоматическом режиме по заданному маршруту природные территории. При появлении огня в лесу или в степи пеленгатор определяет координаты пожара и оперативно в реальном времени передает эти данные в МЧС.
Средство поиска терпящих бедствие на море
Тот же принцип пеленгации на море может быть использован в случае, если спасательный жилет моряка оборудован источником УФ-излучения на основе УФ-светодиодов или эксилампы [20].
Средство нейтрализации футбольных фанатиков
Можно использовать БПЛА внутри чаши стадиона, задавая траекторию его движения. При появлении файера пеленгатор определяет координаты нарушителя.
Во всех этих примерах используются беспилотники, оснащенные одним и тем же ультрафиолетовым пеленгатором, отличие в этих устройствах только в программном обеспечении.
Заключение
Представляется, что одной из самых эффективных инноваций в области раннего своевременного обнаружения пожаров является «Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра». Она должна быть соединена с программой моделирования распространения огня пожара, позволяя строить прогноз в зависимости от типа источника огня, текущих метеоусловий и цифровой модели местности в заданные интервалы времени.
REFERENCES
Патент № 2725596 РФ, МПК A62C 2/00 (2006.01), G01J 1/00 (2006.01). Способ наведения летательного аппарата на очаг пожара и его тушение огнегасящей жидкостью/ Родионов И. Д., Родионов А. И.
А. Ф. Осипов
Москва, Россия
В статье рассмотрены требования к устройствам оптико-электронных УФ-солнечно-слепых пеленгаторов с точки зрения обнаружения источника огня и передачи этой информации службам спасения. Акцент сделан на устройствах УФ-пеленгаторов на основе многоанодных фотоумножителей, имеющих высокий потенциал своевременного обнаружения пожаров и оперативного реагирования для их тушения.
Ключевые слова: оптический, ультрафиолетовый, солнечно-слепой, пеленгатор, беспилотник, беспилотный, фокон, многоанодный, фотоумножитель, электронно-оптический преобразователь
Статья поступила: 20.01.2023
Статья принята: 30.03.2023
Введение
Леса имеют огромное значение для человека как источник пищи, источник энергии, строительный материал, сырье для производства, регулятор природных процессов. Прошедшие два года сложились для лесов крайне неблагоприятно. По данным ФБУ «Авиалесоохрана» в 2021 голу в России сгорело больше 10 млн гектаров лесов (по данным Гринпис сгорело больше 18 млн гектар ов лесов).
Организация процессов пожаротушения в нашей стране опирается на документ – «Нормативы обеспеченности субъекта Российской Федерации лесопожарными формированиями, пожарной техникой и оборудованием, противопожарным снаряжением и инвентарем, иными средствами предупреждения и тушения лесных пожаров» (утверждены распоряжением Правительства РФ от 19.07.2019 № 1605‑р, далее Нормативы). Итоги лесных пожаров в 2021 году показали, что оснащение и работа по указанным Нормативам не обеспечивают своевременное обнаружение и быстрое тушение лесных пожаров. Кроме того, существующие Нормативы препятствуют использованию новых технических решений, например способа наведения летательного аппарата на очаг пожара и его тушения огнегасящей жидкостью, который описан в работе [1] или использованию УФ-пеленгаторов.
Федеральное агентство лесного хозяйства, ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» (ФБУ ВНИИЛМ) выпустили в 2021 году методические рекомендации «Практическое использование отечественных методов и технологий, а также средств обнаружения и тушения лесных пожаров» [2], которые еще больше затрудняют использование инноваций, делают их использование практически невозможным. На рис. 1 приведен график площади лесных земель, пройденных пожарами.
Охрана лесов от пожаров
Хорошо известно, что для эффективной борьбы с пожарами требуется своевременное в реальном времени обнаружение пожаров и их оперативное быстрое тушение. Подобная методика отсутствует в используемых Нормативах. Например, документ предусматривает для всей России около 1 935 комплексов мониторинга с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и (или) беспилотными авиационными системами (БПАС). Плачевные результаты обнаружения и тушения пожаров говорят о том, что либо беспилотных комплексов мониторинга недостаточно, либо беспилотные комплексы мониторинга имеют низкие технические характеристики. При этом Нормативы допускают замещение оборудования, технического средства определенного класса на аналогичное по предназначению оборудование, средства более высокой производительности (мощности). Но почему-то ни в одном субъекте Российской Федерации этой возможностью не пользуются и не используют более совершенное инновационное оборудование.
Восполнить пробел в части своевременного в реальном времени обнаружения пожаров может и должна «Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в ультрафиолетовой области спектра». Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра (далее – БПАС) представляет собой беспилотник с установленным на нем оптико-электронным ультрафиолетовым солнечно-слепым пеленгатором.
Беспилотники
Порядок использования воздушного пространства Российской Федерации, в том числе и беспилотными воздушными судами (БВС, БПЛА, беспилотниками, дронами), установлен Федеральными правилами использования воздушного пространства Российской Федерации, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 11.03.2010 № 138 (далее – ФАП‑138).
В настоящее время в России занимаются беспилотниками более 100 фирм [3,4] на любой вкус и кошелек. Для обеспечения эффективности применения БАС беспилотник для обнаружения пожаров должен обладать следующими характеристиками:
грузоподъемность 2–5 кг (масса УФ-пеленгатора);
крейсерская скорость полета 50–100 км/час, чем больше, тем эффективней;
длительность полета на одной заправке 12–24 часа, чем больше, тем эффективней.
Остальные параметры беспилотников не носят принципиального характера, так как практически все беспилотники имеют все необходимые технические устройства для использования беспилотников при обнаружении лесных пожаров.
Оптико-электронные ультрафиолетовые
солнечно-слепые пеленгаторы
В УФ-диапазоне спектра используются оптические приборы видения [5, 6]. С помощью оптических ультрафиолетовых приборов видения решается много важных практических проблем. Кроме оптических приборов видения с рабочим ультрафиолетовым диапазоном спектра, существует еще один класс ультрафиолетовых приборов – оптико-электронные ультрафиолетовые приборы пеленгации. Пеленгатор – это устройство для определения направления на внешние объекты и небесные светила. С помощью пеленгатора производят отсчет пеленга. Различают пеленгаторы визуальные, оптические, акустические и радиопеленгаторы. Для случая обнаружения пожаров главную роль играют оптические пеленгаторы. У оптико-электронных ультрафиолетовых солнечно-слепых пеленгаторов существуют не менее важные и многочисленные гражданские и военные области применения. К сожалению, эти богатые возможности практически не используются.
Излучение Солнца с длиной волны 300 нм и меньше не доходит до поверхности Земли. Именно этот УФ-диапазон и называют солнечно-слепым диапазоном. Практически его считают от 240 нм до 280 нм. В этом диапазоне в условиях Земли практически отсутствуют какие-либо источники УФ-излучения. Природных и искусственных источников УФ-излучения чрезвычайно мало, и помехи практически отсутствуют. Пропускание атмосферы в этом диапазоне хорошее [7]. Обнаружить какой-нибудь появившейся УФ-объект очень легко [8, 9]. Спектр солнечного излучения хорошо изучен и изложен в нормативных документах [10–12].
Оптико-электронный УФ-пеленгатор не формирует никаких изображений, видео, фотографий, картинок для просмотра человеком или обработки компьютером. Это устройство предназначено для определения угловых координат объектов, излучающих или отражающих излучение в УФ- солнечно-слепом диапазоне спектра. УФ-пеленгатор определяет только угловую координату каждого обнаруженного ультрафиолетового объекта относительно своей оптической оси. Полученную угловую координату можно разложить на две составляющие координаты по X и по Y.
В настоящее время известны четыре принципиальных способа создания УФ-пеленгаторов [13]. На их основе построена конструкция пеленгаторов, которые производят российские предприятия:
на основе ультрафиолетового электронно-оптического преобразователя (ЭОП) сочлененного с ПЗС матрицей или КМОП матрицей. По этому пути пошли АО «НПО ГИПО», г. Казань, АО «ЦНИИ «Электрон», г. Санкт-Петербург, ПАО «РОМЗ», г. Ростов, АО «Катод», г. Новосибирск, группа компаний «Кронштадт», г. Санкт-Петербург и др.;
на основе солнечно-слепых гибридных телевизионных приборов на основе электронно-чувствительных ППЗ (приборов переноса зарядов), АО «ЦНИИ «Электрон», г. Санкт-Петербург;
на основе твердотельных УФ-матриц, АО НПО «Орион», г. Москва;
на основе многоанодных фотоумножителей с фотокатодом на основе AlGaN, АО «Катод», г. Новосибирск.
В таблице дано сравнение основных параметров УФ-пеленгаторов производства различных российских компаний.
Табличные данные показывают, что наилучшей совокупностью основных параметров обладают пеленгаторы на основе многоанодных фотоумножителей.
Кроме того, остальные типы пеленгаторов имеют плохое быстродействие, так как работают в кадровом режиме. Из-за этого при установке этих пеленгаторов на авиационные носители необходимо использовать механическую или электронную систему стабилизации изображений, например гиростабилизированную платформу, стедикам, гимбал и т. д. Также пеленгаторы на основе кадровых систем требуют больших вычислительных мощностей и сложного программного обеспечения, работающего к тому же в реальном времени. Удовлетворительного решения пока не найдено.
Надо также отметить одно большое преимущество систем пеленгации на основе многоанодных фотоумножителей – это возможность регистрации сигнатуры УФ-объектов (зависимости интенсивности УФ-излучения объекта от времени). По зарегистрированной сигнатуре можно определить тип и назначение цели или объекта. Другие типы пеленгаторов такой возможности не имеют. Поэтому УФ-солнечно-слепые пеленгаторы на основе многоанодных фотоумножителей имеют ряд преимуществ. Кроме всего прочего, надо иметь в виду, что многоанодные фотоумножители производства АО «Катод» уже вошли в «Перечень электрорадиоизделий, разрешенных к применению».
Успех использования УФ-пеленгаторов на вертолетах, самолетах, танках побуждает установить УФ-пеленгаторы на беспилотники. Единственной фирмой в России, которая занимается установкой УФ-пеленгаторов на БПЛА, является фирма «Группа Компаний «Кронштадт», https://kronshtadt.ru [14]. Правда, информация из проспекта на это изделие раскрывает тот факт, что это изделие – обычная цветная телевизионная камера и никаким ультрафиолетовым пеленгатором пока не является.
Автоматическое обнаружение и определение координат лесных пожаров в УФ-области спектра
Принцип действия беспилотного авиационного комплекса, состоящего из беспилотника и установленного на нем УФ-пеленгатора, представлен в патенте [15]. Методика автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров изложена в [16–18]. Кроме обнаружения и определения координат пожаров, предлагаемая система может определять площадь лесных пожаров, строить контуры лесных пожаров. Кроме того, система может определять тип пожара: пожар верховой или пожар низовой, пожар лесной или пожар лесной торфяной, пожар почвенный или пожар подземный. Информация о координатах очагов лесного пожара может являться исходной информацией для программ моделирования лесных пожаров, например разработки ООО «ОКБ «Бурстройпроект» (Трофимов В. А.) www.burstroy.ru. Модель лесного пожара позволяет выполнять прогнозирование изменения зоны сплошного лесного пожара в зависимости от текущих метеоусловий и цифровой модели местности в заданные интервалы времени. Моделирование лесного пожара реализовано на основании «Рекомендаций по обнаружению и тушению лесных пожаров» (утв. Рослесхозом от 17.12.1997) при методической поддержке со стороны Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС РОССИИ (ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) и Федерального центра науки и высоких технологий (ФЦНВТ).
Исходными данными для моделирования послужили текущая зона горения, обобщенные параметры лесного массива и прогноз погоды. Дополнительно могут использоваться цифровые карты лесов (для ограничения распространения горения вне лесного массива) и цифровая модель местности (для определения уклонов).
Выходными данными модели являются зоны распространения пожара на моменты времени, заданные исходными параметрами. Дополнительно может определяться перечень зданий и сооружений, попадающих в зону пожара со временем подхода, численность населения в зоне ЧС, состав сил и средств, потребных для выполнения аварийно-спасательных работ (АСР).
Модель природного пожара реализована в двух версиях:
Библиотека DLL, выполняемая в Windows Х64. Эту версию реализации возможно использовать, если имеется система управления, в которую можно интегрировать сторонние библиотеки.
В составе веб-приложения «Типовой центр управления», выполняемом на любой операционной системе.
Дополнительные сферы
применения УФ-пеленгаторов,
установленных на БПЛА
Средство обеспечения безопасности и поиска неисправностей воздушных линий электропередач, обеспечения безопасности на электрифицированных железных дорогах
БПЛА, оборудованный УФ-пеленгатором, движется в автоматическом режиме по заданному маршруту вдоль воздушной линии электропередач. Пеленгатор по УФ-излучению коронных разрядов неисправностей определяет трехмерные координаты каждой из них (широту, долготу и высоту неисправности над поверхностью Земли). УФ-пеленгатор по сигнатуре свечения неисправности определяет тип неисправности, делает прогноз развития аварийных состояний и оперативно в реальном времени передает данные в ремонтные службы.
Средство обеспечения безопасности электроэнергетики городов и поселков, обнаружения и локализации
пожаров в населенных пунктах, техногенных пожаров
БПЛА, оборудованный УФ-пеленгатором, оснащенным сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головкой [19], патрулирует в автоматическом режиме по заданному маршруту территорию города или поселка. При появлении неисправностей объектов энергетики, сопровождающихся искрами, коронным разрядом, электрической дугой пеленгатор определяет координаты неисправностей и в реальном времени передает эти данные в ремонтные службы. Тот же принцип заложен при фиксировании огня пожаров в населенных пунктах или техногенных пожаров.
Средство обнаружения и локализации природных (лесных и степных) пожаров
БПЛА, имеющий УФ-пеленгатор с сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головкой [19], патрулирует в автоматическом режиме по заданному маршруту природные территории. При появлении огня в лесу или в степи пеленгатор определяет координаты пожара и оперативно в реальном времени передает эти данные в МЧС.
Средство поиска терпящих бедствие на море
Тот же принцип пеленгации на море может быть использован в случае, если спасательный жилет моряка оборудован источником УФ-излучения на основе УФ-светодиодов или эксилампы [20].
Средство нейтрализации футбольных фанатиков
Можно использовать БПЛА внутри чаши стадиона, задавая траекторию его движения. При появлении файера пеленгатор определяет координаты нарушителя.
Во всех этих примерах используются беспилотники, оснащенные одним и тем же ультрафиолетовым пеленгатором, отличие в этих устройствах только в программном обеспечении.
Заключение
Представляется, что одной из самых эффективных инноваций в области раннего своевременного обнаружения пожаров является «Беспилотная авиационная система автоматического обнаружения и определения координат лесных пожаров в УФ-области спектра». Она должна быть соединена с программой моделирования распространения огня пожара, позволяя строить прогноз в зависимости от типа источника огня, текущих метеоусловий и цифровой модели местности в заданные интервалы времени.
REFERENCES
Патент № 2725596 РФ, МПК A62C 2/00 (2006.01), G01J 1/00 (2006.01). Способ наведения летательного аппарата на очаг пожара и его тушение огнегасящей жидкостью/ Родионов И. Д., Родионов А. И.
Отзывы читателей
