Обоснование эффективности внедрения новой системы наблюдения, оповещения на базе летательных аппаратов (квадрокоптеров).». Часть 3.

Страницы:   1   2   3 

---

ГЛАВА 2. РАСЧЕТЫ И АНАЛИТИКА

 

Применение беспилотных летательных аппаратов позволяют оперативно отслеживать ситуацию в зоне ЧС, особенно это актуально в зонах опасных для здоровья человека.

 

2.1 Пример применения БПЛА

 

В апреле 2011 г. были использованы три беспилотных вертолета НЕ300 для визуального наблюдения над пострадавшей ядерной станцией в Фукусиме. Эти БПЛА оснащены профессиональной видеокамерой, тепловизионной камерой, различными датчиками для измерений и съемки, также имеется резервуар для распыления различных жидкостей. Результаты видеосъемки с БПЛА приведен на Рис.1а и Рис.1б.

 

 

2.2 Упрощенная классификация оборудования БЛА по требованиям к вероятности безотказной работы

 

Повышенные требования отказоустойчивости предъявляются к оборудованию БЛА, осуществляющему навигацию и самолетовождение, обеспечивающему режимы ручной посадки (если это необходимо), к сервоприводам и системе автоматического спасения (САС). Перечисленное оборудование входит в первую группу классификации и обеспечивает надежность комплекса БЛА в целом. Остальное же оборудование ЛА входит во вторую группу классификации (см Рис. 4).

 

Во время полета, как правило, управление БЛА автоматически осуществляется посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входят:

− приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS;

− система инерциальных датчиков, обеспечивающая определение

ориентации и параметров движения БЛА;

− система воздушных сигналов, обеспечивающая измерение высоты и воздушной скорости;

− различные виды антенн, предназначенные для выполнения задач.

Бортовая система навигации и управления обеспечивает:

− полет по заданному маршруту (задание маршрута производится с

указанием координат и высоты поворотных пунктов маршрута);

− изменение маршрутного задания или возврат в точку старта по

команде с наземного пункта управления;

− облет указанной точки;

− автосопровождение выбранной цели;

− стабилизацию углов ориентации БЛА;

− поддержание заданных высот и скорости полета (путевой либо

воздушной);

− сбор и передачу телеметрической информации и параметрах полета, и работе целевого оборудования;

− программное управление устройствами целевого оборудования.

Бортовая система связи:

− функционирует в разрешенном диапазоне радиочастот;

− обеспечивает передачу данных с борта на землю и с земли на борт.

Данные, передаваемые с борта на землю:

− параметры телеметрии;

− потоковое видео- и фотоизображение.

Данные, передаваемые на борт, содержат:

− команды управления БЛА;

− команды управления целевой аппаратурой.

Информация, полученная с БЛА, классифицируется в зависимости от степени представляемой угрозы. Классификация проводится с помощью оператора наземной станции управления (НСУ), или непосредственно бортовым компьютером БЛА. Во втором случае программное обеспечение комплекса включает в себя элементы искусственного интеллекта, при этом необходимо выработать количественные критерии и градации уровней угрозы.

Такие критерии могут быть сформулированы с помощью экспертных оценок и формализованы таким образом, чтобы минимизировать вероятность ложного сигнала тревоги. Полеты беспилотных летательных аппаратов ничем не отличаются от полетов пилотируемой авиации. БЛА оснащены системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами.

 

2.3 Требования к комплексу БПЛА

 

БПЛА самолетного и вертолетного типов оснащаются электрическими двигателями или двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

В комплект подразделения БПЛА должно входить:

— не менее двух летательных аппаратов;

— наземная станция управления с ноутбуком специального исполнения (противоударное, влаго-пылезащитное исполнение);

— приемо-передающая антенна в комплекте с автоматическим следящим устройством и соединительным кабелем;

— мачта и (или) штатив для крепления приемо-передающей антенны;

— зарядная станция (зарядное устройство) с комплектом аккумуляторных батарей или запас ГСМ для двигателей БПЛА;

— пусковая установка;

— комплект запасных частей и вспомогательного оборудования для проведения мелкого ремонта в полевых условиях;

— руководство по летной эксплуатации.

В зависимости от типа БПЛА видео(фото) камеры располагать в носовой части фюзеляжа, в крыле или под фюзеляжем. Объективы видео(фото) камер могут быть неподвижными или иметь одну, или две степени свободы, а также переменное фокусное расстояние:

— Для мониторинга местности наиболее предпочтительными являются видеокамеры турельного типа, устанавливаемые на гиростабилизированных платформах под фюзеляжем БПЛА и обеспечивающие круговой обзор нижней полусферы.

— Для съемки отдельных участков местности наиболее предпочтительными являются фотоаппараты, устанавливаемые неподвижно в крыле или под фюзеляжем БПЛА.

 

2.4 Требование к составу и оснащению команд операторов

 

Для выполнения всех полетных задач, включая предполетный контроль, взлет, полет по маршруту, посадку, требуется расчет в составе 2-х операторов.

При установке НСУ на автотранспортном средстве в состав расчета может включаться водитель.

Допускается эксплуатация комплекса одним оператором (если это оговорено в руководстве по эксплуатации данного типа БПЛА).

Операторы должны знать:

— порядок и правила эксплуатации БПЛА;

— основы самолетовождения, аэродинамики, метеорологии;

— специфику применения БПЛА для нужд лесного хозяйства;

— правила ведения радиосвязи;

— правила техники безопасности при выполнении работ с БПЛА.

Оснащение команды:

Команда оснащается автомобилем повышенной. Операторы беспилотных комплексов обеспечиваться спецодеждой и спец.обувью в соответствии с рекомендуемым перечнем в таблице :

Таблица 1 – Перечень вещевого имущества

 

2.5 Описание процедуры выполнения задачи, включая необходимые процедуры по согласованию использования БПЛА в воздушном пространстве

 

Эксплуатация БПЛА в производственных условиях подразделяется на следующие этапы:

— предварительная подготовка;

— предполетная подготовка;

— выполнение полета (взлет, полет по маршруту, посадка);

— работа на земле (обработка данных).

Функции оператора при выполнении полета в режиме видеонаблюдения:

— обнаружение объекта (как целого);

— распознавание объекта по достаточной совокупности характерных признаков (определение и фиксация характерных признаков объекта);

— вербальное описание объекта (например, «место лесного пожара», «площадь и характер участка повреждения», «автомобиль», «лодка», «человек» и др.);

— фиксирование координат объекта.

— наблюдение и сопровождение объекта (запись видеоизображения объекта в пределах заданного времени);

Для выполнения операций видеонаблюдения оператором предварительно планируется маршрут полета БПЛА, который зависит от поставленной задачи и характера местности. При типовом алгоритме режима воздушного наблюдения участка местности или поиска объекта, БПЛА направляется в район мониторинга и выполняет там полет по заданной оператором программе. В процессе полета в заданном районе БПЛА передает видеоизображение местности и объектов на ней на наземную станцию управления (НСУ) в реальном масштабе времени. Оператор БПЛА оценивает поступающую информацию, при необходимости корректирует маршрут полета БПЛА и управляет бортовой целевой нагрузкой (например, видеокамерой).

Важнейшей особенностью наблюдения с помощью БПЛА является возможность многократных повторных заходов на объект или его отдельные элементы и удержание видеоизображения объекта на определенное время.

Маршрут полета следует планировать так, чтобы обеспечивался осмотр всей рабочей зоны.

Рекомендации по построению маршрута полета:

— в качестве поворотных точек рекомендуется применять характерные ориентиры, хорошо опознаваемые в полете (изгибы рек, перекрестки дорог, одиночные строения и т. д.).

— первая поворотная точка маршрута (исходный пункт маршрута (ИПМ) устанавливается рядом с точкой старта.

— глубина рабочей зоны должна быть в пределах устойчивого приема видеосигнала и телеметрической информации с борта БПЛА. (Глубина рабочей зоны — расстояние от места нахождения антенны НСУ до максимально удаленной поворотной точки. Рабочая зона — территория, в пределах которой БПЛА выполняет заданную программу полета.).

— Линия пути, по возможности, не должна проходить возле линий электропередач (ЛЭП) большой мощности и других объектов с большим уровнем электромагнитных излучений (радиолокационные станции, приемо-передающие антенны и пр.).

— Расчетное время продолжительности полета не должно превышать 2/3 максимальной продолжительности, заявленной изготовителем.

— На выполнение взлета-посадки необходимо предусмотреть не менее 10 минут летного времени.

Для общего осмотра территории наиболее целесообразным является кольцевой замкнутый маршрут. Основные достоинства этого метода – охват большой площади, оперативность и быстрота проведения мониторинга, возможность обследования труднодоступных участков местности, относительно простое планирование полетного задания и оперативная обработка полученных результатов. Маршрут полета должен обеспечивать осмотр всей рабочей зоны. Для рационального использования энергоресурсов БПЛА маршрут полета целесообразно прокладывать с таким расчетом, чтобы первая половина полета БПЛА происходила против ветра.

 

Для детального осмотра отдельных участков местности в пределах рабочей зоны применяются прямолинейные взаимно параллельные маршруты.

 

Параллельный маршрут рекомендуется использовать при аэрофотосъемке участков местности. При подготовке маршрута оператор должен учитывать максимальную ширину поля зрения фотокамеры БПЛА на заданной высоте его полета. Маршрут прокладывается так, чтобы края поля зрения камеры перекрывали соседние поля примерно на 15% -20%.

 

Облет заданного объекта используется при проведении осмотров конкретных объектов. Широко применяется в случаях, когда координаты объекта известны и требуется уточнение его состояния.

 

2.6 Результаты проведения разведки БПЛА

 

Во время осмотра действующих лесных пожаров оператор определяет основное направление распространения огня, наличие угрозы распространения пожара объектам экономики и населенным пунктам, наличие отдельных очагов горения, участков, особо опасных в пожарном отношении, места перехода огня через минерализованные полосы, и по возможности выявляет местонахождения людей и техники, занятых на тушении пожара с целью определения правильности их расстановки на кромке пожара. Одновременно с получением видеоинформации представителями лесной службы принимаются решения о тактических способах тушения, маневрировании людскими и техническими ресурсами. Намечаются естественные рубежи для остановки огня, подъездные пути (подходы) к пожару, участку кромки (дороги, тропы, озера, ручьи, реки, мосты).

 

 

ГЛАВА 3. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

 

 

В результате землетрясения в республике Алтай, произошли оползни и камнепады, часть основных дорог оказались временно не пригодными для проезда, некоторые горные поселения оказались отрезаны от основных поселений. Необходимо произвести разведку местности, оценить существующие заторы на дорогах и потенциально опасные участки, оценить ущерб для населенных пунктов и произвести поиск пострадавших людей.

Из рассматриваемого примера видно, что автотранспорт не эффективен для оперативных действий, поскольку основные транспортные маршруты преграждены завалами.

Для решения оперативных действий в виде оценки ущерба, поиска путей подъезда основной спасательной технике, поиска путей для эвакуации людей из пострадавших от ЧС населенных пунктов, необходимо использовать авиацию.

Проведем сравнение стоимость закупки и эксплуатации комплекса БПЛА, в пересчете на час работы с ценой аренды вертолета «Ми-8».

 

3.1 Затраты на использования авиационной техники

 

В данных условиях более выгодно использовать вертолетную технику. Рассмотрим применение распространенного вертолета «Ми-8».

Аренда данного вертолета составляет 130000 руб. в час.

 

3.2 Затраты на использования БПЛА. Основные показатели комплекса БПЛА

 

Состав комплекса БПЛА:

— Транспортно-пусковая установка (ТПУ) на автомобиле УАЗ-3303

— Пункт дистанционного управления (ПДУ) на автомобиле УАЗ-3303

— Комплект БПЛА (4 шт.)

Технические и экономические характеристики комплекса БПЛА:

— Цена комплекса БПЛА 500000. руб.

— Ресурс работы ТПУ и ПДУ не менее 10 лет.

— Ресурс работы БПЛА около 300 часов.

— Цена одного БПЛА 90000 руб.

 

3.2.1 Расчет эксплуатации комплекса БПЛА

 

Общая цена затрат на использования БПЛА рассчитывается по формуле:

Ц = АБПЛА+ АТПУ + СТ + СТПУ+ПУ +СЗП (1)

Где: Ц – Цена эксплуатации комплекса БПЛА за 1 час;

АБПЛА — амортизация БПЛА;

АТПУ — амортизация ТПУ и ПДУ;

СТ — затраты на топливо для БПЛА;

СТПУ+ПУ — затраты на топливо для автомобилей;

СЗП — заработная плата экипажа (10 чел.).

Расчет амортизация производится по формулам:

Для БПЛА:

АБПЛА = ЦБПЛА/РБПЛА (2)

Где: ЦБПЛА – стоимость БПЛА;

РБПЛА – ресурс работы БПЛА;

АБПЛА=90000/300=300 руб/час.

Для ТПУ и ПДУ:

АТПУ = ЦТПУ/РТПУ (3)

Где: ЦТПУ – стоимость ТПУ и ПДУ;

РТПУ – ресурс работы ТПУ и ПДУ;

Для определения стоимости ТПУ и ПДУ необходимо из стоимости комплекса вычесть стоимость четырех БПЛА:

ЦТПУ = ЦКБПЛА – 4*ЦБПЛА (4)

Где: ЦКБПЛА – стоимость комплекса БПЛА;

ЦБПЛА – цена одного БПЛА;

ЦТПУ = 500000-4*90000 = 140000 руб.

Годовой фонд рабочего времени составляет 1080 часов, следовательно, ресурс работы ТПУ и ПДУ за 10 лет составляет РТПУ = 1080*10 = 10800 часов.

Согласно (3) амортизация ТПУ и ПДУ составит:

АТПУ = 140000/10800 = 13 руб/час.

Принимая во внимание расход топлива БПЛА 2 л/час и цену топлива 30 руб/л, затраты на топлива составят:

Ст=Рт*Цт (5)

Где: Рт – расход топлива БПЛА;

Цт – цена топлива за 1 литр;

Ст = 30*2=60 руб.

Принимая во внимание расход топлива автомобилей «УАЗ − 3303», 8 л/час и цену топлива 30 руб/л, затраты на топлива для ТПУ и ПДУ составят:

СТПУ+ПУ = СТПУ+СДУ (6)

Где: СТПУ – стоимость топлива для ТПУ;

СДУ – стоимость топлива для ПДУ;

Аналогично (5) рассчитывается стоимость топлива для ТПУ и ПДУ:

СТПУ = 8*30 = 240 руб.

СПУ = 8*30 =240 руб.

СТПУ+ПУ = 240 + 240 = 480 руб.

Фонд заработной платы с учетом 22 дневного рабочего месяца по 8 часов в сутки, рассчитываем по формуле:

СЗП = РЗП/ (22*8) (7)

РЗП = ЗКМ + ЗСТ + 2*ЗРТ. + ЗНР + 2*ЗСТ.ОП + 2*ЗОП + ЗВД (8)

где РЗП – Зарплата обслуживающего персонала в месяц;

ЗКМ – зарплата командира (65 т.р.);

ЗСТ – зарплата старшего техника (53 т.р.);

ЗРТ – зарплата радиотелефониста (40 т.р.);

ЗНР – зарплата начальника расчета (47 т.р.);

ЗСТ.ОП – зарплата старшего оператора (35 т.р.);

ЗОП – зарплата оператора (30 т.р.);

ЗВД – зарплата водителя (30 т.р.);

РЗП = 65 + 53 + 2*40 + 47 + 2*35 + 2*30 + 25 = 400 т.р.

СЗП = 400000/ (22*8) = 2273 руб/час

Стоимость 1 час эксплуатации по БПЛА (1) составит:

Ц = АБПЛА + АТПУ + СТ + СТПУ + ПУ + СЗП = 300+13+60+480+2273=3126 руб/час

 

3.3 Сравнение эксплуатации БПЛА и вертолета «Ми-8»

 

При использовании вертолетов затраты составят 130000 рублей в час, затраты на эксплуатацию БПЛА 3126 рублей в час, что в 42 раза дешевле. Следовательно, для срочности целесообразно использовать БПЛА.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Таким образом, дальнейшее внедрение беспилотных летательных аппаратов будет существенным образом способствовать восполнению информационных пробелов относительно динамики развития ЧС. Крайне важной задачей является обнаружение возникновения ЧС. Применение только одних беспилотных летательных аппаратов может оказаться весьма эффективным для получения информации о развивающейся ЧС в относительной отдаленности от размещенных сил и средств по ее ликвидации. При этом в сочетании с данными, полученными от других технических средств космического, на земного или над водного базирования, могут быть детально представлены реальная картина предстоящих событий, а также характер и темпы их развития.

Техническое оснащение МЧС России перспективными робототехническими комплексами является актуальной и крайне важной задачей. Разработка, производство и внедрение таких средств является достаточно сложными капиталоемким процессом. Однако государственные затраты на подобную технику будут перекрыты за счет экономического эффекта от предотвращения и ликвидации ЧС с применением этой техники. Только от ежегодных лесных пожаров Российская Федерация несет колоссальные экономические потери. Так для модернизации технической базы МЧС России разработана Программа переоснащения подразделений МЧС России современными образцами техники и оборудования на 2011–2017 гг. Анализ реагирования органов управления и сил на ЧС федерального характера, связанную с прохождением летне-осеннего паводка 2017 г. на территории Дальневосточного федерального округа, подчеркнул актуальность применения беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России. В связи, с чем было принято решение о создании подразделения беспилотных летательных аппаратов. Наряду с этим существует целый ряд проблем, которые необходимо решать до того, как беспилотная авиация получит широкое распространение. Среди них можно выделить интеграцию беспилотных летательных аппаратов в систему воздушного движения таким образом, чтобы они не представляли угрозу столкновений с пилотируемой авиационной техникой как гражданского, так и военного назначения. При проведении конкретных спасательных операций силы МЧС России имеют право использовать свои технические средства для проведения необходимых работ. В этой связи жестких нормативных ограничений и тем более запретов на применение беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России в настоящее время нет. Вместе с тем вопросы нормативно-правового регулирования разработки, производства и применения беспилотных летательных аппаратов гражданского назначения в целом до настоящего времени не решены.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Нормативно-правовые акты

1. Конституция Российской Федерации (принята всенародным голосованием 12.12.1993) (с учетом поправок, внесенных Законами РФ о поправках к Конституции РФ от 30.12.2008 N 6-ФКЗ, от 30.12.2008 N 7-ФКЗ, от 05.02.2014 N 2-ФКЗ, от 21.07.2014 N 11-ФКЗ) // «Собрание законодательства РФ», 04.08.2014, N 31, ст. 4398.

Учебная и научная литература

1. Беляев, Б. И. Оптическое дистанционное зондирование / Б. И. Беляев, Л. В. Катковский. – Минск: БГУ, 2016. – 455 с.
2. Валендик, Э. Н. Борьба с крупными лесными пожарами / Э. Н. Валендик. – Новосибирск.: Наука, Сиб. отд-ние, 2012. — 193 с.
3. Валендик, Э. Н. Крупные лесные пожары / Э. Н. Валендик, П. М. Матвеев, М. А. Софронов. – М.: Наука, 2012. – 198 с.
4. Вашкевич Ю. В., Титов О. В. Опыт использования беспилотных летательных аппаратов при ликвидации чрезвычайных ситуаций. ГУО «Гомельский инженерный институт» МЧС Республики Беларусь С. 36-37
5. Гончаров А. Беспилотники России (рус.) // Армейский сборник: журнал. – 2015. – Февраль (т. 248, № 2). – С. 39-43
6. Дружинин E.A., Яшин C.A., Крицкий Д.Н. Анализ влияния функционального назначения и зон применения на структуру и характеристики безопасных к использованию в воздушном пространстве БАК // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. – 2012. – № 54. – С. 60-67
7. Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. – 2-е издание. – М.: Машиностроение, 1995.
8. Зайцев А., Назарчук И. и др. Беспилотные ЛА зарубежных стран (рус.) // Армейский сборник: журнал. – 2015. – Февраль (т. 248, № 2). – С. 44-46.
9. Интеллектуальные роботы: учебное пособие для вузов / под общей ред. Е. И. Юревича / И. А. Каляев, В.М. Лохин, И. М. Макаров и др. – М.: Машиностроение, 2010. – 360 с.
10. Коршунов Н.А., Котельников Р.В. Роботы над лесом // Лесная Россия. – 2016. — №2. — С. 34-38.
11. Коршунов Н.А., Котельников Р.В. Борьба с лесными пожарами: проблема информационного обеспечения авиасредствами и ее решение // Пожарная безопасность. – 2016. — №1. – С.125-129
12. Липатов В.Д., Кишалов А.Е. ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА В ЗАДАЧАХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ МЧС. Журнал «Технические науки Молодежный Вестник УГАТУ» № 1 (13). Май, 2015 г. С. 74-79.
13. Моисеев В. С., Гущина Д. С., Моисеев Г. В. Основы теории создания и применения информационных беспилотных авиационных комплексов: Монография. – Казань: Изд-во МОиН РТ. – 2012. – 196 с. (Серия «Современная прикладная математика и информатика».
14. Мужичек С.М. Беспилотные летательные аппараты: мода или насущная необходимость //Фазотрон. 2015. № 3. С. 52-55.
15. Неугодникова Л. М. Распределенная система управления гражданским беспилотным авиационным комплексом // Авиакосмическое приборостроение. – 2013,- № 11. – С. 50-58.
16. Общие виды и характеристики беспилотных летательных аппаратов: справ, пособие /А.Г. Гребеников, А.К. Мялица, В.В. Парфенюк и др. – X.: Нац. аэрокосм, ун-т «Харьк.авиац. ин-т», 2014. 377 с.
17. Ростопчин В. В Элементарные основы оценки эффективности применения беспилотных авиационных систем для воздушной разведки. //Интернет-издание UAV.ru – Беспилотная авиация.
18. Ростопчин В.В. Современная классификация беспилотных авиационных систем военного назначения // Интернет-издание UAV.ru – Беспилотная авиация
19. Салычев О. С. Автопилот БПЛА с Инерциальной Интегрированной Системой – основа безопасной эксплуатации беспилотных комплексов.
20. Фостиков А.А., Альтшулер Б.Ш. и др. Аэрофотогеодезические изыскания в сельском хозяйстве. М.: Недра, 2012. 259 с.

Интернет—ресурсы

1. Беспилотные системы официальный сайт фирмы ОАО ZALA AERO GROUP [Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://zala.aero.
2. Комяк В.А. Инструментальное обнаружение лесных пожаров и прогноз их распространения пространственных данных. URL: http://www.pryroda.gov.ua/ua/index.php?newsid=842
3. МЧС [Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://www.mchs.gov.ru
4. Сокут С. Бесчеловечные машины // Интернет-газета «Коммерсант. ru», 16.08.2005. http://www.kommersant.ru/doc/600136
5. Статистика чрезвычайных ситуаций: по данным МЧС России за 2012 – 2013 годы www\mchs. Gov. ru\upload\iblock\509\30162

---

Страницы:   1   2   3