Будущее за беспилотниками? В Центре ГИС-технологий СЛИ успешно внедряются современные методы исследования

В 2005 году после окончания СЛИ Владимир Акишин остался в институте и погрузился в интересную и перспективную тему развития геоинформационных технологий. Постепенно появился центр ГИС – технологий на базе СЛИ (Сыктывкарский лесной институт), которым и руководит в настоящее время Владимир.

Сбор сведений об окружающей среде с помощью современных методов исследования помогает, к примеру, тем же лесникам точно, грамотно и в кратчайшие сроки подготовить проекты освоения лесов, детализировать материалы лесоустройства, которые не обновлялись уже много лет.

В настоящее время получить детальную информацию о состоянии какого-нибудь участка леса можно с помощью космосъемки. Но для рядового лесозаготовителя такая услуга – дорогое удовольствие, ведь операторы заинтересованы в больших заказах, небольшие участки леса им снимать невыгодно. Вот и приходится арендатору раскошеливаться и платить за большой объем по большей части ненужной ему информации. Можно, конечно, воспользоваться аэрофотосъемкой. Но это также недешево, учитывая, что аренда вертолета МИ-8 обойдется в 80 тысяч рублей. Кроме того, в день съемки может быть облачно, а значит, четких снимков получить не удастся.

– Весь мир с успехом использует беспилотные самолеты, – рассказывает В. Акишин. – К примеру, в США фермеры с помощью легкой авиации совершают облеты своих угодий. В 2008 году я загорелся идеей купить беспилотник. Ведь он существенно удешевляет стоимость услуг по сбору информации. В России всего 20 таких самолетов, в основном, импортного производства. Стоит планер Cropcam 7 тысяч долларов США. Пришлось взять кредит в банке. А дальше пошло-поехало. Как оказалось, самая дорогая часть самолета – автопилот размером 7х3 см и весом 28 граммов. Корпус самолета довольно хрупкий. Однако выдерживает около 200 посадок. Расходные части в случае повреждения можно заказать по интернету. Да и ремонтируется аппарат без проблем прямо в поле.

Любопытно, что 40% стоимости составляют расходы по растаможке самолета. Владимиру в течение 4 месяцев пришлось бегать и собирать кучу разрешительной документации. К примеру, необходимо было получить заключение Минобороны РФ, так как летательный аппарат относится к продукции так называемого двойного назначения. То есть, по мнению военных, может применяться в качестве оружия.

– Возможности съездить в Канаду у меня не было, – пояснил В. Акишин. – Пришлось осваивать новую технику методом проб и ошибок, которые, кстати, в первое время приводили даже к неисправности самолета. Проконсультировать нас было некому, искали информацию, преодолевали таможенные барьеры самостоятельно. Зато сегодня сами даем разъяснения научно-технического характера, к примеру, специалистам компании «Газпром космические системы» из города Королева, которые также заинтересовались возможностями использования беспилотников.

Первые испытания летательного аппарата провели в Тульской области на аэродроме местного ДОСААФ.

– Меня поразило то, что поблизости, в коттеджном поселке в гаражах вместо автомобилей у людей стоят небольшие... самолеты, – рассказывает Владимир. – Многие, понятное дело, не самые бедные жители поселка всерьез увлечены авиацией.

Беспилотник может летать в течение часа на высоте тысяча метров и преодолевать расстояние в 60 километров туда и обратно. Специально оборудованной площадки для взлета не требуется, достаточно выйти на равнинную поверхность. Самолет оснащен навигатором, инфракрасным датчиком, подающим сигналы на обычный фотоаппарат. Предварительно разрабатывается карта полета с нанесением координат, путевых точек. Эти данные заносятся в память автопилота. По словам В. Акишина, есть возможность установить две фотокамеры под углом и развернуть их в разные стороны, тогда охват съемки будет больше.

За один рабочий день вполне реально отснять 80 тысяч гектаров. Себестоимость съемки одного га составляет всего 15 копеек. Полученная информация обрабатывается с помощью специальных программ. Есть возможность получить и трехмерное изображение, так называемые стереопары.

– Помимо подготовки материалов для арендаторов леса, беспилотник может заниматься пожарным мониторингом, – заметил В. Акишин. – В условиях дефицита средств на авиаоблеты, летательный аппарат мог бы стать палочкой-выручалочкой для лесохозяйственников. Ведь самолет может определить координаты очага возгорания и дать детальную картину пожара. Думаю, что у такого рода оборудования большое будущее и мои затраты обязательно окупятся.

Кстати, руководство СЛИ выразило готовность помочь Владимиру Акишину хотя бы частично рассчитаться по долгам за купленный самолет. Кроме того, не так давно Глава РК Вячеслав Гайзер озвучил идею создания в республике Центра экологического мониторинга, который бы решил проблему сокрытия информации об экологических нарушениях, в том числе, незаконных рубках леса и нефтеразливов. Мониторинг как раз-таки будет производиться с помощью новейших технических средств, в том числе аэросъемки и ГИС–технологий.

Центр, которым руководит В. Акишин, был основан в 2001 году. Сегодня Центр располагает развитой технической базой, лицензионным программным обеспечением от мировых лидеров в области ГИС, большим объемом информационных ресурсов. Постоянно обновляемый архив космических снимков Центра содержит более 1000 изображений, которые обеспечивают многократное покрытие территории РК и соседних регионов.

Главные направления работы Центра – это образование и научные исследования в области ГИС, результаты которых реализуются на практике при выполнении работ, предприятий лесного комплекса. Ежегодно в Центре проходят обучение более ста студентов разных специальностей. На его базе организована специализация «Аэрокосмические методы и средства исследования лесных ресурсов на базе ГИС-технологий». Проводятся курсы повышения квалификации. Многие специалисты, прошедшие здесь подготовку, работают в крупнейших лесопромышленных компаниях, на предприятиях лесного хозяйства и в государственных учреждениях.

Среди реализованных научно-технических проектов – создание лесных ГИС на лесничества и лесные участки республики, актуализация лесных карт и проектирование леспользования.

– Одним из наших заказчиков и партнеров является Комитет лесов РК, – пояснил В. Акишин. – С лесохозяйственниками мы сотрудничаем на протяжении многих лет. Проявленная лесниками инициатива, во многом способствует реализации на практике предлагаемых нами решений и технологий. Помимо этого, Центр продолжает разрабатывать и реализовывать новые перспективные направления. Одно из них – оценка состояния лесов и лесной инфраструктуры.

Речь идет о возможностях комплексного применения ГИС-технологий, данных космической съемки и аэрофотоснимков, получаемых с помощью беспилотных летательных аппаратов, для обнаружения, картографирования и анализа поврежденных участков леса.

Ведь помимо того, что поврежденные участки леса, такие как ветровалы, гари, очаги усыханий, вредителей и болезней, являются источником низкосортного древесного сырья, они требуют проведения санитарных рубок лесных насаждений, что необходимо и обязательно с точки зрения пожарной и санитарной безопасности в лесах. Поэтому очень важно – обеспечить систему мер по своевременному обнаружению и анализу поврежденных участков леса.

– При разработке методики, мы исходили, в том числе, из экономичности ее реального применения, – отметил В. Акишин. – Так, в качестве исходных данных предлагается использовать космические снимки, доступ к которым является бесплатным и неограниченным. Одним из самых крупных архивов данных космической съемки является архив Геологической службы США, онлайн доступ к которому реализован с помощью программного интерфейса GLOVIS. Данные этого архива предоставляются безвозмездно и постоянно пополняются, и сегодня уже доступны космоснимки 2010 года.

На следующем этапе, после получения космических снимков, выполняется автоматизированный поиск поврежденных участков леса, пояснил В. Акишин. Такая возможность реализуется за счет того, что ландшафты, претерпевшие какие-либо изменения (например, которые подверглись ветровальному воздействию), изменяют свою спектральную отражательную способность и, соответственно, изменяется и их цветовое отображение на космическом снимке. Это означает, что сравнение разновременных космических снимков с помощью специальных алгоритмов анализа аэрокосмических изображений позволяет обнаружить изменения, прошедшие за изучаемый период времени.

Для детального обследования выявленных по космическим снимкам поврежденных участков леса предлагается использовать беспилотный летательный аппарат CropCam.

CropCam – это легкий планер, оборудованный цифровой фотокамерой и управляемый автопилотом на основании запрограммированного полетного задания. CropCam позволяет получать цифровые снимки территории, которые по детальности в несколько раз превышают самые современные космические и аэрофотоснимки. Преимущества CropCam заключаются в очень высокой детальности изображения, высоком уровне оперативности. Кроме того, поскольку полет заранее программируется, на снимке присутствуют только требуемые объекты – нет лишнего фотоматериала. Очень важно, что облачность не имеет значения, если производить полет ниже облаков.

Получаемые с помощью CropCam снимки предоставляют широкий спектр информации, включая точные данные о границах и площадях участков, количественные показатели ветровальных, усыхающих и других поврежденных насаждений. Например, можно определить количество вываленных деревьев на единицу площади и запас древесины. Кроме того, можно получить данные о пространственном положении отдельных групп поврежденных деревьев, которые могут быть использованы в качестве основы для оптимизации технологических схем санитарных рубок, данные о наличии подъездных путей к участкам.

Результаты работ предлагается оформлять в виде своеобразного паспорта участка, включающего исчерпывающую информацию о его состоянии и предоставляемого всем заинтересованным сторонам, среди которых могут быть органы лесного хозяйства, филиалы ФГУ «Российский центр защиты леса», предприятия – потребители низкосортного сырья, арендаторы лесных участков, лица, ответственные за санитарное и противопожарное состояние арендуемых лесов, лесозаготовительные предприятия, представляющие малый лесной бизнес, которые могут выполнять санитарные рубки на основе договоров подряда.

Аналогичная по своему составу методика может быть также применена для картографирования и анализа состояния объектов лесной инфраструктуры, в первую очередь лесных и лесовозных дорог, подчеркнул В. Акишин.

В этом случае производится картографирование дорог по космическим снимкам. Затем, чтобы получить более детальные данные, с малых высот выполняется съемка дороги беспилотным летательным аппаратом.

Спектр сфер применения изображений, сделанных беспилотником очень широк. Это могут быть данные о ширине трассы и проезжей части, оценка наличия и характера древесно-кустарниковой растительности на трассе и вдоль нее, информация о состоянии (например, наличие заболоченных участков трассы, размывы в дорожной насыпи). Также имеется возможность выполнить оценку уклонов и углов поворотов трассы, установить наличие водотоков и оценить состояние переездов через них.

Материалы фотосъемки могут быть организованы в виде базы данных. Пользователь, обратившись к этой базе данных, сможет в деталях увидеть и изучить интересующий участок дороги, в том числе в трехмерном исполнении с использованием стереопар фотоснимков.