с 01.01.2017 по настоящее время
Россия
УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.00 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье рассматривается вопрос разработки методического подхода и перечня параметров оценки эффективности использования беспилотных авиационных систем при мониторинге мелиоративных объектов. Предлагаемая интегральная оценка позволит получить расчетным методом количественные параметры возможности решения частных целевых задач с учетом потребности мелиоративных организаций.
мелиорация, беспилотные авиационные системы, мониторинг
Введение. Применение беспилотных авиационных систем (БАС) различного класса и целевого назначения в мелиорации в настоящее время является особенно актуальным и имеет практическую значимость в связи с активной цифровизацией отрасли. В научной и специальной литературе наиболее часто рассматривается вопрос практического многофункционального использования БАС при решении ряда задач как оценки технического и экологического состояния мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений, так и при мониторинге и оценке продуктивности сельскохозяйственных культур на мелиорируемых угодьях. При этом мало освещенным остается вопрос интегральной оценки эффективности решения как отдельных, так и набора целевых задач с применением БАС с учетом их приоритетности и ряда других факторов. Цифровизация отрасли для автоматизации многих рутинных задач мониторинга требует применение различных систем дистанционного зондирования Земли, в том числе ближнего и БАС [4, 5, 6, 7, 8]. Так, в работе [3] оценку эффективности применения БАС рекомендуется проводить с учетом передачи оперативной информации мобильным устройствам, особенностей оптико-электронной системы цифрового аэрофотосъемочного оборудования, особенностей бортовой радиолокационной станции.
Цель настоящей работы заключалась в формулировании методического подхода и перечня параметров оценки эффективности использования БАС при мониторинге мелиоративных объектов.
Материалы и методы исследований. Для научно-технического поиска по проблематике статьи использовались базы данных «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ), Google Scholar, Scopus и фонды научно-технической библиотеки ФГБНУ ВНИИ «Радуга», отвечающих цели настоящей работы. Также применялся накопленный авторами практический опыт использования БАС при обследовании мелиоративных объектов в рамках государственного задания Минсельхоза России, выданного ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2020–2022 гг.
Существенной особенностью процессов функционирования БАС является их случайность, вызываемая неполной определенностью условий, в которых эти процессы протекают, а также различными случайными отклонениями и ошибками, возникающими при сборе информации, выработке управляющих сигналов и их исполнении [1]. Таким образом, результат R функционирования БАС при мониторинге мелиоративных объектов является случайным и с количественной стороны характеризуется законами распределения параметров ri, выражающих этот результат, т.е.:
R = 
ripi,
где pi – вероятность возникновения отклонения случайного параметра ri эффективности функционирования БАС; i – порядковый номер случайного параметра; n – количество случайных параметров.
Сложность решения этой задачи заключается в необходимости определения вероятности pi возникновения условий, при которых параметры ri будут иметь отклонение от целевых значений. В исследовании [2] отмечается, что эффективная эксплуатация специализированных БАС обеспечивается рациональным выбором вариантов решения по подбору рабочих параметров. Поэтому в настоящей работе на предварительном этапе предлагается сравнительный метод оценки ключевых функциональных возможностей, параметров эксплуатации и обслуживания рассматриваемых БАС. В этом случае отпадает необходимость вычисления вероятности событий, которые влияют на эффективность работы БАС при мониторинге мелиоративных объектов.
На предварительном этапе, например, при выборе конкретного устройства из существующего парка БАС или при его формировании, авторы предлагают вычислять интегральную бальную оценку K, определяемую суммированием баллов ki за каждый i-ый показатель эффективности. Общее количество параметров эффективности – n, тогда:
K = ki.
Результаты и обсуждение. При разработке методики оценки рекомендуется учитывать следующие i-ые из n показателей эффективности:
– наличие или отсутствие функциональной возможности передачи оперативной информации мобильным устройствам различного назначения (планшет, смартфон и др.), в том числе управление БПЛА, получение фото- и видеосигнала, фото- и видеофиксация ситуации в режиме онлайн;
– разрешающая способность штатного съемочного оборудования в режиме «true color» (естественные цвета), разрешение пикселя;
– необходимость геодезической привязки;
– возможность установки нейтрально-серых (в том числе с переменной плотностью) и других светофильтров (в том числе ультрафиолетовых и поляризационных) для повышения качества съемки, защиты объектива и др. целей;
– наличие или отсутствие возможности программирования полетного задания на этапе разработки индивидуального технического задания на обследование или мониторинг мелиоративного объекта, в том числе в оригинальном программном обеспечении для БАС и стороннем;
– штатная возможность определения всех показателей экологического и технического состояния мелиоративных систем и объектов согласно ГОСТ Р 70611-2022 «Мелиорация земель. Методика оценки дистанционными методами технического и экологического состояния», в том числе возможность съемки в различных спектральных каналах, а также соответствие функциональных возможностей БАС другим ключевым отраслевым нормативным правовым документам;
– расширенная возможность навигации с помощью бортовой ГНСС (англ. Global Navigation Satellite System – глобальной навигационной спутниковой системы), в том числе устанавливаемой на БАС дополнительно;
– возможность подключения штатной или установленной на БАС ГНСС к базовой сети станций (совокупности постоянно действующих спутниковых базовых станций, установленных на местности по определенной схеме и объединенных каналами коммуникаций) в режиме RTK (получение поправок и коррекция GPS-координат по базовым станциям) в целях проведения съемки с геодезической точностью и повышения качества создания оротофотоснимков;
– максимальная высота полета;
– максимальная дальность полета;
– максимальная площадь покрытия за один полет;
– ветроустойчивость;
– максимальное время эксплуатации до разряда батареи;
– возможность установки дополнительной полезной нагрузки, в том числе лидара для построения трехмерных карт и объектов;
– взлетная масса;
– эксплуатация в ночное время;
– эксплуатация в период с отрицательными температурами;
– эксплуатация в дождь и туман;
– возможность запуска и посадки БАС на необорудованных площадках, в том числе с руки оператора;
– необходимость оборудования взлетно-посадочных площадок для эксплуатации БАС;
– число операторов и обслуживающего персонала;
– необходимость оборудования специальных мест хранения БАС, в том числе специальных помещений (зданий);
– наличие или отсутствие штатной системы защиты БАС от падения при разрядке батареи;
– финансовые затраты на проведение единичного мероприятия мониторинга;
– финансовые затраты обслуживание БАС после единичного мониторинга;
– другие показатели.
Для использования данных параметров в расчете необходимо предварительно определить их значения (баллы). Возможны два варианта. Например, присвоение каждому показателю одного и того же значения или выделение специализированных и универсальных показателей для решения конкретных задач мониторинга мелиоративных объектов. В последнем случае потребуется оценивать весовые значения каждого i-ого показателя эффективности, учитывающие их вклад в решении поставленной задачи. В обоих случаях расчет может быть автоматизирован посредством электронных таблиц MsExcel или разработки программы для ЭВМ.
При расчете интегральной бальной оценки Kj для БАС с порядковым номером j учитываются все показатели, которые не равны 0, также рассчитывается интегральная оценка Kj+1 для БАС с порядковым номером j+1 и интегральная оценка для БАС с порядковым N, участвующих в подборе или определении той БАС, которая будет решать поставленную задачу мониторинга. Сравнивая полученные оценки, выбирают ту БАС, которая имеет наибольшее значение интегральной бальной оценки Kres, т.е.
В общем случае оценка эффективности БАС может быть представлена в виде следующего алгоритма (см. рисунок). Расчет выполняется для выбранной группы БАС из существующего парка или из предварительного списка при его формировании. При этом для каждого из них вычисляются интегральные бальные оценки Kj, которые сравниваются между собой. Допускается, что на предварительном этапе оценки эффективности БАС значения Kj могут совпадать. В этом случае оба устройства считаются эффективными. На основе проведенного сравнения формируется список (картотека) БАС по степени их эффективности для решения задач мониторинга мелиоративных объектов. БАС с максимальным значением Kj может считаться универсальным.
Алгоритм оценки эффективности БАС для мониторинга мелиоративных объектов
Заключение
Использование предлагаемого подхода для оценки эффективности БАС позволит уже на этапе формирования технического задания на мониторинг получить расчетным методом количественные оценки возможности решения частных целевых задач с учетом предполагаемого состава БАС (целевые нагрузки в виде камер, геодезических приемников, сканеров, комплекса средств связи и др.). Интегральная оценка эффективности БАС обеспечит для организаций, подведомственных Депмелиорации Минсельхоза России, условия планирования и формирования рационального состава парка БАС, с учетом региональной специфики и структуры их государственного задания.
1. Показатели эффективности беспилотного авиационного комплекса / А.С. Бенкафо // Системный анализ и прикладная информатика. 2014. № 1-3. С. 17–22. EDN UGLOFN.
2. Двухступенчатый метод оптимизации эффективности беспилотного авиационного комплекса озонометрических измерений / А. Б. г. Асланова // Информация и космос. – 2021. – № 2. – С. 117-121. – EDN BQPBYI.
3. Пантенков Д.Г. Методический подход к интегральной оценке эффективности применения авиационных комплексов с БПЛА. Часть 1. Методики оценки эффективности решения задач радиосвязи и дистанционного мониторинга // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 2. С. 60‒78. doi:https://doi.org/10.31854/1813-324X-2020-6-2-60-78.
4. Кочарли С.А., Мустафаев М.Г., Ахмедзаде Э.М., Велиева З.М., Алиева Ф.Н. Спектральная отражательная способность почв Мильской степи Азербайджана в зависимости от их химических и физических свойств // Экология и строительство. 2025. № 1. C. 4–11. DOI:https://doi.org/10.35688/2413-8452-2025-01-001.
5. Оценка площади и объема полигона твердых бытовых отходов с использованием данных дистанционного зондирования Земли / Маклашин Д.И., Вагизов М.Р., Бобровская Р.М. // Экология и строительство. 2025. №2. doi:https://doi.org/10.35688/2413-8452-2025-02-005.
6. Смелова С.С. Алгоритм геоботанических исследований на мелиоративных объектах с использованием данных беспилотных летательных аппаратов // Экология и строительство. 2021. # 3. C. 9–16. DOI:https://doi.org/10.35688/2413-8452-2021-03-004.
7. Kondo S., Yoshimoto N., Nakayama Y. Farm Monitoring System with Drones and Optical Camera Communication // Sensors. 2024. Vol. 24, 6146. doi:https://doi.org/10.3390/s24186146.
8. Abderahman R., Alireza A., Karim R., Horst T. Drones in agriculture: A review and bibliometric analysis // Computers and Electronics in Agriculture. 2022. Vol. 198, 107017. doi:https://doi.org/10.1016/j.compag.2022.107017.
