Методика учета метеорологических условий при обнаружении очагов возгорания с применением беспилотных летательных аппаратов

Методика учета метеорологических условий

при обнаружении очагов возгорания с применением беспилотных летательных аппаратов

Дьяков С. А., Ковалев В. И., ВУНЦ ВВС «ВВА», г. Воронеж

В последнее время повышенное внимание уделяется мониторингу лесных массивов для выявления очагов возгорания в засушливый период года. Это выявление должно осуществляться непрерывно в пространстве и круглосуточно. При этом затраты должны быть как можно больше минимизрованны. Проблема заключается в сложности обнаружения очагов пожаров (их трудно обнаружить при высокой задымленности атмосферы) и их тушения (отсутствия подъездов для наземного транспорта).

Применение самолетов и вертолетов является очень дорогостоящим и не всегда эффективным. Поэтому необходимо производить дополнительную разведку дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом (БЛА).

Беспилотные технологии существуют давно. Сначала они были сложными и дорогостоящими комплексами, имевшими только военное применение. Но в течение последнего десятилетия в этой области произошел настоящий прорыв. Миниатюризация вычислительных систем и развитие спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС) позволили создавать БЛА, у которых габариты, масса, а главное, стоимость на порядки меньше прежних. По доступности беспилотные технологии приближаются к уровню бытовых технологий. Сейчас прогресс в развитии гражданских беспилотных систем имеет высочайший темп, сформировалась новая индустрия услуг.

Для полного отображения обстановки в районе полёта некоторые БЛА оборудуются телевизионной камерой или инфракрасной системой переднего обзора. БЛА могут решать задачи обнаружения и картографирования очагов лесных пожаров. Основное достоинство комплексов с БЛА — существенно меньшая стоимость их создания и эксплуатации по сравнению с комплексами, содержащими обычные пилотируемые летательные аппараты (при условии одинаковой эффективности выполнения поставленных задач).

Исходя из выше приведенного, становится эффективным и перспективным применение БПЛА для мониторинга пожароопасных лесных районов, а при тушении пожаров оперативная оценка наиболее опасных участков, принятие решений по эффективному распределению сил и средств, обеспечение повышения безопасности производства работ.

Ночью, когда противопожарные мероприятия идут на убыль, пожары набирают новую силу. В темное время суток обнаружение очагов возгорания с применением БЛА наиболее эффективно, из-за того, что очаги пожара более отчетливо очерчены и обнаруживаются с большей дальности.

Но на возможность применения БЛА и выбор условий навигации таких как высота и скорость полета оказывают огромное влияние метеорологические

условия, особенно в задымленных районах. При производстве полётов в темное время суток очень важно знать информацию о дальности видимости с БЛА очагов огня, она позволяет эффективно определят высоту и скорость полета, а также и возможность выполнения задания и необходимое количество БЛА.

На сегодняшний день не существует методик, позволяющих производит расчет дальности видимости и оценки условий воздушной навигации при обнаружении очагов пожара с использованием БЛА.

Поэтому целью работы является разработка методики учета метеорологических условий при обнаружении очагов возгорания с применением беспилотных летательных аппаратов.

Расчет дальности обнаружения очагов возгорания леса с борта БПЛА, основан на комплексном использовании теории негоризонтальной видимости по диаграммам видимости огней ненаправленного действия [1].

Диаграмма видимости света от очага возгорания в темное время суток описывается уравнением вида [2, 3]:

X2 У2

+ = 1, (1) 52 Н2 к '

мдв верт

где 8мдв - горизонтальная видимость (в темное время суток, соответствует метеорологической дальности видимости (МДВ)), м; Нверт - вертикальная видимость, м; X и У - координаты, описывающие диаграмму видимости огня, м.

Диаграммы видимости характеризуют границу зон видимости очага возгорания в темное время суток по значениям МДВ и вертикальной видимости.

Для обнаружения очага возгорания необходимо решить три задачи (рисунок) [2]:

1) 8нпдв1 - дальность обнаружения БЛА очага возгорания, на которой объект обнаруживается при путевой скорости Ж=0 км/ч - задача характерна для применения БЛА вертолетного типа, позволяет определить наилучшую высоту взлета и радиус видимости, что даст возможность в выборе количества запусков и их переодичности;

2) Знпдв2 - дальность обнаружения БЛА очага возгорания, на которой объект обнаруживается при путевой скорости Ж>0 км/ч - задача характерна для применения БЛА самолетного типа позволяет оценить высоту полета возможность выполнения задания количество БЛА необходимого для выполнения задачи;

3) Знпдв3 - дальность обнаружения БЛА очага возгорания, на которой будет потерян визуальный контакт с объектом (угол визирования более 140), необходима для оценки количества БЛМ при выполнении задачи - задача характерна для применения БЛА самолетного типа, позволяет выбрать оптимальную скорость полета и тип оптических приборов для обнаружения, количество БЛА для выполнения задания.

Рис. Дальность обнаружения лесного пожара БПЛМ в зависимости от скорости полета ВС

Метод оценки дальности обнаружения БЛА очага возгорания ночью в зависимости от различных метеорологических условий рекомендуется разработать на основе решения комплекса параметров представленных ниже.

— Время наблюдения очага возгорания с БЛА ^набл) - необходимое для оцени оптимальной скорости полета определяется по формуле:

\дв

1 -

к2

Б

- / . ж - 4.02 • к

мдв

' набл

ж

— Максимальная высота обнаружения в темное время суток (Имак) - необходимая для выбора оптимальной высоты полета БЛА находится по формуле:

кМакС = 0,0584.5мдв.

— Наклонная полетная дальность видимости (Бнпдв) огня - для оценки возможности выполнения полета:

к

5 =-,

нпдв к

мдв

1

1 ^ - 'акЖ

5

))

мдв

Следовательно, если Ж = 0 км/ч, то 8нпдв1 рассчитывается по тем же формулам без последнего слагаемого в знаменателе:

— Наклонная полетная дальность видимости, при которой будет потерян объект в темное время суток - для оценки оптимального количества БПЛА при выполнении задачи, определяется по формуле:

к

5 =- ,

нпдв к

5

мдв

1

к2

))

— 1

5

/ • ж - 4.02 • к

мдв

Метод оценки дальности обнаружения очагов возгорания ночью в зависимости от различных метеорологических условий предлагается рассматривать на

2

1

2

основе совокупности предложенных выше параметров.

Проведенная оценка достоверности показала на возможность применения представленной выше методики учета метеорологических условий для обнаружении очагов возгорания с применением беспилотных летательных аппаратов.

Предложенная методика позволяет рассчитать параметры воздушной навигации воздушных судов, по данным наземных наблюдений, что позволит повысить безопасность регулярность и эффективность мониторинга лесных массивов на предмет обнаружения очагов возгорания и эффективно их тушить используя авиацию.

Библиографический список

1. Вавилов С. И. Глаз и солнце./ С. И. Вавилов. — М.: Академия наук СССР, 1956. — 128 с.

2. Дорофеев В. В. Наклонная дальность видимости./ В. В. Дорофеев. Г. С. Нахмансон // Монография — Воронеж: ВАИУ 2007. — 209 с.

3. Шаронов В. В. Свет и цвет. — М.: Государственное издание физико-математической литературы, 1961. — 311 с.