ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЦЕЛЯХ МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЦЕЛЯХ МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ

Научная статья

Вдовенко А.В.^1, *, Вдовенко В.А.², Егоров П.И.³, Трофимов И.Ю.⁴, Кудинов И.В.⁵, Кашина Ж.В.⁶

¹ ORCID: 0000-0002-9543-1369;

² ORCID: 0000-0001-6813-8928;

⁴ ORCID: 0000-0003-1327-4601;

^1–6 Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия

* Корреспондирующий автор (avdovienko[at]list.ru)

Аннотация

Проблема информационного обеспечения Государственного мониторинга земель выдвигает в разряд наиболее актуальных задач совершенствование методов и технических средств наблюдения за состоянием и использованием земельных ресурсов. Выбор технологии мониторинга земель зависит от требований к точности получаемых данных, применяемого технического и программного обеспечения и других факторов. В статье на примере муниципальных образований Сахалинской области представлена практическая апробация использования беспилотного летательного аппарата при выполнении мониторинга стихийных свалок.

Ключевые слова: мониторинг земель, инновационные технологии, дистанционное зондирование, БПЛА.

ON THE USE OF INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR LAND MONITORING PURPOSES

Research article

Vdovenko A.V.^1, *, Vdovenko V.A.², Egorov P.I.³, Trofimov I.Yu.⁴, Kudinov I.V.⁵, Kashina Zh.V.⁶

¹ ORCID: 0000-0002-9543-1369;

² ORCID: 0000-0001-6813-8928;

⁴ ORCID: 0000-0003-1327-4601;

^1–6 Pacific National University, Khabarovsk, Russia

* Corresponding author (avdovienko[at]list.ru)

Abstract

The problem of information support for state monitoring of land puts forward the improvement of methods and technical means of monitoring the state and use of land resources in the category of the most urgent tasks. The choice of land monitoring technology depends on the requirements for the accuracy of the data obtained, the technical and software used, and other factors. The article presents a practical testing of using of an unmanned aerial vehicle when monitoring natural landfills in the municipalities of Sakhalin Oblast.

Keywords: land monitoring, innovative technologies, remote sensing, UAV.

Введение

 В современных условиях глобализации в Российской Федерации (РФ) стремительно развивается рынок земельных и имущественных отношений, который формирует пространство объектов недвижимости на территории субъектов РФ, а также в масштабах всей страны. При этом в большом информационном потоке происходит обработка значительного объема кадастровой, землеустроительной, иной информации и предпринимаются попытки ее интеграции и отображения в едином геопространстве территорий. В этих условиях большое значение имеет использование инновационных технологий при производстве указанных видов работ, которые позволяют оптимизировать и снизить их стоимость и трудозатраты.

Целью исследования является анализ, обоснование и практическая апробация преимуществ использования инновационных технологий (беспилотных летательных аппаратов) для целей мониторинга земель. Объектом исследования являются территории муниципальных образований Сахалинской области.

Степень разработанности темы. Значительный вклад в развитие теории и практики, организации и планирования землеустройства, кадастровых работ, ведения Государственного мониторинга земель и управления земельными ресурсами внесли такие отечественные и зарубежные ученые, как: Г. Бортс, В.М. Баутин, Варламов А.А., Волков С.Н., Гальченко С.А., Мурашева А.А., Неумывакин Ю.К., Перский М. И., Сизов А. П., Карпик А. П., Москвин В. Н., Шаповалов Д.А., Larsson H., Mattsson H., Simpson R. и другие [1], [2], [3], [4].

Вместе с тем, многие вопросы информационного обеспечения мониторинга земель с использованием инновационных технологий, к которым, несомненно, относятся методы дистанционного зондирования земли, остаются не проработанными.

Методология и методы исследований. В процессе работы использованы общенаучные методы исследования, опирающиеся на системный подход, в рамках которого применялся разнообразный инструментарий для определения сущности анализируемых явлений, процессов и закономерностей, такой как картографический, абстрактно-логический, монографический, статистический.

При подготовке работы использованы материалы Министерства имущественных отношений Сахалинской области и Филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральная кадастровая палата Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии» по Сахалинской области, находящиеся в открытом доступе, а также справочная и нормативная литература, картографические материалы [5].

Постановка проблемы

Решение проблемы информационного обеспечения Государственного мониторинга земель выдвигает в разряд наиболее актуальных задач совершенствование методов и технических средств наблюдения за состоянием и использованием земельных ресурсов. Пространственные данные о земельных участках получают в рамках различных технологий, предусматривающих выполнение полевых и камеральных работ. Выбор технологии зависит от требований к точности получаемых данных, применяемого технического и программного обеспечения и других факторов. Пространственные данные могут быть получены с использованием геодезических, спутниковых, фотограмметрических и картометрических методов. Требования к полноте и достоверности сведений о природных объектах и процессах обычно столь же высоки, как стоимость и трудоемкость их выявления и сбора [6].

Наиболее распространенными методами при осуществлении мониторинга земель являются:

- наземные съемки, обследования и наблюдения;

- методы дистанционного зондирования Земли.

Оперативным способом получения актуальной и достоверной графической информации о местоположении границ земельных участков является аэрофотосъемка территории с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

Метод дистанционного зондирования с использованием БПЛА становится все более перспективным инновационным способом получения геодезической основы при проведении мониторинга земель, землеустроительных и кадастровых работ. Это касается в первую очередь создания актуальных цифровых карт крупных масштабов) [7].

Использование БПЛА при выполнении мониторинга земель позволяет не учитывать ограничения по времени года, рельефу, транспортной доступности. В последние годы произошло резкое снижение стоимости воздушной съемки и ее камеральной обработки. Это связанно, в том числе, со значительной цифровизацией производственных процессов. Произошло существенное увеличение производительности вычислительных устройств, что позволило производить ранее не доступную обработку данных на персональных компьютерах сегмента SOHO. Развитие автопилотов снизило стоимость и повысило качество БПЛА. Все вышеперечисленное позволило сделать геодезические БПЛА доступными для широких масс потребителей. Широкое использование БПЛА повысило оперативность выполнения работ, увеличило точность топографо-геодезических данных, повысило частоту обновление различных цифровых карт и планов и позволило упростить создание 3D моделей местности.

 Основные результаты

Сахалинская область обладает значительным земельным, природно-ресурсным и инвестиционно-строительным потенциалом. Правительство Сахалинской области большое влияние уделяет строительству и обновлению инфраструктуры острова. На территории области ежегодно сдается более сотни различных объектов капитального строительства - от гражданских и промышленных зданий до автомобильных дорог и аэродромов. Для осуществления контроля за большим количество строительных объектов, отходами производства, несанкционированными свалками твердых коммунальных отходов (ТКО) особенно эффективными являются инновационные технологии, связанные с использованием беспилотных воздушных судов.

В данной статье освещена практическая апробация возможностей использования дронов при проведении мониторинга земель на примере Сахалинской области, где в 2020 году по инициативе губернатора впервые проведен конкурс «Чистые острова», основной целью которого было выявление стихийных свалок на территории острова именно с помощью беспилотных летательных аппаратов.

Для информационного сопровождения конкурса создан портал https://map.sakhalin.gov.ru, где размещается актуальная информация о свалках и их статусе. Страница портала представлена на рисунке 1. Участники предоставляли информацию о найденных свалках в виде сообщения содержащего фотографию свалки с БПЛА и координат в системе WGS 84.

Рис. 1 – Информационная система правительства Сахалинской области

 

Выбор технологии съемки. Для эффективного поиска свалок с использованием БПЛА нами был выбран способ сплошной съемки территории по заданному маршруту с дальнейшим анализом итоговых результатов на персональном компьютере.

Важным требованием конкурса являлось использование БПЛА, зарегистрированного в Федеральном агентстве воздушного транспорта (Росавиация). Продолжительность конкурса составляла 7 дней, что исключало возможность зарегистрировать новый БПЛА. Нами был выбран БПЛА массой менее 249 граммов DJI Mavic Mini. С учетом веса 249 грамм, Mavic Mini не подпадает под правила Постановления Правительства РФ №658, в соответствии с которыми с 27 сентября 2019 года все БПЛА весом более 250 грамм и менее 30 килограмм необходимо ставить на учет в Росавиации [8], [9], [10].

Так как к точности не было предъявлено конкретных требований, использовались координаты, полученные навигационным GPS приемником. Характеристики БПЛА представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Характеристики БПЛА

Взлетная масса1	249 г
Размеры	В сложенном состоянии: 140×82×57 мм (Д×Ш×В) В разложенном состоянии: 160×202×55 мм (Д×Ш×В) В разложенном состоянии (с пропеллерами): 245×290×55 мм (Д×Ш×В)
Размер по диагонали	213 мм
Макс. скорость набора высоты	4 м/с (режим S) 2 м/с (режим P) 1,5 м/с (режим C)
Макс. скорость снижения	3 м/с (режим S) 1,8 м/с (режим P) 1 м/с (режим C)
Макс. скорость (на уровне моря в штиль)	13 м/с (режим S) 8 м/с (режим P) 4 м/с (режим C)
Макс. высота полета над уровнем моря	3000 м
Макс. время полета	30 минут (измерения производились при полете со скоростью 14 км/ч без ветра)
Макс. допустимая скорость ветра	8 м/с (при 4 баллах по шкале Бофорта)
Диапазон рабочих температур	0°...+40°C
Спутниковые системы позиционирования	GPS+ГЛОНАСС
Точность позиционирования	В вертикальной плоскости: ±0,1 м (визуальное позиционирование), ±0,5 м (спутниковое позиционирование) В горизонтальной плоскости: ±0,1 м (визуальное позиционирование), ±1,5 м (спутниковое позиционирование)
Матрица	1/2,3” CMOS Число эффективных пикселей: 12 млн
Объектив	Угол обзора: 83° 35 мм (эквивалент формата 24 мм) Диафрагма: f/2.8 Фокус: от 1 м до ∞
Выдержка	Скорость электронного затвора: 4–1/8000 с

   

DJI Mavic Mini не позволяет в автоматическом режиме снимать по заданному маршруту, поэтому управление им осуществлялось вручную. Для апробации технологии поиска свалок с помощью БПЛА были выбраны следующие населенные пункты: Быков, Углезаводск, Шахтерск, Углегорск, Стародубское, Советское. Съемка происходила в дневное время при благоприятных погодных условиях. Примеры полученных с БПЛА снимков представлены на рисунке 2.

Для выполнения сплошной съемки территория делилась на квадраты по 2 кв.км, точка старта выбиралась в середине данного квадрата. Данные параметры деления территория обусловлены оптимальным расстоянием для устойчивой радиосвязи с БПЛА. Съемка велась в надир. Интервал съемки между снимками 3 сек., на скорости 6 м/с. При ветре до 4-6 м/с площадь съемки составляла 60 Га.

 Серии снимков анализировались с помощью различных цифровых ассистентов (фильтров) с целью обнаружения областей с нестандартно высоким альбедо, для дальнейшего их более детального изучения при камеральной обработке.

Результаты проведения работы. Всего произведено 40 полетов за 4 дня. Общая площадь съемки составила 2159 Га, количество найденных стихийных свалок по населенным пунктам Сахалинской области представлено в таблице 2.

Рис. 2 – Снимки свалок с БПЛА

Таблица 2 – Количество обнаруженных свалок

Населенный пункт	Более 4 куб.м.	Менее 4 куб.м.
Шахтерск	15	32
Углегорск	23	41
Советское	1	3
Стародубское	8	12
Быков	7	13
Углезаводск	4	7

 

Общее количество обнаруженных свалок составило 162 шт., из них более 4 куб.м. - 58 шт. Метод поиска свалок с использованием БПЛА зарекомендовал себя как эффективный. Он позволил выявлять свалки в труднодоступных местах, где наземный способ мониторинга был бы неэффективен ввиду труднодоступности свалок. Сравнение трудозатрат при производстве работ с использованием БПЛА и наземным методом представлено на рисунке 3 [11].

Себестоимость используемого оборудования составляет 35 000 рублей, расходных материалов 10300 рублей. Срок службы БПЛА - более 500 полетов, срок службы батарей - 50 полетов. Один полет БПЛА обходится в среднем в 119 рублей. Без учета транспортных расходов и заработной платы, стоимость обнаружения одной свалки составила 29 рублей 38 копеек. Таким образом, использование БПЛА для целей мониторинга земель можно считать экономически выгодным.

Рис. 3 – Сравнение расходов наземным способом съемки и с использованием БПЛА

  Заключение

В данный момент на рынке присутствует большое количество геодезических БПЛА различного назначения. Современные технологии позволили устанавливать высокоточное оборудование на БПЛА весом от 249 грамм. Если 7-8 лет назад съемка с БПЛА применялась для крупных объектов в сотни гектар, то сейчас экономически целесообразно вести съемку объектов любого размера. Использование данной технологии снижает стоимость производства полевых работ.

В настоящее время особенно актуально использование БПЛА при выполнении работ в отношении земель сельскохозяйственного назначения, труднодоступных земель, земель лесного и водного фонда. Вероятные улучшения от использования беспилотных летательных аппаратов: оперативность; повышение точности топографо-геодезических данных; создание и обновление цифровых карт и планов; создание 3D моделей местности; своевременный мониторинг экологического состояния земель; выявление незаконных объектов строительства.

Резюмирую, можно сделать вывод о том, что использование инновационных технологий мониторинга земель (БПЛА) позволяет создать полное информационное поле первичных данных, благодаря которым появляется возможность получения разнообразных агрегированных, аналитических и прогнозных данных, требующихся органам управления для оперативного реагирования, выработки стратегии и принятия необходимых управленческих решений. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Бабашкин, Д.В. Сравнение эффективности аэрофототопографической съемки с использованием беспилотных и пилотируемых авиационных систем / Д.В. Бабашкин, С. А. Кадничевский, С. С. Нехин. – Москва : ООО «Информационное агентство «ГРОМ», 2017. – 14 с.
2. Слюсарь Н.Н. Экологический мониторинг объектов размещения отходов с применением беспилотных летательных аппаратов / Н.Н. Слюсарь, Г.М. Батракова // Экология и промышленность России. 2018; 22(8) С.44-49.
3. Тихонова, К. В. Предложения по оптимизации внесения сведений в ЕГРН с целью повышения эффективности муниципального земельного контроля / К. В. Тихонова, С. А. Жирёнкин, А. А. Симонова. – Ростов-на-Дону : Экономика и экология территориальных образований, 2018. – С. 103–111.
4. Храмов А. В. Возможности экологического мониторинга с применением БПЛА в России / А. В. Храмов, А. А. Ермолаев, А. И. Шалашова и др.- Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ » № 7.-2017.- С. 79-84.
5. Публичная кадастровая карта [Электронный ресурс] URL: https://pkkrosreestr.ru/ (дата обращения 02.05.2021).
6. Цекоева Ф.К. Мониторинг земель на основе новых технологий / Ф.К. Цекоева // Московский экономический журнал №1 2017. - С 67-71.
7. Липина Л.Н. Оценка состояния окружающей среды в районе горнопромышленного освоения с применением ГИС-технологий / Л.Н. Липина, А.В. Вдовенко // Экология промышленного производства. 2019. №3(107). С. 51-54.
8. Воздушный кодекс Российской Федерации" от 19.03.1997 N 60-ФЗ (ред. от 31.12.2017).
9. Постановление Правительства РФ от 25.05.2019 г. № 658 «Об утверждении Правил учета беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой от 0,25 килограмма до 30 килограммов, ввезенных в Российскую Федерацию или произведенных в РФ».
10. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации» утвержденные постановлением Правительства РФ от 11.03.2010 N 138 (ред. от 30.01.2018).
11. Вдовенко А.В. Использование беспилотных летательных аппаратов для кадастровой съемки в зимний период / А.В. Вдовенко, И.В. Кудинов // Материалы секционных заседаний 58-й студенческой научно-практической конференции ТОГУ.В двух томах. 2018. С. 339-342.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Babashkin, D. V. Sravneniye effektivnosti aerofototopograficheskoy s"yemki s ispol'zovaniyem bespilotnykh i pilotiruyemykh aviatsionnykh sistem [Comparison of the efficiency of aerial topographic survey using unmanned and manned aircraft systems] / D. V. Babashkin, S. A. Kadnichevsky, S. S. Nekhin. - Moscow: LLC "Information Agency" GROM ", 2017. - 14 p. [in Russian]
2. Slyusar N.N. Ekologicheskiy monitoring ob"yektov razmeshcheniya otkhodov s primeneniyem bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Environmental monitoring of waste disposal facilities using unmanned aerial vehicles] / N.N. Slyusar, M. Batrakova // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. [Ecology and industry of Russia]. 2018; 22 (8) P.44-49. [in Russian]
3. Tikhonova, K. V. Predlozheniya po optimizatsii vneseniya svedeniy v YEGRN s tsel'yu povysheniya effektivnosti munitsipal'nogo zemel'nogo kontrolya [Proposals for optimizing the entry of information into the USRN in order to increase the efficiency of municipal land control] / K. V. Tikhonova, S. A. Zhirenkin, A. A. Simonova // Ekonomika i ekologiya territorial'nykh obrazovaniy[Economy and ecology of territorial entities], 2018. - pp. 103–111. [in Russian]
4. Khramov A. V. Vozmozhnosti ekologicheskogo monitoringa s primeneniyem BPLA v Rossii [Possibilities of environmental monitoring using UAVs in Russia] / A. V. Khramov, A. A. Ermolaev, A. I. Shalashova et al. - Izvestia ETU "LETI" St. Petersburg No. 7.-2017.- P. 79- 84. [in Russian]
5. Publichnaya kadastrovaya karta [Public cadastral map]. [Electronic resource] URL: https://pkk5.rosreestr.ru/ (accessed 05/02/2021). [in Russian]
6. Tsekoeva F.K. Monitoring zemel' na osnove novykh tekhnologiy [Monitoring of lands based on new technologies] / K. Tsekoeva // Moscow Economic Journal No. 1 2017.- P. 67-71. [in Russian]
7. Lipina L.N. Otsenka sostoyaniya okruzhayushchey sredy v rayone gornopromyshlennogo osvoyeniya s primeneniyem GIS-tekhnologiy [Assessment of the state of the environment in the area of mining development with the use of GIS technologies] / L.N. Lipina, A.V. Vdovenko // Ekologiya promyshlennogo proizvodstva [Ecology of industrial production]. 2019. No. 3 (107). P. 51-54. [in Russian]
8. Vozdushnyy kodeks Rossiyskoy Federatsii [Air Code of the Russian Federation]dated 03.19.1997 N 60-FZ (as amended on 31.12.2017). [in Russian]
9. Postanovleniye Pravitel'stva RF ot 25.05.2019 g. № 658 «Ob utverzhdenii Pravil ucheta bespilotnykh grazhdanskikh vozdushnykh sudov s maksimal'noy vzletnoy massoy ot 0,25 kilogramma do 30 kilogrammov, vvezennykh v Rossiyskuyu Federatsiyu ili proizvedennykh v RF»[Decree of the Government of the Russian Federation of May 25, 2019 No. 658 "On approval of the Rules for accounting for unmanned civil aircraft with a maximum take-off weight of 0.25 kg to 30 kg imported into the Russian Federation or manufactured in the Russian Federation"]. [in Russian]
10. Federal'nyye pravila ispol'zovaniya vozdushnogo prostranstva Rossiyskoy Federatsii» utverzhdennyye postanovleniyem Pravitel'stva RF ot 11.03.2010 N 138 (red. ot 30.01.2018)[Federal rules for the use of the airspace of the Russian Federation "approved by the Government of the Russian Federation of March 11, 2010 N 138 (revised on January 30, 2018)]. [in Russian]
11. Vdovenko A.V. Ispol'zovaniye bespilotnykh letatel'nykh apparatov dlya kadastrovoy s"yemki v zimniy period [The use of unmanned aerial vehicles for cadastral surveying in winter] / A.V. Vdovenko, I.V. Kudinov // V sbornike: Materialy sektsionnykh zasedaniy 58-y studencheskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii TOGU. V dvukh tomakh [In the collection: Materials of sectional sessions of the 58th student scientific-practical conference PNU. In two volumes]. 2018. P. 339-342. [in Russian]