ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ЗАТОПЛЕНИЕМ ТЕРРИТОРИИ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

​ASSESSMENT OF THE SITUATION CAUSED BY FLOODING OF THE TERRITORY USING UNMANNED AERIAL VEHICLES

Pankratova Viktoria Igorevna

student, Department of Ecology and Industrial Safety, Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В работе проводится оценка обстановки, связанной с затоплением территорий с использованием средств дистанционного зондирования. Формулируются предложения по снижению рисков ЧС.

ABSTRACT

The paper assesses the flooding situation using remote sensing tools and formulates proposals for reducing the risk of emergencies.

Ключевые слова: Чрезвычайная ситуация, гидроузел, паводок, затопление, Камская ГЭС, ДЗЗ.

Keywords: Emergency, hydroelectric complex, flood, flooding, Kama Hydroelectric Power Station, remote sensing.

Актуальность данной темы обусловлена необходимостью снижения показателей риска, связанных с затоплением резервуарного парка химического производства, что может привести к аварийным ситуациям, связанным с выбросом токсичных и опасных веществ в акваторию реки Камы.

Проблемы прогнозирования, предотвращение, локализация и ликвидация авария и катастроф техногенного происхождения - чрезвычайных ситуаций (ЧС) приобретает все большую остроту в связи с развитием технологий и производств повышенного риска, невозможностью изолировать индустриальные комплексы и объекты хозяйственной деятельности населенных мест и природной среды. Особую опасность представляют ЧС, обусловленные выбросом (проливом) химических вещества, поскольку в этом случае возможен целый комплекс поражающих воздействий и поражения биоты, и прежде всего людей, деградация природной среды.

Повреждение или разрушение хранилищ, цистерн, технологических емкостей и трубопроводов в результате аварий обуславливает попадание АХОВ в атмосферу с последующим образованием очага поражения, включающего участок территории, на котором разлился токсичный продукт, а также зону заражения с подветренной стороны от места разлива [1, с. 1].

Среди различных объектов техносферы значительную долю составляют объекты химического профиля или химические объекты, в которых обращаются различные химические вещества. Подавляющее большинство из них обладают токсичностью, и их воздействие на живые организмы может приводить к токсическим поражениям различной степени тяжести, включая летальные исходы.

Под опасностью понимаются явления, процессы, действия или условия, чреватые наличием потенциала, который может нанести ущерб здоровью людей, привести к их гибели, нанести ущерб окружающей среде, привести к потере сохранности материальных объектов антропогенного происхождения [2, с. 23].

Основные виды техногенных опасностей согласно [2, с. 23] следующие: химическая, радиационная и бактериологическая опасности. Объекты химического профиля характеризуются химической опасностью. Последняя подразделяется на токсическую, пожара- и взрывоопасностъ.

Химически опасный объект (далее ХОО) объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасные химические вещества, при аварии на котором или при разрушении которого может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды [3, с. 1].

Следует иметь ввиду, что к ХОО относятся не только собственно химические производства, но и обширный класс различных объектов, использующих в своей работе аварийно-химически опасные вещества (далее АХОВ) [3, с. 2].

В данной статье в качестве одного из методов анализа объекта исследования для решения задач, связанных с разработкой рекомендаций по обеспечению безопасности химически-опасных объектов предлагается применение средств ДЗЗ. Полученную со снимков информацию предполагается использовать для создания модели территории и получения сведений о пространственном положении, форме, размерах зданий предприятия АО «Камтэкс-Химпром» (рис.1).

Рисунок 1. АО «Камтэкс-Химпром» на карте

Имеется химически-опасный объект (АО «Камтэкс-Химпром»), на территории которого располагается источник химической опасности – резервуарный парк. Пролетая над этой зоной, БПЛА фотографирует территорию, затем выбираются опорные точки на границах контура промплощадки завода. Эти точки привязывают к системе координат, что позволяет определить ее положение на карте. В дальнейшем посредством оцифровки снимка с использованием специализированных программ (MapInfo, ГИС-Панорама) получаем готовую оцифрованную карту территории завода высокой точности и детальности, которую в дальнейшем можно использовать в качестве исходных данных для построения полей риска и зон затопления в различных программных продуктах («Аналитик», «ГИС-Оператор» и другие).

Поскольку полученная данным способом математическая модель территории обладает высокой информативностью, дальнейшие расчеты показателей риска с учетом коэффициентов ослабления находящихся на территории объектов будут обладать высокой точностью.

В качестве съемочной аппаратуры для решения поставленной задачи предлагается использование беспилотной авиации. БПЛА вертолетного типа применяются в основном для аэрофотосъёмки небольших территорий или обследования сложных конструкций.

Также с помощью снимка необходимо определение высоты подъёма воды при возникновении угрозы затопления территории химического производства. Допустимая погрешность измерения превышений между двумя точками по стереопаре для МЧС определяется погрешностью 0.5 метра.

Процесс использования беспилотных летательных аппаратов предлагается организовать следующим образом – квадрокоптер, управляемый обученным специалистом непрерывно транслирует изображение о своём месте и состоянии оборудования, облетает, изменяет ракурс обзора, непрерывно, снимает объект с разных ракурсов в соответствующем разрешении. Управляет перемещением квадрокоптера и съёмкой оператор. Изображение записывается в память наземной станции. Далее полученные файлы исследует специалист, возможен повторный осмотр отдельных мест с изменением ракурсов съёмки и её масштаба. В процессе обработки полученной информации специалист выявляет несоответствия оборудования техническим требованиям и приступает к разработке мероприятий по их устранению.

В случае возникновения чрезвычайной ситуации, такой как затопление, применение квадрокоптера даёт возможность контролировать состояние резервуарного парка без угрозы для здоровья людей, и оперативно реагировать на возникающие изменения обстановки.

Таким образом применение квадрокоптера для мониторинга и обследования объектов имеет следующие преимущества:

— минимальные сроки – обследование занимает минуты и десятки минут в особых случаях;

— безопасность – обследование проводится дистанционно, опасности для здоровья людей нет;

— доступность – сбор данных производится с коротких расстояний до нескольких метров, данные передаются по Wi-Fi;

— возможность обследования в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.

Кроме достоинств, внедрение имеет ряд ограничений и недостатков, к ним относятся:

— возможность падения и деформации квадрокоптера на пожаровзрывоопасной территории;

— обязательно наличие разрешения на использование беспилотных летательных аппаратов, согласно действующим законам Российской Федерации.

Выбор типа фотоаппарата будет осуществляться исходя минимального размера объекта съёмки, который необходимо будет зафиксировать на снимке.

На основании этого предполагается использовать квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK SDK (рис. 2) [4], предположительно наиболее подходящий по характеристикам для указанных целей. Это устройство оснащено камерами с высоким разрешением, GPS-навигацией и возможностью точного геопривязки данных.

Рисунок 2. Квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK SDK

Характеристики оборудования:

Фокусное расстояние: 35 мм;

Четкость кадра: 5472×3648 рх;

Разрешение: 20Мп;

Параметры сенсора: 1” CMOS (9,6×12,80 мм);

Тип датчика: камера с micro SD-датчиком;

Максимальная высота подъема: до 6000м;

Для определения требований к разрешающей способности выполнены следующие расчеты:

Погрешность p равна величине разрешающей способности; P - 60% от максимального размера кадра 12,8 мм.

Формула для определения превышения [5, гл. 10]:

                                 (1)

где h – превышение;

H - высота съёмки;

P – перекрытие;

p - разность параллаксов.

После дифференцирования формулы получим:

                                                         (2)

Найдем :

= =0,0023                                                          (3)

0.5×1000 = ()×m_p                                           (4)

Следовательно высота фотографирования:

H= (0.5×1000/0,0023)×((12,8/1000)×0,6)=1669 м                               (5)

Сравнив расчётную высоту с паспортной, получаем 1669<6000 м. Это свидетельствует о том, что квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK SDK подходит для съемки.

Описание технологии и способа обработки данных:

1. Сбор данных:

— Полет квадрокоптера по установленному маршруту для получения высококачественных снимков затопленной территории.

2. Обработка данных:

— Импорт полученных изображений в фотограмметрическое программное обеспечение;

— Создание цифровой модели поверхности и выделение водных объектов.

3. Анализ и оценка:

— Определение высоты подъема воды (путем сравнения DSM с данными о высоте местности);

— Генерация отчетов о затопленных территориях и уровнях воды (карты затоплений с указанием высоты подъема воды, отчеты с описанием обстановки и рекомендациями по предотвращению дальнейших затоплений).

Набор средств, который может быть применен в настоящее время:

1) Квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK SDK для проведения съемки [4];

2) Фотограмметрическое ПО (Pix4D, Agisoft Metashape) для редактирования изображений и создания 3D моделирования;

3) Использование GIS-платформ, таких как QGIS или ArcGIS, для анализа данных и визуализации результатов.

Слабое место набора средств в зависимости от условий погоды, так как сильный дождь, облачность и ветер могут ухудшить качество получаемых данных. Также необходимо вручную обрабатывать и анализировать данные, что требует значительных временных затрат.

Таким образом, анализируя преимущества и недостатки применения квадрокоптера, как части совокупности средств технического контроля, а также набора средств мониторинга состояния объекта, в том числе, при чрезвычайной ситуации можно сделать вывод, что данное внедрение имеет больше преимуществ, чем недостатков.

Список литературы:

1. Савинов В. И. Особенности аварий на химически опасных объектах и транспортировке аварийно химически опасных веществ // Научные проблемы водного транспорта. 2009. №27. — 7 с.
2. Меньшиков В. В., Швыряев А. А. Опасные химические объекты и техногенный риск: учеб. пособие. М.: Изд-во Химия, фак. Моск. ун-та, 2003. —  254 с.
3. Дедов А. Н., Потапова С. О. К вопросу безопасности химически опасных объектов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018. № 9.
4. Квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK SDK. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://www.djimsk.ru/catalog/products/industrial/phantom4/kvadrokopter_dji_phantom_4_rtk_sdk.html?srsltid=AfmBOores4sx_PKzvbxK7IMxuIPg7a9VYc5dDxIYj2rkd6AIxir-RNiF (дата обращения: 02.04.2026).
5. Нестерёнок М. С., Нестерёнок В. Ф., Кухарчик В. А. Геодезия в лесном хозяйстве. — Минск: РИПО, 2015. — 280 с. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://ozlib.com/942832/geografiya/izmereniya_prevysheniy_stereoskopicheskim_aerofotosnimkam (дата обращения: 02.04.2026).