АДАПТИРОВАННАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ГРУЗОПЕРЕВОЗКАХ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена оценке целесообразности применения беспилотных авиационных систем (БАС) в грузоперевозки в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ). Рассмотрены различные аспекты методологии оценки целесообразности и эффективности аналогичных решений на транспорте, а также проведены исследования оценки влияния БАС на производство транспортных услуг с учетом специфики АЗРФ. Проведен анализ известных методов оценки экономической эффективности на транспорте, предложена уточненная методика оценки использования БАС с учетом уникальных особенностей АЗРФ. Результаты работы могут быть использованы для принятия управленческих решений в транспортной отрасли.

The article is devoted to assessing the feasibility of using unmanned aerial systems (UAS) in cargo transportation in the Arctic zone of the Russian Federation (AZRF). Various aspects of the methodology for assessing the feasibility and effectiveness of similar solutions in transportation are considered, as well as studies of the assessment of the impact of UAS on the production of transportation services, taking into account the specifics of the AZRF. The analysis of the known methods of estimation of economic efficiency on transport is carried out, the refined methodology of estimation of ABC use taking into account the unique features of the AZRF is offered. The results of the work can be used to make managerial decisions in the transportation industry.

Ключевые слова: беспилотные авиационные системы, грузоперевозки, экономическая эффективность, целесообразность, Арктическая зона РФ.

Keywords: unmanned aviation systems, cargo transportation, economic efficiency, feasibility, Arctic zone of the Russian Federation.

Арктическая зона Российской Федерации занимает около 4.8 млн. км² и имеет стратегически важное значение для государства. В данную зону входит четыре региона полностью и пять частично. [1] Несмотря на наличие богатств в виде природных ресурсов, нефти, газа, минералов и биологических ресурсов, освоение арктической зоны осложняется всегда суровыми климатическими условиями, низкой плотностью населения и отсутствием развитой транспортной инфраструктуры. Так, доставка грузов традиционными способами (морской, автомобильный, воздушный транспорт) часто сопряжены с рисками и возможностями (табл.1).

Таблица 1

SWOT анализ доставки грузов в Арктическую зону.

Одним из перспективных направлений развития транспортной системы в АЗРФ является внедрение БАС, которые способны автономно осуществлять доставку разных грузов на значительные расстояния, преодолевая сложности рельефа и погоды северной части России. Однако перед массовым внедрением БАС необходима тщательная оценка.

Целью данной работы является оценка целесообразности использования БАС в грузоперевозках в Арктической зоне РФ. Для решения данной задачи следует учесть широкий спектр факторов, начиная от технических характеристик и заканчивая влиянием внешними факторов. Более того, нужно не только изучить существующие методы оценки целесообразности инновационных технологий, но и адаптировать их к особенностям работы в Арктической зоне. В данном исследовании приведено теоретическое обоснование предлагаемого способа оценки, основанного также на собственных экспериментальных исследованиях. Сформулированы рекомендации по использованию БАС в условиях АЗРФ.

Беспилотное воздушное судно – это «любое воздушное судно, предназначенное для выполнения полетов без пилота на борту. Управление такими воздушными судами может полностью осуществляться дистанционно из другого места или на основе предварительно заложенной программы выполнения его полета без вмешательства оператора». В свою очередь несколько БВС и связанные элементы образуют БАС.  Беспилотные авиационные системы состоят из нескольких ключевых компонентов, включая беспилотный летательный аппарат (БПЛА), наземную станцию управления, системы навигации и связи. БПЛА оборудованы современными сенсорами и камерами, позволяющими осуществлять автономное или полуавтономное выполнение задач.

Одним из главных направлений, где БАС сейчас активно развивается, является сфера логистики. PwC Drone Powered Solutions опубликовал международный отчет о доставке с помощью дронов. Согласно расчетам, бизнес будет отправлять до 808 миллионов бизнес-доставок с помощью БАС по всему миру. Себестоимость доставки к 2034 году может составить 2$. БАС предлагают бизнесу привлекательную альтернативу для выхода на новые рынки, улучшения клиентского сервиса и повышения прибыльности, особенно в тех регионах, где традиционные методы доставки на последней миле связаны с трудностями [2].

В рамках внедрения и применения беспилотных авиационных систем в процесс грузоперевозок появляется такое понятие, как целесообразность. Оно подразумевает оценку некой выгоды и рисков, связанных с использованием беспилотных летательных аппаратов. Целесообразность чаще всего оценивается через совокупность экономических, экологических и социальных факторов. В сфере грузоперевозок в АЗРФ БАС могут открыть новые возможности благодаря своей способности доставлять грузы в удаленные места с минимальными временными и материальными затратами. Использование БАС в этих районах связано с уникальными характеристиками региона, которые устанавливают условия эксплуатации. Арктика известна крайне экстремальными климатическими условиями, которые включают в себя низкие температуры, сильные ветра, снежные бури, полярные ночи и т.д. Более того во многих субъектах Арктической зоны отсутствует транспортная инфраструктура. Эти факторы усложняют эксплуатацию БАС, что крайне негативно сказывается на развитии субъектов, входящих в АЗРФ. Однако при этом все эти трудности делают внедрение БАС в районы Крайнего Севера перспективным направлением для изучения и развития. Благодаря своей мобильности и автономности, дроны способны прибывать туда, куда другой вид транспорта не может. Это крайне важно для развития северных территорий и обеспечения жизнедеятельности.

К основным техническим ограничениям беспилотных авиационных систем относится устойчивость к работе в условиях воздействия экстремально низких температур. Большинство современных моделей нуждаются в доработках для эксплуатации в условиях холодного климата. Тем не менее данная проблема интенсивно решается. Так,например, 16 марта 2023 г. российский беспилотник «Ростех» БАС-200 успешно провел испытательные полёты в условиях Крайнего Севера, осуществив доставку 10 кг почты при крайне низкой температуре в Ямало-Ненецком автономном округе [3].

Внедрение БАС в область грузоперевозок может оказать значительное влияние на экономическое развитие региона, предлагая ряд важных преимуществ. Среди них:

1. Использование БАС значительно снижает потребность в традиционных пилотируемых воздушных судах, что, в свою очередь, уменьшает затраты на техническое обслуживание, фонд оплаты труда и затраты на топливо.

1. В отличие от других видов транспорта БАС могут работать на доступных экологически чистых источниках энергии. В свою очередь, это снижает негативное влияние на особую экосистему северных регионов.
2. БАС обладают большей возможностью для изменения маршрута полета в зависимости от различных внешних факторов. Это позволяет гибко подходить к организации процесса доставки груза.

По результатам оценки влияния использования БАС [4] в данном исследовании приводятся элементы адаптированной оценки целесообразности использования БАС в грузоперевозках АЗРФ, которые в отличие от известных методов оценки включает набор ключевых показателей с учетом специфики непосредственно БАС и специфики территории:

• Единовременные экономические затраты. Относят все, что связано с приобретением БАС, а также его дальнейшего обслуживания и эксплуатации.

1. Эксплуатационные затраты, связанные с БАС.

• Затраты на топливо или электроэнергию для зарядки батарей.

В случае, если БАС работает на топливе, то затраты можно рассчитать по следующей формуле:

 ,                                                                                                   (1)

где F — общее количество потребляемого топлива [л],D — пройденное расстояние [км],E — средний расход топлива на единицу расстояния [л/км]

Если БАС работает на аккумуляторных батареях, тогда вместо расчёта топливных затрат рассчитать энергозатраты:

 ,                                                                                                    (2)

где E- значение общего энергопотребления БАС [ВТ*ч], P- Мощность, необходимая для выполнения полёта [ВТ], T- Время полета [час]

• Затраты на техническое обслуживание. Включают в себя регулярные профилактические и ремонтные работы. Их количество связано напрямую с интенсивностью использования и условием эксплуатации:

 ,                                                                                   (3)

где Rто - годовые расходы на ТО и ремонт [руб.], Rпр - расходы на регулярные ТО [руб.], Rвр - расходы на внеплановый ремонт [руб.], Rз - расходы на плановую замену компонентов [руб.]

• Амортизационные отчисления

,                                                                                                       (4)

где A — годовая сумма амортизации [руб.], P — начальная стоимость оборудования [руб.], T — предполагаемый срок полезного использования БАС [лет].

Прочие затраты

• Профессиональное обучение персонала

 ,                                                                                         (5)

где Tс— общие затраты на обучение [чел/руб.] , H — почасовая оплата преподавателя [руб/час],R — количество часов обучения [час], D — количество участников обучения [чел].

• Разработка и внедрение комплексной системы безопасности
• Создание инфраструктуры необходимой для выполнения полетов

2. Показатели экономической эффективности.

• Чистый приведенный доход

 ,                                                                                      (6)

где NPV- чистый приведенный доход [руб], CFt— денежный поток в период t [руб.],r — ставка дисконтирования [%],n— количество периодов[год].

• Внутренняя норма рентабельности - IRR

                                                                                       (7)

Показывает процентную ставку, при которой NPV равен 0. Внутренняя норма рентабельности помогает определить максимальную допустимую норму прибыли, которую можно получить от инвестпроекта. Если IRR превышает стоимость капитала, то инвестпроект считается выгодным для вложения денежных средств [5].

Традиционные способы инвестиционного анализа в случае БСА учитывают специфические статьи затрат, характерные для данного вида используемого оборудования. Кроме того, методика может быть дополнена с позиции учета риска и плановых целевых показателей грузоперевозок с использованием БАС в АЗРФ.

3. Моделирование сценариев использования БАС

Грамотный комплексный подход к моделированию сценариев использования БАС играет важную роль в обеспечении успешного и эффективного применения в грузоперевозках. Благодаря этому можно предсказать поведение БАС в различных ситуациях, оценить все риски и даже принять важные управленческие решения. К ключевым аспектам моделирования относится следующее:

3. Оптимизация маршрутов

Оптимизация маршрутов беспилотных авиационных систем включает в себя минимизацию энергозатрат, временных затрат и рисков. Задача состоит в поиске оптимального пути, удовлетворяющего заданным ограничениям и максимизирую его производительность. Решение осуществляется посредством теории графов [6], где маршруты моделируются как взвешенный граф, вершины которого соответствуют точкам назначения, а ребра — путям между этими точками.

Предположим, что у нас есть простой линейный маршрут движения с некоторыми промежуточными точками. Пусть r_i- расстояние между точками a и a+1, а с_i- стоимость прохождения участка. Тогда задача оптимизации маршрута сведется к поиску минимального значения следующей функции:

                                                                                            (8)

4. Планирование операций в зависимости от метеорологической обстановки

Погодные условия играют одну из важных ролей в планировании полетов любого летательного аппарата в любой точке земного шара. Погода- это фактор, который не всегда возможно предсказать с абсолютной точностью. Для успешного выполнения полетов БАС в климатических условиях арктической зоны нужно учитывать следующие аспекты:

• Регулярное получение свежих метеорологических данных поможет планировать полеты с учетом текущих и предстоящих погодных условий.
• В случае ухудшения погоды необходимо иметь альтернативные маршруты, чтобы избежать задержек, простоев или даже поломок
• Оборудование всегда должно быть подготовлено к работе в экстремальных климатических условиях с целью недопущения отказов и повреждений

Для решения задачи планирования операции в зависимости от метеорологической обстановки можно построить вероятностную модель погодных условий:

                                                                             (9)

где Е[C]- ожидаемая стоимость полета при учете погодных условий [руб.], p(w) — вероятность возникновения определенного типа погодных условий w [%], C(w) — стоимость полета в условиях w [руб.]

5. Оценка рисков

Это важная составляющая деятельности БАС. При грамотном подходе к оценке рисков можно обеспечить долгое и эффективное функционирование БАС. Предложена математическая модель оценки рисков наступления каких-либо нежелательных событий и их последствий:

                                                                                         (10)

Где-R-риск по видам риска, возникающих при использовании БАС в АЗРФ, pi - вероятность наступления i-го нежелательного события, Li- ущерб от i-го нежелательного события, n- Количество рассматриваемых нежелательных событий.

Проведенные исследования подтверждают высокую перспективность внедрения беспилотных авиационных систем (БАС) для грузоперевозок в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ). Доказано, что адаптированные методики оценки целесообразности применения БАС позволяют значительно повысить точность прогнозирования выгод и рисков. Разработанные расчетные формулы ключевых показателей деятельности БАС служат важным инструментом обоснования инвестиционных решений, стимулируя развитие и освоение данной территории. Освоение АЗРФ имеет стратегическое значение для экономики страны, обладая значительными ресурсами, однако сдерживается неблагоприятными климатическими условиями и слаборазвитой транспортной инфраструктурой. Перспективным способом решения указанных проблем выступает использование БАС, обладающих способностью доставлять грузы в труднодоступные места в экстремальной среде. Это способствует повышению уровня логистики — ключевого показателя развития транспортной системы, обеспечивающего рост объемов перевозок и позитивно влияющего на экономическую активность и конкурентоспособность регионов. Предлагается адаптированная оценка целесообразности БАС с учетом специфики АЗРФ. Основные нововведения заключаются не только в оценке экономической эффективности, но и в учете влияния экстремальных погодных условий на оборудование, разработке и внедрение комплексной безопасности для снижения уровня аварий и инцидентов, оптимизации маршрутов движения в Арктике путем теории графов, управлении рисками путем построения количественной модели оценки рисков, позволяющая оценивать вероятность наступления неблагоприятных ситуаций. Главными достоинствами БАС является снижение операционных расходов, углеродного следа, а также возможности адаптировать маршруты движения в зависимости от влияния различных внешних факторов.  Полученные результаты в работе могут послужить основой для обоснования новых инвестиций в развитие транспорта в АЗРФ, способствуя ее освоению и экономическому росту.

Список литературы:

1. Арктические регионы России: [Электронный ресурс] // Инвестиционный портал Арктической зоны России. — URL:  https://as.arctic-russia.ru/useful/ (Дата обращения 07.03.2025)
2. PricewaterhouseCoopers. Drone deliveries: Taking retail and logistics to new heights [Электронный ресурс]. — URL: https://clck.ru/3Lse3D (Дата обращения 07.03.2025)
3. Международная организация гражданской авиации ICAO. Часто задаваемые вопросы по беспилотным авиационным системам [Электронный ресурс]. — URL: https://clck.ru/3Lse5V (Дата обращения 07.03.2025)
4. Ростелеком. Рынок гражданских беспилотных аппаратов. Объем, динамика и сценарии применения беспилотников в отраслях экономики. 2024. URL: https://clck.ru/3Lse4L (дата обращения: 07.03.2025).
5. Губенко А.В. Экономика воздушного транспорта: Учеб. для вузов. Допущ. УМО [Текст]/ А. В. Губенко, М. Ю. Смуров, Д. С. Черкашин. - СПб.: Питер, 2009. - 288с Количество экземпляров – 342.
6. Корнева, И. П. Применение теории графов в современной логистике / И. П. Корнева // Известия Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота: психолого-педагогические науки. – 2018. – № 4(46). – С. 225-228. – EDN PLSZNR.