Метод локального моніторингу атмосфери за допомогою безпілотних літальних апаратів

Ковальов Олександр Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-4974-5201

Єлізаров Олександр Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-3671-5764

Коханенко Володимир Богданович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0001-5555-5239

Манжура Святослав Анатолійович

Національна академія Національної гвардії України

http://orcid.org/0000-0002-9258-9320

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2021-34-16

Ключові слова: тропосферний моніторинг, безпілотний, літальний апарат, засоби моніторингу, стан атмосфери, визначення координат, точки вимірювання

Анотація

Проведено теоретичне обґрунтування методу організації тропосферного моніторингу за допомогою безпілотних літальних апаратів зі встановленими на їх борту засобами моніторингу стану атмосфери, як допоміжного технічного елементу методу організації моніторингу атмосфери автоматизованими станціями розміщеними на базі мереж базових станцій операторів мобільного зв’язку. Проведений аналіз ліквідації наслідків резонансних аварій, а також конструкцій та характеристик безпілотних літальних апаратів, що використовувались при їх ліквідації. Розглянуті сучасні типи та характеристики вимірювальної апаратури, яка може бути встановлена на борту безпілотних літальних апаратів та використана при прове-денні моніторингу атмосфери. Розроблений алгоритм тропосферного моніторингу, засно-ваний на використанні безпілотних літальних апаратів зі встановленими на їх борту засобами моніторингу стану, для функціонування якого було визначено час, протягом якого слід проводити вимірювання, а також необхідну кількість та координати точок вимірювання концентрацій, при чому розроблений метод отримання даних відрізняється від існуючих рішенням завдання визначення координат точок вимірювання за допомогою генетичних алгоритмів. Також в розробленому методі локального моніторингу атмосфери за допомогою безпілотних літальних апаратів обладнаних засобами моніторингу стану атмосфери було враховано інформаційне запізнювання і визначений інтервалу часу, протягом якого можли-во проводити вимірювання. Отримані результати найбільш цікаві оперативно-рятувальними службам, що планують використання безпілотних літальних апаратів для моніторингу стану атмосфери в умовах надзвичайних ситуацій, що супроводжуються з викидами забруднюючих речовин в атмосферне повітря

Посилання

1. Kovalev, A. A. (2020). Obosnovanie metoda operativnogo kontrolja sostojani-ja atmosfery v uslovijah chrezvychajnyh situacij. Problemi nadzvichajnih situacіj, Harkіv: NUCZU, 31, 48–67.
2. Kovalev, O. O. Sobina, V. O., Sokolov, D. L., Garbuz, S. V., Vasil'єv, S. V., Ko-hanenko, V. B. (2020). Metod organіzacії monіtoringu atmosfernogo povіtrja. Tehnogenno-ekologіchna bezpeka. Harkіv: NUCZU, 9, 94–103.
3. Direktiva 2008/50/ЄS Єvropejs'kogo parlamentu ta radi vіd 21 travnja 2008 roku «Pro jakіst' atmosfernogo povіtrja ta chistіshe povіtrja dlja Єvropi».
4. Using A Drone in Environmental Monitoring: Particulate Matter Measurement Gnawali, Netra. (2018). Retrieved from https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018122022616
5. Atkins, N. Air Pollution Dispersion: Ventilation Factor. Retrieved from http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter18/dispersion_intro.html
6. Yukihisa, S., Yoshimi, U., Miyuki, S., Kotaro O., Tatsuo T. (2018). Evaluation of ecological half-life of dose rate based on airborne radiation monitoring following the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident. Journal of Environmental Radi-oactivity, 192, 417–425.
7. Grjadunov, D. A., Mitrofanov, E. V., Bubnenkov, D. I. (2012). O primenenii kompleksov bespilotnyh letatel'nyh apparatov v sisteme mnogourovnevogo jekologicheskogo monitoringa // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Serija: Estestvennye nauki, 4, 95–99.
8. Tomas, L., Petr, G., Tomas, J., Ludek Z. (2018). Cooperation between an un-manned aerial vehicle and an unmanned ground vehicle in highly accurate localiza-tion of gamma radiation hotspots. International Journal of Advanced Robotic Systems, 15, 1. doi: org/10.1177/1729881417750787
9. Kim, Nam Ho. (2018). Development of atmospheric environment information collection system using drone. Smart Media Journal, 7, 4, 44–51.
10. Environmental Monitoring Using a Drone-Enabled Wireless Sensor Network. Brooke Potter, Gina Valentino, Laura Yates, Thomas Benzing, Ahmad Salman. Pub-lished in: 2019 Systems and Information Engineering Design Symposium (SIEDS) doi: 10.1109/SIEDS.2019.8735615
11. Di, Wu., Ruopu, Li., Feiyang, Z. (2019). A review on drone-based harmful al-gae blooms monitoring. ENVIRONMENTAL MONITORING AND ASSESSMENT.
12. Application of a Telescoping Microextraction Needle Trap Sampling Device on a Drone to Extract Airborne Organic Vapors. (2019). Wen-Hsi Cheng, Tso-Sheng Hsieh, Chun-Mou Chu, Chia-Chin Chiang, Chung-Shin Yuan. AEROSOL AND AIR QUALITY RESEARCH, 19, 7.
13. Drone-Borne Hyperspectral Monitoring of Acid Mine Drainage: An Example from the Sokolov Lignite District. (2018). Robert Jackisch, Sandra Lorenz, Robert Zimmermann, Robert Möckel, Richard Gloaguen. REMOTE SENS, 10(3), 385. doi: 10.3390/rs10030385
14. An Innovative Air Quality Monitoring System based on Drone and IoT Ena-bling Technologies. Leopoldo Angrisani, V. Martire, M. Marvaso, R. Peirce Published in: 2019 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry.
15. Aquatic environment monitoring using a drone based fuorosensor. (2019). Zheng, D., Ying, Li., Jinlei, W., Guangyu, Z., Sune, S. APPLIED PHYSICS B, 125, 108. doi: org/10.1007/s00340-019-7215-y
16. Development of Drone-Mounted Multiple Sensing System with Advanced Mobility for In Situ Atmospheric Measurement: A Case Study Focusing on PM2.5 Lo-cal Distribution. (2021). Hirokazu Madokoro, Osamu Kiguchi, Takeshi Nagayoshi, Takashi Chiba, Makoto Inoue, Shun Chiyonobu, Stephanie Nix, Hanwool Wo and Kazuhito Sato. SENSORS, 21(14), 4881. doi: 10.3390/s21144881
17. Autonomous monitoring, analysis, and countering of air pollution using en-vironmental drones. (2020). Godall Rohi, GodswillOfualagba, O'tegaEjofodomi. HELIYON, 6, 1. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03252
18. Kamaev, V. A., Stepanchenko, I. V. (2014). Dvuhurovnevaja struktura infor-macionnoj sistemy jekologicheskogo monitoringa atmosfernogo vozduha. Ma-tematicheskie metody v tehnike i tehnologijah – MMTT–27: sb. tr. XXVII mezhdunar. nauch. konf. v 12 t., T. 7. Tambovskij gos. tehn. un–t, Saratovskij gos. tehn. un–t im. Gagarina Ju. A. Tambov, 62–65.
19. Unmanned Aerial Systems for Monitoring Trace Tropospheric Gases. (2017). Travis J. Schuyler and Marcelo I. Guzman. ATMOSPHERE, 8(10), 206. doi: 10.3390/atmos8100206
20. Assessing 3-D Spatial Extent of Near-Road Air Pollution around a Signalized Intersection Using Drone Monitoring and WRF-CFD Modeling. (2020). Seung-Hyeop Lee and Kyung-Hwan Kwak. Int. J. Environ. Res. Public Health, 17(18), 6915. doi: 10.3390/ijerph17186915
21. Environmental chemical sensing using small drones: A review. (2020). Javier Burgués, SantiagoMarco. SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, 748.
22. Doronina, Ju. V., Rjabovaja, V. O. (2012). Povyshenie jeffektivnosti sistem jekologicheskogo monitoring. Vostochno-Evropejskij zhurnal peredovyh tehnologij, 4, 6 (58), 41–44.
23. Integration of Terrestrial and Drone-Borne Hyperspectral and Photogram-metric Sensing Methods for Exploration Mapping and Mining Monitoring. (2018). Moritz Kirsch, Sandra Lorenz, Robert Zimmermann, Laura Tusa, Robert Möckel, Phil-ip Hödl, René Booysen, Mahdi Khodadadzadeh and Richard Gloaguen. REMOTE SENS, 10(9), 1366. doi: 10.3390/rs10091366
24. Abhijith, K. V., Gokhale, S. (2015). Passive control potentials of trees and on-street parked cars in reduction of air pollution exposure in urban street canyons. Environmental Pollution, 204, 99–108.
25. Saramud, M. V., Kovalev, I. V., Kovalev, D. I., Voroshilova, A. A., Kuzten-sov, A. S. (2018). Measurement accuracy of real time parameters in environmental monitoring / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 450, 6.
26. Joan-CristianPadró, Francisco-Javier Muñoz, Jordi Planas, Xavier Pons. (2019). Comparison of four UAV georeferencing methods for environmental monitor-ing purposes focusing on the combined use with airborne and satellite remote sensing platforms. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 75, 130–140.
27. Saramud, M. V., Kovalev, I. V., Losev, V. V., Kuznetsov, A. S., Kovalev, D. I., Ognerubov, S. S. (2018). A new approach to multi-version decision-making to im-prove the reliability of environmental monitoring parameters. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 450, 6.