Роль беспилотных летательных аппаратов в промышленности и сельском хозяйстве

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области

«Краснокутский политехнический лицей»

«Роль беспилотных летательных аппаратов в защите окружающей среды и природных ресурсов в Краснокутском районе»

выполнил студент 2 курса: ГазизовТахир

руководитель: Мищенко И. В

2017 г.

Оглавление

 Введение (Экология – это…)……………………………………………….............3

1. Проблемы экологии  в сельском хозяйстве……………………………………..4

2. Природоохранная деятельность человека……………………………………….6

3. Роль дронов в современном мире………………………………………………..7

4. Ожидаемые результаты,  при использовании БПЛА в КФХ «Рассвет» ….....11

 Вывод……………………………………………………………………………….13

Заключение………………………………………………………………………….15

 Список используемой литературы………………………………………………..16

Приложение…………………………………………………………………………17

Введение

История человечества неразрывно связана с историей природы. На современном этапе вопросы традиционного взаимодействия её с человеком, выросли в глобальную экологическую проблему. (приложение 1)

Недаром Председатель Правительства Российской Федерации Д.А. Медведев в своём выступлении сказал: « Решением экологических проблем становится одним из приоритетов развития России…»

Природа – одна из составляющей людского существования, человек, как  главный элемент составных частей жизненного потока, может существовать только во взаимодействии и постоянстве с  природой и окружающей экологией.

Никакая другая отрасль общественного производства не связана так с использованием природных ресурсов, как сельское хозяйство. Сельское хозяйство необходимо рассматривать как огромный, постоянно действующий механизм охраны, культивирования живых природных богатств, и подходить к нему следует еще под одним углом зрения - охраны окружающей среды.

Актуальность проблемы охраны окружающей среды в сельском хозяйстве усиливается в современных условиях в связи с процессами загрязнения природных ресурсов, с их переработкой и образованием токсичных отходов используемых в аграрном производстве, промышленными, строительными и другими несельскохозяйственными предприятиями. Эти загрязнения ведут к снижению плодородия почв и их продуктивности, ухудшению качества вод, атмосферы, наносят ущерб растениеводству и животноводству, что влечет недополучение сельскохозяйственной продукции и ухудшение ее качества. Цель моей работы - поиск решений для минимизации воздействия сельского хозяйства и промышленности на окружающую среду при помощи беспилотных летательных аппаратов, где задачей является воплощение в их жизнь.

2. Проблемы экологии  в сельском хозяйстве

Экологические проблемы сегодня являются одними из наиболее важных и глобальных.

Экология сельского хозяйства состоит в том влиянии, которое на него оказывает деятельность человека, с одной стороны, а с другой — во влиянии сельского хозяйства на природные экологические процессы и на организм человека. Хозяйственная деятельность человека приводит к деградации почв, в результате чего ежегодно с поверхности Земли исчезает до 25 млн. м² пахотного слоя почвы. Данное явление получило название «дезертификации», т. е. процесс превращения пахотных земель в пустыни. Выделяют несколько причин деградации почв.

К ним относят:

1. Эрозию почв, т.е. механическое разрушение почвы под воздействием воды и ветра (эрозия может протекать и в результате воздействия человека при нерациональной организации поливов и применения тяжелой техники).

2. Опустынивание поверхности — резкое изменение водного режима, приводящее к иссушению и большой потере влаги.

3. Токсификация — заражение почв различными веществами, отрицательно воздействующими на почвенные и другие организмы (засоление, накопление пестицидов и т. д.).

4. Прямые потери почв за счет их отвода под городские постройки, дороги, линии электропередач и т. д.

Промышленная деятельность в разных отраслях приводит к загрязнению литосферы, а это в первую очередь относится к почвам. Да и само сельское хозяйство, превратившееся в настоящее время в агропромышленный комплекс, может оказывать отрицательное воздействие на состояние почв.

Деградация почв приводит к потере урожая и к обострению продовольственной проблемы. В результате производственной деятельности человека в атмосферу поступает большое количество оксидов азота, что тоже может служить его источником в почвах. Но несмотря на это почвы обедняются азотом и другими питательными элементами, что требует внесения различных удобрений. Одним из факторов снижения плодородия является использование бессменных культур — многолетнее выращивание одной и той же культуры на одном и том же поле. Это связано с тем, что растения данного вида выносят из почвы только те элементы, которые им необходимы, и естественные процессы не успевают восстановить содержание этих элементов в прежнем количестве. Кроме того, этому растению сопутствуют другие организмы, в том числе и конкурентные, и болезнетворные, что тоже способствует снижению урожайности данной культуры. Нерациональное использование удобрений и средств защиты растений, проведение поливов и мелиорационных работ, нарушение технологии выращивания сельскохозяйственных культурных растений, погоня за прибылью могут привести к получению экологически загрязненной продукции растительного происхождения, что по цепочке будет способствовать снижению качества продукции животноводства.

При сборе урожая образуются отходы растительной продукции (солома, полова и т. д.), которые могут загрязнять природную среду.

Сельское хозяйство (агропромышленный комплекс) широко использует различную технику и оборудование, позволяющее механизировать и автоматизировать труд работников, занятых в данной отрасли. Применение автотранспорта создает те же проблемы экологического характера, что и в сфере транспорта. Предприятия, связанные с переработкой сельскохозяйственной продукции, оказывают на среду обитания такое же влияние, как и предприятия пищевой промышленности. Поэтому при рассмотрении природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе все эти виды влияния необходимо учитывать комплексно. Это позволит уменьшить последствия экологического кризиса и сделать все возможное для выхода из него.

3.  Природоохранная деятельность человека

В основе всей природоохранной деятельности в области сельскохозяйственного производства лежит оптимальный способ хозяйствования, т.е. ведение хозяйственной деятельности так, чтобы природе наносился минимальный ущерб — минимум потерь удобрений и оптимальная технология их использования, возможное сохранение поверхностного слоя почвы и биогенов, минимальное загрязнение водоемов, применение пестицидов в таком количестве и таких технологий, при которых среда обитания оставалась бы практически неизменной и т. д. Важным технологическим приемом в растениеводстве является вспашка земли, которая подготавливает почву к посеву и создает оптимальные условия для прорастания семян. Однако вспашка с использованием тяжелой техники может разрушать тонкую структуру почвы, вызывая образование пыли. Более экологичным является беспахотное земледелие, при котором сорняки уничтожаются гербицидами, а семена высеиваются и развиваются в почве, не подвергающейся обработке плугом или культиватором. (приложение 2)

4.  Роль дронов в современном мире

Современные фермеры сталкиваются с одной из самых серьёзных мировых проблем: как прокормить растущее население Земли, несмотря на изменяющийся климат и уменьшение площади пахотных земель.

И спасителем фермеров (и всего человечества) могут стать именно дроны.(приложение 3)

Сельскохозяйственные дроны — это высокотехнологичные системы, способные выполнять то, что фермер делать не может: сканировать каждый уголок поля для оценки почв, следить за здоровьем урожая, распылять удобрения, собирать все необходимые данные и анализировать их для принятия своевременных решений. Проще говоря, дроны смогут автоматизировать каждый шаг в фермерстве, снижая количество человеческих ошибок и позволяя фермерам быстрее реагировать на возникающие угрозы (такие, как начало засухи или нашествие вредителей), максимизируя таким образом прибыль и ускоряя возврат вложенных средств. Дроны способны преобразовать сельское хозяйство, а с учётом оптимистичных оценок потенциала этого рынка можно быть уверенным, что вскоре инвесторы выстроятся в очередь за компаниями, создающими фермерские беспилотники. (приложение 4)

Цифровые карты позволяют специалистам:

- определять площади используемых пахотных земель и пустующих участков;

- осуществлять текущий контроль за состоянием посевов;

- оценивать всхожесть и степень спелости сельскохозяйственных культур, наблюдать за динамикой их развития;

- прогнозировать урожайность зерновых культур;

- оценивать состояние почвы;

- определять воздействие экологических и техногенных факторов на рост культур и урожайность;

- оценивать состояние посевов после стихийных явлений (пожаров, наводнений и т. п.);

- планировать комплекс агротехнологических работ для достижения планируемого урожая;

- проводить инвентаризацию и картографирование сельскохозяйственных угодий;

- привязывать изображения наиболее аномальных участков и проблемных территорий к их географическим координатам.

Беспилотная авиационная техника переживает настоящий бум. В воздушное пространство различных стран поднимаются беспилотные летательные аппараты самого различного назначения, разнообразных аэродинамических схем и с многообразием тактико-технических характеристик. Успех их применения связан, прежде всего, с бурным развитием микропроцессорной вычислительной техники, систем управления, навигации, передачи информации, искусственного интеллекта. Достижения в этой области дают возможность осуществлять полет в автоматическом режиме от взлета до посадки, решать задачи мониторинга земной (водной) поверхности. В настоящее время беспилотные летательные аппараты широко используются МСЧ России для управления в кризисных ситуациях и получения оперативной информации. Они способны заменить самолеты и вертолеты в ходе выполнения заданий, связанных с риском для жизни их экипажей и с возможной потерей дорогостоящей пилотируемой авиационной техники.

Беспилотный летательный аппарат предназначен для решения следующих задач:

– беспилотный дистанционный мониторинг лесных массивов с целью обнаружения лесных пожаров;

– мониторинг и передача данных по радиоактивному и химическому заражению местности и воздушного пространства в заданном районе;

– инженерная разведка районов наводнений, землетрясений и других стихийных бедствий;

– обнаружение и мониторинг ледовых заторов и разлива рек;

– мониторинг состояния транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, линий электропередач и других объектов;

– экологический мониторинг водных акваторий и береговой линии;

– определение точных координат районов ЧС и пострадавших объектов.

Мониторинг осуществляется днем и ночью, в благоприятных и ограниченных метеоусловиях.

Преимущества охоты на браконьеров с беспилотника:

- Оперативность - обнаружить сети или "черных охотников" с воздуха можно за считанные минуты.

- Незаметность - небольшой беспилотник летит практически бесшумно и может подлететь практически вплотную что позволяет за документировать номера автомобилей и лица нарушителей.

- Большой охват территории - за один полет радиоуправляемый дрон может охватывать до нескольких десятков квадратных километров.(Приложение 5)

- Круглосуточное наблюдение - установка инфракрасной камеры или тепловизора позволяет проводить патрулирование как днем так и ночью.

Дроны и БПЛА могут использоваться как в дневное, так и в ночное время суток. Для выполнения задач в ночное время на аппарат устанавливают тепловизор. (Приложение 6)

Применение тепловизора – это быстро расширяющаяся область с почти не ограниченным потенциалом. Любой объект во вселенной излучает энергию, причём большая часть энергии приходится на невидимое человеческому глазу инфракрасное излучение. Принцип работы тепловизора основан на этом явлении: по интенсивности инфракрасного излучения можно не только разделять объекты разной природы или даже участки однородной на вид поверхности, но и определить многие их скрытые свойства.

(приложение 5)
Преимущества тепловизоров

- Наглядность. На экране тепловизора хорошо видна развернутая цветная картинка распределения тепла по всему объекту. В то время как пирометр способен отобразить только сухие числа.

- Быстрота. Инфракрасный тепловизор за считанные секунды отобразить на экране дисплея полную картину съемки. Работа с пирометром по получению температурных данных крупного объекта займет довольно длительное время.

- Информативность. Полученную информацию тепловизор способен запомнить и сохранить, и пирометр не обладает такой способностью.

- Многофункциональность. Кроме измерения температурных данных объекта, пирометр обладает возможностью самостоятельно находить любое тепловое излучение в ближайшем окружении.

- Дальность действия. Радиус действия пирометра составляет несколько десятков метров, а инфракрасная камера с тепловизором способна обнаружить объект, находящийся на расстоянии тысячи метров.

Тепловизор в сельском хозяйстве.

Обнаружение мест самовозгорания сыпучих материалов на складах. Обнаружение и локализация очагов гниения в когатах. Оценка эффективности орошения сельскохозяйственных полей. Контроль созревания сельскохозяйственных культур.

Тепловизор в противопожарной охране.

Тепловизоры могут интегрироваться в системы охранно-пожарной сигнализации, в том числе для наблюдения за лесными пожарами. Портативные тепловизоры используют бойцы противопожарной службы и других специализированных подразделений для поиска очагов возгорания, ориентирования в задымленных помещениях, поиска пострадавших.

Правильное применение БПЛА может существенно облегчить эти проблемы, а в некоторых случая и вовсе их устранить.

5. Ожидаемые результаты,  при использовании БПЛА в КФХ «Рассвет»

Контроль  за сельскохозяйственными угодьями КФХ «Рассвет» Краснокутского района в настоящее время играет важную роль в мониторинге посевов озимой пшеницы. Так,  дефекты при посеве как проплешины, состояние корневой системы, контроль за равномерной всхожестью, заселенность вредителями и пораженность болезнями растений требуют оперативного контроля. Площадь нашего хозяйства не всегда позволят это сделать оперативно. Большинство оценок, производимых в таких случаях, делаются наземным путем при помощи выезда на поля работников сельского хозяйства. С плоскости невозможно оценить весь масштаб происшествия. Поэтому для ускорения этого процесса я считаю, что в нашем КФХ было бы целесообразно  использовать БПЛА, которые позволят избежать вышеуказанных результатов.

Неоценимую роль в Краснокутском районе играет «Дьяковский» лес, богатый своим разнообразием диких животных и смешанных пород деревьев. Это в свою очередь является причиной контроля леса. Лесной пожар – это неуправляемое (стихийное) горение, распространяющееся по лесной площади. Лесные пожары наносят ущерб лесному фонду и экологии нашего района в целом. Однако российские авиакомпании пока не в состоянии удовлетворить потребности в воздушных судах.  Новейшим направлением в авиационной охране и защите лесов считается беспилотная авиация. Беспилотники позволяют определить площадь и периметр возгорания, места незаконных вырубок и информирование соответствующих органов, оперативное отслеживание и контроль за местами проведения рубок и других хозяйственных мероприятий в лесу в режиме фото- и видеофиксации.

            Также актуальной проблемой является состояние водных ресурсов Краснокутского района, т.к мониторинг водных объектов является частью государственного мониторинга окружающей среды. Несанкционированный лов рыбы в период нереста, обмеление рек и прудов, водостоки с полей служат сигналом для человека в решении этих проблем. Также им на помощь могут прийти беспилотные летательные аппараты.

Вывод

Сельское хозяйство является важной частью экономики любого государства, ведь крепкая экономика государства напрямую зависит от обеспечения своей независимости. Актуальность проблемы контроля сельхозугодий не вызывает сомнений. Фитосанитарный мониторинг, ошибки при посеве, гибель посевов после засухи, заморозков, затопления и других факторов, требуют оперативного контроля. Площади посевных полей не всегда позволяют это сделать оперативно. Оценка, производимая в таких случаях, делаются наземным путем при помощи выезда на поле, что дает невозможности оценить весь масштаб происшествия. Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать БПЛА. Сегодня все чаще российские сельхозпроизводители на собственном опыте убеждаются, что технологии точного земледелия, действительно работают и приносят немалую выгоду.  
Фермер будущего — это не пропахшей ГСМ работник, который лежит под вечно ломающимся трактором, а человек, который  умеет работать с данными и контролировать процессы на своем участке практически из любого места через приложения на смартфоне или прямо на тракторе, на котором он объезжает поля. Сравнивая колонки в таблице на планшете, фермер будет видеть динамику расходов из расчета на один гектар по разным периодам. Он будет понимать насколько сократились расходы в этом году, на сколько увеличилась урожайность. Системы спутникового мониторинга вместе с беспилотниками будут круглосуточно собирать данные с поля, давая фермеру комплексное представление о состоянии посевов. Урожай еще зреет в поле, а фермер уже знает, сколько денег он заработает. Система управления полем уже дает ему прогноз по затратам, доходам, определяет возможную прибыль исходя из прогнозных цен на онлайн-площадках.  Благодаря этому техника не возделывает одни и те же отрезки земли несколько раз и не пропускает важные зоны, что раньше происходили повсеместно. Такой подход позволяет сократить затраты на топливо до 40%, а также более эффективно использовать удобрения, гербициды и пестициды.

Заключение

В интересах каждого человека и общества в целом наши непосредственные потребности должны быть приведены в соответствие с законами природы. Мы должны развивать отдельное сельское хозяйство как организм и понимать его как живую экосистему, образец которой взят из самой природы и которая представляет альтернативу голой интенсификации, специализации и химизации. Если сельское хозяйство ведется подобающим способом, то оно загрязняет окружающую среду не более, чем земля, оставленная в своем естественном состоянии. Только таким образом сельское хозяйство может развиваться в гармонии с природой. В перспективе такой подход будет способствовать постепенному улучшению сельскохозяйственных условий. Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. В связи с этим национальные и региональные организации вырабатывают собственные правила, отражающие условия в их стране или регионе. Ответственная и действенная политика по отношению к  окружающей  среде  будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды,  обоснованные знания о  взаимодействии важных экологических факторов,  если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком.

Список используемой литературы

1. Бродский, А.К. Общая экология / А.К.Бродский. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.
2. Игнатов, В.Г. Экология и экономика природопользования /В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. – Ростов н/Д: Изд. Феникс, 2003
3. Константинов, В.М. Охрана природы /В.М.Константинов. – М.:Изд.Академия
4. Небел, Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир / Б.Небел. – М.: Мир, 1993.
5. Петров А. М. Применение дронов в сельском хозяйстве // Молодой ученый.  2014.
6. Николаев М. Инновационное развитие сельских территорий / М. Николаев // АПК: экономика, управление. - 2010.
7. Яшина М. Л. Развитие сельских территорий: состояние, проблемы и зарубежные подходы / М. Л. Яшина, Е. А. Голубева, С. В. Голубев
8. Накадзава С., Новые способы использования беспилотников / Довыденко Ю. В. // Бизнес-курьер: рекламн. - информ. журн. — 2015.
9. Павлушенко М., Евстафьев Г., Макаренко И. Беспилотные летательные аппараты: история, применение, угроза распространения и перспективы развития//Научные записки ПИР-центра: национальная и глобальная безопасность. — М.: Права человека, 2004.
10.  Съемка с воздуха: беспилотные летательные аппараты [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://xn--80aaficospvye2a0a3d.xn--p1ai/o-nas/slovar-terminov/17-blog-bl...
11.  Drones: всё о дронах и не только [Электронный ресурс]. — Режимдоступа: http://drone.vn.ua.
    
    
    

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6