Результат интеллектуальной деятельности: Способ отвода лесосек

Изобретение относится к области лесного хозяйства и может быть использовано для отведения лесосек при заготовке древесины.

Известен способ отвода лесосек, при котором съемка границ и привязка лесосек производится с помощью геодезических инструментов, обеспечивающих требуемую точность измерения линий, измерения углов и эксплуатационной площади с погрешностями, не превышающими указанных в п. 22, 23 Приказа Минприроды России от 13.09.2016 N 474 [1.

Приказ Минприроды России от 13.09.2016 N 474 (ред. от 11.01.2017) "Об утверждении Правил заготовки древесины и особенностей заготовки древесины в лесничествах, лесопарках, указанных в статье 23 Лесного кодекса Российской Федерации"].

Недостаток такого способа характеризуется значительной трудоемкостью. При этом контроль качества привязки к карте местности зависит от квалификации специалистов и возможности выполнения работ на местности. Кроме того, точность определения координат лесосек зависит от масштаба карт и их соответствия фактическому рельефу местности.

Известен способ отвода и таксации лесосек, оценки границ лесных площадей с использованием приемника спутниковой навигационной системы (СНС) – (GPS/ГЛОНАСС) на базе FORMAP 4.0 [Система спутниковой навигации для отвода и таксации лесосек, оценки границ лесных площадей с использованием средств спутникового позиционирования (GPS, ГЛОНАСС) на базе FORMAP 4.0 (версия сентябрь 2011 г.)// GPS ГЛОНАСС в лесном хозяйстве – отвод лесосек по данным GPS съемки. URL:/ GPS.html], включающий определение координат границ лесосек с уточнением их до приемлемых значений благодаря обязательному наличию сотовой (GSM – GPRS) связи. Этот недостаток делает невозможным его применение в лесных насаждениях, находящихся вне зоны покрытия операторами сотовой связи.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ отвода лесосек, основанный на использовании современных электронных технических средств, состоящих из приемника СНС и системы радиочастотной идентификации (RFID системы) [А.С. Васильев, В.М. Лукашевич, И.Р. Шегельман, Ю.В. Суханов. Новый способ отвода лесосек.// Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск. 2015.].

При этом способе вместо деревянного деляночного столба на углу делянки (опорной точки – визира лесосеки) помещается в землю капсула, содержащая радиометку с подробной информацией об отводимой делянке. Ее местонахождение фиксируется координатами от приемника СНС. Линии границ в указанных выше способах отвода лесосек фиксируются штатно с использованием магнитного компаса (буссоли) и других геодезических инструментов или, по рекомендации способа-прототипа, с применением капсул с радиометками, при их наличии.

Недостатками указанных способов отвода лесосек с применением СНС являются пониженные объективность измерений, надежность и точность определения заданных координат опорных точек из-за недостаточной помехоустойчивости работы приемника СНС в условиях радиопомех и в таежных условиях вблизи поверхности Земли, особенно при значительной плотности хвойных и лиственных насаждений, при наличии отражающих предметов и поверхностей, какими являются в лесу хвоя, листва, стволы деревьев, кустарники, пересеченная и гористая местность и пр.

Задача предлагаемого изобретения – повышение точности определения координат опорных точек.

Техническое решение предлагаемого способа отвода лесосек заключается в использовании приемника СНС, устанавливаемого на беспилотный летательный аппарат (БПЛА). При полете БПЛА с приемником СНС над лесом при отсутствии радиопомех отражающих поверхностей и предметов вблизи приемника СНС, влияющих на его работу, создаются благоприятные условия для повышения точности и объективности определения координат местоположения БПЛА.

Приемник СНС устанавливается на беспилотный летательный аппарат (БПЛА) в составе навигационно-пилотажной системы (НПС), содержащей также: вычислительное устройство (ВУ), приемник команд (ПК), блок переключения каналов (БПК), блок исполнения команд (БИК), блок сброса маяка (БСМ), радиомаяк-вымпел (РМ), датчик авиагоризонта (ДАГ), наземный пульт управления (НПУ) оператора. Технический результат – обеспечение объективности измерений, повышение точности определения координат опорных точек – визиров лесосеки при работе приемника СНС на БПЛА над лесом в отсутствии помех, одновременно снижается трудоемкость работ по отводу границ лесосек.

Данный технический результат достигается в использовании приемника спутниковой навигационной системы (СНС) для определения координат опорных точек – визоров лесосек и привязки их к местности, магнитного компаса (буссоли), деляночных столбов и капсул с радиометками для обозначения границ лесосек, БПЛА с навигационно-пилотажной системой (НПС), содержащей приемник СНС, жидкостной датчик авиагоризонта (ДАГ) для определения отклонения БПЛА от горизонта по углам крена и тангажа, вычислительное устройство (ВУ), определяющее отклонение текущих координат БПЛА от заданных координат очередной опорной точки лесосеки и выдачу отклонения, блок переключения каналов (БПК), блок исполнения команд (БИК), блок сброса радиомаяка-вымпела (БСМ), радиомаяк-вымпел (РМ), систему приема-передачи радиосвязи от наземного пульта управления (НПУ) оператора к приемнику команд (ПК) и обратно, причем выход приемника СНС подключен к первому входу ВУ, к другому входу ВУ подключен первый выход ПК, выход ВУ подключен к первому входу БПК и к первому входу ПК, второй выход ПК подключен ко второму входу БПК, третий выход ПК подключен к третьему отдельному входу БПК и к входу БСМ, выход БСМ подключен к РМ, выход БПК подключен к входу БИК, выход ДАГ подключен к первому входу БПЛА, ко второму входу БПЛА подключен выход БИК; НПУ и ПК соединены между собой двухсторонней радиосвязью.

На фиг.1 представлена структурная блок-схема цифровой навигационно-пилотажной системы с приемником СНС, устанавливаемым на БПЛА для определения местоположения заданных координат опорных точек лесосеки.

Навигационно-пилотажная система (НПС) содержит жидкостной датчик авиагоризонта (ДАГ) 1, беспилотный летательный аппарат (БПЛА) 2, блок исполнения команд (БИК) 3, приемник спутниковой навигационной системы (СНС) 4, вычислительное устройство (ВУ) 5, блок переключения каналов (БПК) 6, наземный пульт управления (НПУ) оператора 7, приемник команд (ПК) 8, блок сброса радиомаяка-вымпела (БСМ) 9, радиомаяк-вымпел (РМ) 10.

Выход приемника СНС 4 подключен к первому входу ВУ 5, ко второму входу ВУ 5 подключен первый выход ПК 8, выход ВУ 5 подключен к первому входу БПК 6 и к первому входу ПК 8, второй выход ПК 8 подключен ко второму входу БПК 6, третий выход ПК 8 подключен к третьему отдельному входу БПК 6, и к входу БСМ 9, выход БСМ 9 подключен к РМ 10, выход БПК 6 подключен к входу БИК 3, выход ДАГ 1 подключен к первому входу БПЛА 2, ко второму входу БПЛА 2 подключен выход БИК 3; НПУ 7 и ПК 8 соединены между собой двухсторонней радиосвязью.

На фиг.2 приведен эскиз карты местности с обозначением разметки лесосеки с помощью использования БПЛА с установленным на нем приемником СНС в составе НПС.

Условные обозначения:

N, E, S, W – стороны света: север, восток, юг, запад;

λ, φ, h – географические координаты: долгота, широта, высота;

БПЛА – беспилотный летательный аппарат (λ_ЛА, φ_ЛА, h_ЛА);

ТПЗ – топографический знак (λ_ТПЗ, φ_ТПЗ, h_ТПЗ);

О – оператор; наземный пульт управления – НПУ БПЛА(λ₀, φ₀, h₀);

1- λ₁, φ₁, h₁; 2- λ₂, φ₂, h₂; 3- λ₃, φ₃, h₃; 4- λ₄, φ₄, h₄ – координаты опорных точек лесосеки;

Ψ_МК1, Ψ_МК2, Ψ_МК3, Ψ_МК4 – азимуты на опорные точки;

D₀₁,D₁₂,D₂₃,D₃₄,D₁₄ – расстояние между опорными точками;

L_ЛА1 – дальность от оператора до БПЛА;

h_ЛА – высота БПЛА над опорной точкой;

- лес.

Данный способ отвода лесосек по определению опорных точек на местности осуществляется следующим образом. Оператор с помощью пульта НПУ 7 по каналу системы радиосвязи с ПК 8 передает с первого выхода ПК 8 на второй вход ВУ 5 заданные координаты очередной опорной точки лесосеки - λ₃, φ₃, h₃. В полете над лесом с выхода жидкостного датчика авиагоризонта ДАГ 1 на первый вход БПЛА 2 поступают директорные сигналы отклонения вертикали БПЛА 2 от авиагоризонта – по углам крена - Δγ и тангажа – Δυ, по которым БПЛА 2 стабилизируется в полете по вертикали; с выхода приемника СНС 4 на первый вход ВУ 5 поступают величины значений текущих координат, определяемых приемником СНС 4 – λ_т, φ_т, h_т; в ВУ 5 происходит их сравнение с заданными координатами - λ₃, φ₃, h₃ с выдачей директивных сигналов отклонения - Δλ, Δφ, Δh, которые поступают с выхода ВУ 5 на первый вход блока БПК 6 и на первый вход блока ПК 8, далее транзитом с ПК 8 по каналу радиосвязи директивные сигналы отклонений - Δλ, Δφ, Δh поступают на НПУ 7 оператора. После чего эти директивные сигналы отклонений - Δλ, Δφ, Δh поступают с НПУ 7 оператора по каналу радиосвязи на блок ПК 8 и далее со второго выхода ПК 8 поступают на второй вход БПК 6; параллельно по каналу радиосвязи с выхода НПУ 7 оператора на блок ПК 8 и далее с третьего отдельного выхода ПК 8 на третий вход блока БПК 6 подается разовая команда оператора - А/Р (автоматическое или ручное от оператора) управление блоком БПК 6, после чего сигналы отклонений - Δλ, Δφ, Δh с выхода БПК 6 поступают на вход БИК 3, с выхода БИК 3 на второй вход БПЛА 2 подается директорный сигнал управления БПЛА 2, который приводит в действие систему управления полетом БПЛА 2 до тех пор, пока не будут обнулены директивные сигналы отклонения текущих координат от заданных значений. Обнуление директивных сигналов означает, что БПЛА 2 находится над очередной заданной опорной точкой лесосеки. После чего оператором с НПУ 7 по каналу радиосвязи выдается на блок ПК 8 разовый командный сигнал – «Сброс» радиомаяка-вымпела, который с третьего выхода ПК 8 поступает на вход БСМ 9 и далее с выхода БСМ 9 выдает команду в РМ 10 на сброс радиомаяка-вымпела. Место падения радиомаяка-вымпела фиксируется как очередная опорная точка-визир лесосеки с заданными координатами.

Направление линии границы лесосеки на следующую опорную точку определяется по географическому курсу (азимуту) с помощью магнитного компаса или буссоли с учетом магнитного склонения в данной местности по штатной методике или с учетом использования радиометок по линии границы лесосеки. Место очередной опорной точки фиксируется на местности аналогично предыдущей и т.д.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить решение задачи повышения объективности измерений и точности определения координат опорных точек.