Применение беспилотников для осмотра гнёзд белоплечего орлана

Потапов Е.Р. (Брин Афинский Колледж, Пенсильвания, США)
Утехина И.Г. (ФГБУ «Государственный заповедник «Магаданский»)
МакГради М.Дж. (Природные исследовательские проекты, Шотландия, Великобритания)
Римлингер Д. (Зоопарк Сан-Диего, Сан-Диего, США) 

Резюме

В 2012–2013 гг. мы с успехом применили беспилотный летательный аппарат (БПЛА) для осмотра гнёзд белоплечего орлана (Haliaeetus pelagicus). В этой статье мы приводим технические и практические аспекты применения БПЛА в удаленных незаселенных районах. БПЛА оказался очень полезным для наблюдения гнёзд, внутреннее содержимое которых невозможно наблюдать с земли из-за густой растительности или по другим причинам. Взрослые птицы не реагировали на БПЛА, хотя одна птица была заинтересована аппаратом и пролетела близ него, когда он завис возле гнезда. Это первое в России и, возможно, в мире применение беспилотных аппаратов для изучения гнёзд хищных птиц во время рутинного мониторинга. 

Ключевые слова: хищные птицы, белоплечий орлан, Haliaeetus pelagicus, беспилотный летательный аппарат. 

Поступила в редакцию: 28.12.2013 г. Принята к публикации: 31.12.2013 г. 

Введение 

Традиционный мониторинг белоплечего орлана (Haliaeetus pelagicus) подразумевает наблюдения с возвышенной или достаточно удалённой обзорной точки, с которой можно наблюдать содержимое гнезда, используя телескопы или бинокли, использование мотодельтаплана (Утехина, 1995) или альпинистского снаряжения. Если первый метод наиболее дешёв и даёт надёжные данные, в ряде случаев, когда гнёзда находятся в непролазном густом лесу, его применение не может дать надёжных результатов. В этом случае необходимо или арендовать дельтаплан, или залезать на деревья. Аренда дельтаплана сильно удорожает полевые работы, а залезание на деревья требует использования альпинистского снаряжения. Использование БПЛА является дешёвой альтернативой дельтаплану. Более того, бурное развитие технологии БПЛА делает их применение возможным даже в суровых условиях удалённых районов Дальнего Востока. 

В последние годы технический прогресс дал возможность разработать достаточно стабильную платформу для экологических исследований. Так, использование БПЛА признано очень перспективнымдля изучения пространственных данных (Marris, 2013; Anderson, Gaston, 2013) и, в частности, для высокомасштабного дистанционного зондирования. БПЛА успешно применяются для исследования растительного покрова и оценки местообитаний (Laliberte et al., 2011; Chabot, Bird, 2013), для производства детальных карт (Laliberte, Rango, 2011), включая оценки эрозии (d’Oleire-Oltmanns et al., 2012), а также для мониторинга и подсчёта численности диких животных (Israel, 2011; Platt, 2012). 

В данной статье мы описываем наш опыт в использовании БПЛА при мониторинге белоплечих орланов в Магаданской области. 

Протестированные БПЛА с заметками об их пригодности 

Эксперименты с БПЛА были начаты в 2011 г. работами с радиоуправляемой соосной моделью вертолёта Лама, снабжённой видеорегистратором. Аппарат оказался нестабильным в ветреных условиях, а видеоматериал, снятый видеокамерой, оказался непригодным для практического использования из-за вибраций и смазанности изображения. Размер вертолёта не позволял поднять оборудование для полётов по камере (далее FPV). Кроме того, лопасти вертолёта разлетались на куски при малейшем контакте с ветками, что заканчивалось дорогостоящими ремонтами. 

В 2012 г. для обследования гнёзд мы применили стандартный квадрокоптер с процессором Ардуино (Arducopter от 3DRobotics, USA), работающем на контроллере APM 1.4 (ArduPilot Mega 1.4 с процесором ATmega2560), оборудованным навигатором, сонаром, оборудованием телеметрии XBee 2.4 GHz и системой вывода параметров на экран (minimOSD 1.0 от DIYDrones). Прошивка (2.7.3) открытого кода заливалась в процессор с использованием программы открытого кода Mission Planner 1.1.89 с программой связи Mavelink protocol версии 0.9. ПИД параметры аппарата были настроены в условиях «цивилизации». Так как БПЛА использовался в полевых условиях Дальнего Востока, мы не могли использовать компьютер для заливки последних версий прошивок и новых версий контролирующих программ. Мы также не занимались подстройками ПИД кода в полевых условиях. Задача была в том, чтобы использовать БПЛА в течение всего полевого сезона с заранее подготовленными установками. Аппарат был также оборудован видеокамерой GoPro 2, установленной на карданном подвесе нашей конструкции. Камера была подключена к системе FPV. Квадрокоптер летал на пластиковых пропеллерах размером 10×4,7. 

Рис. 1. Разобранный Ардукоптер (3Drobotics, USA)в ящике для инструментов перед международнымперелетом (А) и складной БПЛА «Путешественник» вящике перед транспортировкой в поле (B).
 

В полевом сезоне 2013 г. мы применили складную версию БПЛА, разработанную на базе квадрокоптера X468 «Путешественник»13 и оборудованную контроллером Naza-M controller и GPS (DJI Innovations, China). Беспилотник летал на бесколлекторных моторах T-motors KV- 900 и пропеллерах из углепластика размером 10×4.7. Аппарат был оборудован видеокамерой GoPro 3 на карданном подвесе и подключённой к системе FPV. 

Перевозка БПЛА наземным и воздушным транспортом 

Оба применённых БПЛА перевозились наземным и воздушным общественным транспортом в разобранном состоянии, при этом все части без труда помещались обычный пластиковый ящик для инструментов (рис. 1А). В случае с БПЛА «Путешественник» этот же ящик использовался для перевозки собранного аппарата в сложенном состоянии (рис. 1B). 

 Рис. 2. Переноска неразборного Ардукоптера в большом чехлек гнезду белоплечегоорлана (Haliaeetus pelagicus) – А и в чехле в моторной лодке – B.

Перевозка БПЛА в полевых условиях 

В полевых условиях БПЛА перевозились от гнезда к гнезду в моторной лодке. Пространство в лодке было ограничено (рис 2А) Существовали также проблемы с зарядкой батарей, так как участки мониторинга были расположены вдали он дорог и электросети. В ряде случаев было возможно заряжать литиевые батареи от бензиновых генераторов накордонах заповедника, но чаще мы заряжали батареи БПЛА от стандартного автомобильного аккумулятора (12 В). Последний заряжался от пластиковой солнечной панели (рис. 3).
 

Рис. 3. Гибкаясолнечная батарея(R28 Powerfilm USA),заряжающая аккумулятор (12 В) в полевых условиях.
 

Ардукоптер (2012) перевозился в специально сконструированном чехле, сделанном из поролона и водонепроницаемой ткани (рис. 2А, В). БПЛА «Путешественник» (2013) перевозился в водонепроницаемом ящике для инструментов длиной около 60 см (Fatmax, Stainley, USA) с «подушкой», выполненной из поролона (рис. 1В). Такой ящик был удобен в полевых условиях, так как его можно было использовать в качестве сидения в лодке или на бивуаке, а также как водонепроницаемой ёмкости для перевозки высокоточной электроники и оптики, которая туда входила помимо сложенного БПЛА.
 

Полёты БПЛА у гнёзд 

При приезде на место наблюдения беспилотник извлекали из ящика, в случае с «Путешественником» (2013) – распрямляли лучи (для этого надо было затянуть 4 болта) и запускали в воздух с транспортировочного ящика, который использовался в качестве стартовой площадки (рис. 4).
 

Рис. 4. Ящик для переноски используется как стартовая площадка для рдукоптера (2012) – А и ящик для инструментов в качестве стартовой площадки для БПЛА «Путешественник» (2013) в лодке посередине речнойпротоки – B.
 

Команда, состоящая как минимум из 2-х человек (наблюдатель и оператор, выполняющий полет по FPV, или наблюдатель, использующий FPV и оператор, визуально управляющий БПЛА), запускала беспилотник с места недалеко от гнезда, с которого можно было поднять аппарат в воздух, не задевая растительность, и поднимали его на высоту гнезда или выше. Надо отметить, что полёты БПЛА через FPV в густом лесу практически невозможны. В большинстве случаев беспилотник управлялся оператором визуально, а наблюдатель наблюдал гнездо через систему FPV и корректировал действия пилота голосом. Когда БПЛА был выведен на удачную точку между ветвей и был в состоянии стабильного зависания, оператор и наблюдатель могли меняться ролями, и оператор мог наблюдать гнездо через систему FPV. Посадка БПЛА в обязательном порядке выполнялась визуально, при этом наиболее целесообразна была посадка аппарата на руку оператору, что позволяло выполнить посадку даже в густых кустах.