Использование беспилотных воздушных судов в рамках проекта «Умный город»: перспективы и новые возможности

Введение

Технология беспилотных воздушных судов (БВС), появившаяся в начале ХХ века, вызвала интерес у военных структур, которые активно занимались финансированием перспективных для военных задач технологий. Однако с течением времени технология БВС стала коммерциализироваться и переходить в общественный сектор в виде доступных технологий. БВС были сложными, дорогостоящими, не оснащались системой глобального позиционирования и не были похожи на современные модели. Однако за последние 30 лет ситуация кардинально изменилась, и потенциал имплементации технологии БВС в различных сферах стал очевиден [4] (Pushkarskiy, Voloshin, Naumov, Akhrameev, 2020). На настоящий момент технология БВС активно внедряется для эффективного решения задач на государственном, муниципальном и корпоративном уровне. Экономические и социальные эффекты от использования БВС способствуют формированию новой структуры рынка труда [6] (Kamolov, 2017) и требуют переосмысления ряда подходов к государственному управлению [9, 20] (Kamolov, 2021; Kamolov, Smagina, 2020).

Реализация ведомственного проекта цифровизации городского хозяйства «Умный город» Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации подразумевает решение комплекса различных задач, призванных повысить качество жизни граждан [12]. Для успешного и оперативного решения данных задач возникает необходимость в использовании передовых технологий [7, 8] (Kamolov, 2019; Kamolov, Korneeva, 2018), одной из которых является БВС.

Цель работы заключается в обосновании экономической целесообразности применения БВС для успешной реализации направлений ведомственного проекта «Умный город». Объектом исследования является технология беспилотных воздушных судов. Предмет исследования – существующие и потенциально возможные способы применения БВС в рамках существующих направлений «Умный город».

Современные исследования в большей степени посвящены описанию как феномена, так и возможных способов применения технологии БВС. Однако исследований, посвященных рассмотрению данной технологии в рамках концепции проекта «Умный город», практически нет, поэтому данный материал представляет собой новое научное высказывание.

В рамках исследования были использованы методы группировки, статистики, экономической аналогии, дедукции и индукции, позволившие авторам систематизировать способы применения технологии БВС по направлениям ведомственного проекта «Умный город». Для выявления необходимых изменений, призванных помочь интеграции инновационной технологии в деятельность силовых структур, был также проведен анализ стандартов и действующего законодательства Российской Федерации.

В концепции ведомственного проекта цифровизации городского хозяйства «Умный город» содержатся 5 направлений умного города: городская среда, безопасный город, цифровое государственное управление, благосостояние людей, инвестиционный климат. В рамках нашего исследования были систематизированы способы применения технологии БВС, благодаря которым будут достигнуты цели трех из данных направлений.

I. Городская среда

Технология БВС позволяет дополнить существующие решения, обеспечивающие комфортную городскую среду. Она может применяться в сфере мониторинга и улучшения дорожно-транспортной ситуации, а также в сфере мониторинга городской среды. Благодаря преимуществам БВС повышается оперативность и точность выполнения ряда работ, в том числе контроль и выявление мест и процессов, требующих изменений. Возможности БВС помогают поддерживать и увеличивать комфорт городской среды.

1. Увеличение доходов от штрафов за счет непрерывного мониторинга платных парковочных мест и оперативного информирования о нарушениях.

Технология БВС позволяет осуществлять мониторинг занятости парковочных мест и выявлять нарушителей парковки [19] (Julian Dasilva, Ricardo Jimenez, Roland Schiller, Sanja Zivanovic Gonzalez, 2017). Важно учитывать, что БВС не заменяют патрульные машины и инспекторов, а дополняют их, позволяя выявлять нарушителей во дворах, зеленых и прибрежных зонах.

БВС осуществляют мониторинг парковочных мест быстрее и чаще по сравнению с машинами и инспекторами, находящимися на службе у Центра организации дорожного движения (ЦОДД).

При выявлении нарушений БВС способны вызвать инспектора ДПС или сотрудника МАДИ для оформления нарушений. Благодаря такому способу применения количество зафиксированных нарушителей увеличится, а следовательно, увеличится и количество выплаченных штрафов.

2. Сокращение издержек за счет использования БВС при проведении съемок улиц для создания электронных карт, фиксации знаков, разметок, светофоров и прочих элементов для построения графа дорог.

Дорожный граф – это сетка дорог, которая состоит из множества фрагментов, состыкованных между собой. Каждый фрагмент несет определенную информацию о своем участке дорожного хозяйства. Эта информация может содержать данные о разметке, дорожных знаках, направлении движения и т.д. В том числе фрагмент содержит информацию о том, как он стыкуется со следующим участком (есть ли поворот, есть ли возможность развернуться или разрешается двигаться только прямо) [10].

Следует учитывать, что дорожный граф не будет всегда одинаковым. С течением времени он может меняться. Для фиксации данных изменений используются либо программные алгоритмы, позволяющие следить за движением, либо автомобили с экипажем. Применение БВС как дополнительной к существующим технологиям позволит повысить эффективность выполнения данной задачи [1], поскольку применение одних автомобилей имеет такое ограничение, как невозможность получения полных данных о дорожной инфраструктуре с земли из-за наличия «слепых» зон. С другой стороны, с воздуха плохо идентифицируются дорожные знаки, находящиеся под кронами деревьев, следовательно, при построении графа дорог целесообразно совмещать существующие технологии и БВС.

3. Улучшение дорожно-транспортной ситуации за счет плановых облетов дорог.

БВС позволят улучшить ситуацию на дорогах благодаря плановым облетам перекрестков и дорожных развязок для получения данных о параметрах трафика (средняя скорость, пропускная способность, транспортная нагрузка в зависимости от времени суток и т.д.) [17] (Eugen Valentin Butilă, Răzvan Gabriel Boboc, 2022).

4. Мониторинг пассажиропотоков и пешеходных потоков.

Мониторинг пассажиропотоков и пешеходных потоков позволяет выявлять нарушения и своевременно сообщать о них в специальные службы [24]. Периодический мониторинг за пассажиропотоком помогает также выявить различные происшествия на открытых пространствах, например, внезапное сильное ухудшение самочувствия прохожего на улице. В таком случае оперативное реагирование может сыграть решающее значение в спасении жизни.

При наличии установленного соответствующего ПО для распознавания лиц БВС могут быть использованы для поиска разыскиваемых людей. Использование технологии БВС как дополнительного инструмента мониторинга и контроля выполняет роль дополнительного фактора сдерживания потенциальных правонарушений, что позволяет снизить уровень преступности.

5. Периодическое обследование высоковольтных линий и вспомогательной инфраструктуры железных дорог (в том числе после природных ЧС).

Для обеспечения работоспособности железных дорог необходимо наличие высоковольтных линий и вспомогательной инфраструктуры. В случае их выхода из строя или повреждения может быть нарушена работа всей транспортной системы. По этой причине важен периодический осмотр железнодорожных путей. Использование БВС поможет в короткие сроки осмотреть большую протяженность железных дорог для выявления эрозии почв, угрожающих телу насыпи железнодорожного полотна (подмытые участки, оползень); выявить угрожающие железнодорожным путям деревья; оценить зарастания полосы отвода древесно-кустарниковой растительностью; проведение съемки с БВС для оценки последствий ЧС позволяет получить достоверные исходные данные для более эффективного решения проблем [26].

6. Мониторинг состояния стен, фасадов, крыш зданий.

Состояние стен, фасадов и крыш зданий – важная составляющая облика города. Необходимо периодически проводить осмотр внешнего вида строений, чтобы не допустить образования и усугубления дефектов. Использование БВС для данных целей обусловлено, во-первых, снижением риска получения травм рабочими, поскольку обследование будет осуществляться не человеком. Во-вторых, обследование зданий будет проходить заметно быстрее и с более частой периодичностью, что позволит оперативнее выявлять дефекты [24]. Данный сценарий использования способен положительно отразиться на жизни граждан, поскольку своевременное обнаружение и исправление проблемных мест снижает риск перехода объекта в аварийное состояние.

Использование БВС по данному направлению также обеспечивает такой социальный эффект, как снижение рисков травм и гибели людей при обследовании стен, фасадов, крыш и подвалов (предусматривается мониторинг внешнего состояния подвального помещения, входной группы, заглубленных и подземных сооружений) жилых зданий. Благодаря имплементации технологии БВС для проведения данных видов работ количество несчастных случаев и травм рабочих сократится.

7. Оперативное выявление загрязнений и зарастаний природного каркаса города за счет использования БВС, в том числе в автоматическом режиме.

БВС могут быть использованы для осмотра городских клумб, цветников, миксбордеров, парков и аллей на предмет их состояния. Возможно также наблюдение за равномерностью посева растений, за загрязнением или зарастанием объектов. Благодаря использованию БВС появится возможность систематично обследовать необходимые участки и своевременно уведомлять уполномоченные службы о необходимости проведения соответствующих работ [22]. Положительным социальным эффектом в данном случае является повышение качества жизни горожан.

II. Безопасный город

С появлением технологии БВС специальные службы во многих странах мира стремятся использовать ее в своих целях. БВС являются незаменимыми помощниками подразделений полиции и МЧС в поисково-спасательных работах, выявлении очагов лесных пожаров, наблюдении за паводком и т.д. Благодаря возможностям БВС возникает широкий спектр их применения, позволяющий получить ряд положительных социальных эффектов. Именно от успешного применения данной технологии зачастую зависит сохранность жизней и здоровья людей.

Имеющиеся технические характеристики БВС способствуют упрощению процесса обследования инфраструктуры и позволяют следить за исправностью объектов инфраструктуры, параллельно выявляя дефекты, что вносит значительный вклад в поддержание объектов инфраструктуры в надлежащем состоянии.

Экологическая обстановка напрямую влияет на здоровье граждан, поэтому ее улучшение или поддержание является одной из основных социальных задач города. БВС позволяет усилить экологический контроль и способствует сохранности окружающей среды.

Применение БВС позволит уменьшить финансовые затраты за счет сокращения оборудования, необходимого для обследования дорог и обеспечения безопасности на них. С точки зрения социальных эффектов, технология БВС может работать как инструмент сдерживания для нарушителей ПДД, так и инструмент, позволяющий улучшать дорожно-транспортную ситуацию. Использование БВС также уменьшает количество летальных исходов вследствие ДТП.

1. Уменьшение количества летальных исходов вследствие ДТП за счет оперативного реагирования при необходимости дополнительных ресурсов для спасения жизни.

При вызове и сообщении о случившемся ДТП целесообразно использовать БВС для оценки серьезности аварии [13] (Satybaldinov, 2015), поскольку быстрая оценка серьезности ДТП с помощью БВС и быстрая передача полученной информации позволяет оперативно вызвать на место происшествия необходимое количество и состав специальных служб, что позволит снизить количество летальных исходов на дорогах.

2. Уменьшение количества ДТП за счет увеличения количества средств контроля.

Применение БВС для контроля соблюдения правил дорожного движения водителями позволяет снизить количество дорожно-транспортных происшествий и нарушений ПДД на дорогах. БВС уже активно применяется Госавтоинспекцией и Росгвардией для обеспечения безопасности дорожного движения. Установка на потенциально опасных участках дороги информационных щитов, предупреждающих об использовании БВС для фиксации нарушений, позволила снизить количество ДТП на выбранных участках до нуля, что подтверждает достижение положительного социального эффекта [2].

3. Оценка серьезности ДТП и вызов на место происшествия оптимального количества спецслужб.

При возникновении ДТП на место происшествия вызываются специальные службы, однако не всегда есть возможность оценить необходимость присутствия определенных специальных служб на месте происшествия. Для таких случаев рационально использование БВС, поскольку предварительная удаленная оценка серьезности ДТП и передача полученной информации [13] (Satybaldinov, 2015) позволяют вызвать на место необходимое количество и состав специальных служб, что поможет более эффективно распоряжаться ресурсами и спасать жизни граждан.

Оснащение экипажей ДПС БВС также позволит повысить достоверность схем аварии для последующего разбора происшествия. Полеты можно выполнять по правилам визуальных полетов.

4. Выявление деформации дорожного покрытия, дефектов полотна.

Для безопасного движения автотранспорта в городской среде необходимо поддерживать дорожное покрытие в надлежащем состоянии. Использование БВС поможет осматривать большую площадь дорожного полотна и в случае деформации или дефектов сообщать дорожным службам о необходимости исправления [11] (Sereda, 2018). Своевременное реагирование на данные сообщения позволит оперативнее устранять проблемные места и не допускать аварий и заторов на дорогах.

5. Контроль территорий на предмет правонарушений, связанных с нанесением вреда окружающей среде (несанкционированные свалки, незаконные постройки, незаконная вырубка лесов, разведение костров в неположенных местах, ведение строительных работ без соответствующего разрешения и т.д.).

Несанкционированные свалки, незаконные постройки, незаконная вырубка леса, незаконное ведение строительных работ и разведение костров в неположенных местах негативно отражается на экологической обстановке.

В городской среде БВС целесообразно использовать по требованию соответствующих органов, однако в области охраны лесов использование БВС считается по-настоящему инновационным способом мониторинга леса, а также драйвером цифровизации лесной отрасли [21]. Космомониторинга леса, который ведется в России, уже недостаточно. Низкое разрешение съемки и редкие полеты спутников над территорией являются недостатками такого способа наблюдения.

Технология БВС предоставляет возможность более эффективно противодействовать и предотвращать нарушения, связанные с нанесением вреда окружающей среде. Для данного сценария использования могут проводиться как плановые проверки, так и проверки на основании жалоб граждан. На данный момент БВС уже используются в лесоохране, и последние отчеты подтверждают эффективность данной технологии в осуществлении охраны природных ресурсов [14].

6. Контроль за загрязнением окружающей среды и поиск источников загрязнения с помощью БВС.

Поддержание высокого уровня экологической безопасности невозможно без контроля за водными и воздушными загрязнениями. Иногда определить источник загрязнения бывает проблематично, поскольку различного вида отходы или химические вещества имеют свойство быстро распространяться на обширные площади, что, безусловно, влияет на экологическую ситуацию. В данном сценарии использование БВС поможет оперативно отследить, откуда исходит загрязнение, а также будет способствовать быстрому устранению источника загрязнения [23].

Использование БВС для своевременного выявления нарушений, связанных с загрязнением окружающей среды и поиском источников загрязнений, позволит сократить ущерб, наносимый природе, и улучшить экологическую обстановку в регионе, что положительно скажется на здоровье граждан в долгосрочной перспективе.

7. Снижение рисков аварий за счет мониторинга нефтегазовых объектов.

При помощи БВС может осуществляться инвентаризация, проверка и контроль нефтегазовых объектов. Попутно можно выявлять проблемные области, например аварийное состояние отдельных инфраструктурных объектов, особенно в случаях, когда проверка реализуется на отдаленных или технически сложных объектах [5] (Ayroyan, Korkishko, Sukharev, 2016). Таким образом, обеспечивается возможность более точного планирования ремонтных работ.

Применение технологии БВС поможет контролировать утечки нефти, нефтепродуктов или газа и выявлять опасную эрозию почв на трубопроводах, позволит сократить или свести к нулю вероятные ущербы от возможных аварий.

8. Разведка, обследование объектов, в том числе незаметное, наружное наблюдение.

БВС отлично подходит для разведки и обследования объектов с целью обнаружения и поимки преступника [1]. Основное преимущество технологии БВС заключается в малом количестве ресурсов, необходимых для запуска, а также низком уровне шума, позволяющем вести незаметное наблюдение.

Оператор может управлять БВС через пульт и задавать полетное задание в автоматическом режиме. На экране пульта дистанционного управления БВС он видит информацию с тепловой камеры и камеры оптического диапазона. Камера теплового диапазона дает возможность осуществлять наблюдение за людьми, автомобилями и другими объектами в темное время суток. Полет БВС, взлет и посадка могут осуществляться в автоматическом режиме, а работа оператора сводится к направлению камеры на объект. При обнаружении необходимого объекта БВС может следить за ним до прибытия сотрудников полиции или других служб.

9. Преследование нарушителей правопорядка и лиц, совершивших преступления.

Благодаря наличию функции слежения за объектом по требованию правоохранительных органов БВС фокусируется на заданном объекте и передает картинку совместно с местоположением до тех пор, пока нарушитель не будет задержан [15]. Данный способ применения поможет в поимке нарушителей правопорядка и лиц, совершивших преступления.

При преследовании и задержании нарушителя важно также минимизировать риск ущерба для граждан и при этом обеспечить безопасность для сотрудников правоохранительных органов.

Аэрофотосъемка с БВС способна помочь определить местоположение подозреваемого или преступника. Во время слежения БВС собирает необходимые данные, такие как, например, присутствие гражданских лиц в конкретном районе, точное местоположение нарушителя или преступника, наличие у него оружия. Таким образом, применение БВС способствует обеспечению безопасности в городе.

10. Поиск потерпевших в ЧС, поиск пропавших людей.

Поиск потерпевших в ЧС и пропавших людей – одна из главных задач МЧС, и использование технологии БВС в данном случае является эффективным решением. За короткий промежуток времени БВС, применяя видео- и тепловизионный мониторинг, способно осмотреть большую площадь в любое время суток и в случае необходимости максимально приблизиться к нужному объекту [18] (Harvard, Hyvönen, Wadbring, 2020). Для поиска потерпевших в природных условиях или условиях, возникших при ЧС, технология БВС считается наиболее перспективной. За счет применения технологии БВС спасательные службы смогут быстрее разыскивать пропавших людей, в том числе в труднодоступных местах.

11. Разведка очагов пожаров.

БВС могут использоваться в работах, проводимых в целях сбора информации о пожаре для оценки обстановки и принятия решений по организации и осуществлению действий по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ [16]. Применение БВС также целесообразно в особо опасных для человека условиях, отличающихся повышенной радиоактивной и химической угрозой.

БВС оперативно предоставляет информацию о виде пожара, участках, охваченных пожаром, скорости огня, возможных направлениях его распространения. Это позволяет эффективно и рационально направлять в наиболее опасные места возгорания технические средства, пожарную технику и боевой расчет.

За счет применения БВС в деятельности пожарных служб повышается выживаемость работников, поскольку БВС позволяют проводить разведку очагов пожаров и увеличивает скорость их выявления. Для этого используются такие способы разведки, как видео- и тепловизионный мониторинг, обеспечивающие осмотр элементов на большой высоте и в труднодоступных местах в любое время суток. Работникам пожарной службы не требуется выполнять задачу по разведыванию очагов пожаров лично и тем самым подвергать себя опасности.

12. Охрана и надзор за заключенными.

Для предотвращения побегов из мест заключения контроль территории производится путем видео- и тепловизионного наблюдения. Использование для данных целей БВС является обоснованным, так как БВС может работать в любое время суток, при различных погодных условиях, вести видео- и тепловизионный мониторинг большой площади и, в отличие от стационарных камер, не имеет слепых зон благодаря способности к передвижению [24].

13. Мониторинг водной поверхности.

Мониторинг водной поверхности – важнейшая задача Московской городской поисково-спасательной службы (МГПСС) на водных объектах. Благодаря БВС можно следить за безопасностью граждан на воде и прилегающих к ней зонах отдыха. С помощью установленной на БВС камере сотрудники МГПСС способны оперативно выявлять граждан, нуждающихся в помощи. Более того, в случае установки динамика БВС способны оповещать граждан о запрете заходить в воду ввиду, например, погодных условий. БВС также могут быть использованы для оповещения людей о необходимости вернуться к берегу [3].

14. Охрана объектов.

Благодаря технологии БВС охрана объектов выходит на новый уровень. Охрана необходима во многих сферах: начиная от сферы строительства, заканчивая сферой производства. Важным преимуществом БВС над традиционными способами охраны является в первую очередь возможность быстрого перемещения. БВС может оперативно осматривать большую площадь на предмет незаконного проникновения, порчи или хищения имущества. При этом появляется возможность покрывать все слепые зоны, тем самым не давая нарушителю скрыться от наблюдения. Способность к перемещению также позволяет следовать за нарушителем и передавать информацию о своем местоположении до момента прибытия специальных служб. Другим важным преимуществом БВС выступает тепловизионная съемка, поскольку благодаря ей БВС способно осуществлять охрану объектов даже в ночное время [1].

15. Обследование инженерных сооружений (мосты, дорожное хозяйство, здания) и линий электропередач

Обследование инженерных сооружений и линий электропередач позволяет контролировать их состояние и, в случае выявления неисправностей или дефектов, направлять информацию в специальные службы, призванные решить проблему и обеспечить работоспособность инженерных сооружений. БВС способны заменить технику, традиционно использующуюся в данной сфере [25] (Siyuan Chen, Debra F Laefer, Eleni Mangina, Iman Zolanvari, Jonathan Byrne, 2019), тем самым помочь снизить риски травм и несчастных случаев за счет дистанционного обследования.

16. Увеличение безопасности на массовых мероприятиях за счет использования БВС.

Во время проведения массовых мероприятий БВС эффективно выполняют задачи по обеспечению безопасности. За счет высокого разрешения камеры, возможности приближения и слежения за объектами БВС позволяет контролировать соблюдение порядка во время проведения массового мероприятия [19] (Julian Dasilva, Ricardo Jimenez, Roland Schiller, Sanja Zivanovic Gonzalez, 2017). Такой способ применения повышает безопасность, что, в свою очередь, приносит положительный социальный эффект.

Заключение

Применение технологии БВС для поддержания инфраструктуры, контроля дорог и выполнения других задач позволяет достичь значительных эффектов в рамках реализации проекта «Умный город».

Для оценки вклада новой технологии и возможных способов применения технологии БВС органами местного самоуправления и организациями были проанализированы научные статьи, отчеты консалтинговых компаний, отчеты правительств иностранных государств, где технологии БВС активно применяются; были также проанализированы нормативные правовые акты Российской Федерации. Исходя из результатов проведенного исследования, применение технологии БВС является обоснованным и приносит существенные финансовые и нефинансовые выгоды.

Интеграция технологии БВС приводит к существенному снижению издержек в таких сферах, как обследование объектов инфраструктуры, сфера развлечений и т.д. Использование БВС позволяет не только сократить объем используемых ресурсов, но и оптимизировать процесс их перераспределения без понижения качества выполняемых работ. Применение БВС приводит к возникновению как краткосрочных, так и долгосрочных выгод. Такие возможности, как тепловизионный осмотр и мониторинг объектов, позволяют своевременно выявлять дефекты и неисправности, обеспечивая, таким образом, недопущение возникновения серьезных расходов из-за возможной аварии в будущем.

Применение технологии БВС также приводит к появлению положительных социальных эффектов. БВС позволяют поддерживать безопасность на дорогах города, в парках и на водных объектах и оказывать содействие в спасении людей в чрезвычайных ситуациях, а также в поиске пропавших граждан. Своевременное обнаружение дефектов зданий, неисправности объектов инфраструктуры, зарастаний и загрязнений объектов с помощью БВС также способствует снижению рисков, связанных с нанесением вреда жизни и здоровью граждан.

Исследование продемонстрировало, что технология БВС поможет дополнить большое количество решений проекта «Умный город», при этом выполняя его основные принципы: формирование устойчивой и безопасной городской среды; интегрированность, взаимодействие и открытость; акцент на экономической эффективности; главенство долгосрочных решений над краткосрочными и применение наилучших доступных технологий.