КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-29-00750

НазваниеИсследование аспектов орнитологической безопасности аэропортов и разработка научно-методических основ построения оптико-акустического аппаратно-программного комплекса отпугивания птиц.

РуководительКрасненко Николай Петрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук, Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-608 - Инженерно-технические и информационные автоматизированные системы мониторинга биоресурсов, биосферы и технических систем

Ключевые словаАэропорт, птицы, орнитологическая безопасность, акустика, оптика, видеонаблюдение, мощный звук, обнаружение, идентификация, управление.

Код ГРНТИ81.00.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Во всем мире существует проблема орнитологической безопасности в аэропортах при взлете и посадке самолетов. Во всех больших аэропортах существуют орнитологические службы, применяющие различные методы отпугивания птиц, в частности, и в Томском аэропорту, где в 2016-2017 гг. случилось три авиапроисшествия и судебные иски авиакомпаний, связанные с попаданием птиц в двигатели самолетов, к счастью без человеческих жертв. Требования к аэропортам по орнитологическому обеспечению безопасности полетов прописаны в Авиационных правилах сертификации аэродромов (ФАП-АП-139 от 05.07.1994 г.). Как показывает статистика летных происшествий, используемые средства отпугивания птиц как в Томске, так в стране и в мире не слишком эффективны. Ежегодно увеличивается количество столкновений самолётов с птицами. Так, согласно официальным данным Министерства транспорта Российской федерации и Федерального агентства воздушного транспорта (информация по безопасности полётов от 12.04.2018, https://www.favt.ru/dejatelnost-bezopasnost-poletov-amripp-obnovleniya/), количество инцидентов, связанных со столкновением воздушных судов с птицами в 2017 году превышает показатель 2016 г. на 28 случаев. Максимумы происшествий с птицами наблюдается в летние месяцы и в период миграции, причём, уже начиная с апреля (разгар весенней миграции), и вплоть до окончания осенней миграции птиц. Абсолютное большинство столкновений воздушных судов с птицами происходят в процессе взлёта и посадки. Известное авиапроисшествие в нашей стране - столкновение взлетающего самолета с чайками и аварийной посадкой на поле, к счастью без жертв, произошло в августе 2018 года в аэропорту Чкаловска Московской области. Предлагаемый проект исследований (испытаний) планируется проводить на базе аэропорта г. Томска. Он позволит провести орнитологические исследования на территории, выявить опасные виды птиц, исследовать возможности нового создаваемого оптико-акустического комплекса отпугивания птиц, разработать предложения и научно-методические основы обеспечения орнитологической безопасности аэропортов на его основе. Проект должен позволить добиться улучшения эффективности работы биоакустических отпугивателей, за счёт использования элементов новизны, заложенных в создаваемый комплекс. Использование специальных алгоритмов и методов технического зрения для видеообнаружения и идентификации птиц позволит автоматизировать процесс сбора данных орнитологической обстановки и провести анализ эффективности акустического воздействия на различные виды птиц. Набранная база данных об орнитологической обстановке на территории аэропорта, видах сигналов и их характеристиках позволит сформулировать требования к обеспечению орнитологической безопасности аэропортов. Полученная в результате исследования база данных о поведении птиц, результаты исследований эффективности акустического воздействия различными сигналами, предлагаемые технические решения построения биоакустических отпугивателей птиц могут быть применены в аэропортах для обеспечения орнитологической безопасности. Использование автоматизированной системы наблюдений и учёта птиц (архивация данных) позволит создать целостную динамическую картину орнитологической обстановки, руководствуясь которой, можно будет подбирать наиболее целесообразные методы борьбы с актуальными видами птиц в разные периоды года, а также решать ряд фундаментальных задач: отслеживать миграционные волны и потоки, составлять прогнозы.

Ожидаемые результаты
Результатами проекта должны стать: - новые научные данные по изучению обеспечения орнитологической безопасности взлетно-посадочной полосы на территории аэропорта, - фонотека сигналов птиц; - новые научные данные по влиянию различных видов звуковых сигналов и мощного направленного акустического излучения на эффективность отпугивания птиц, на предотвращение неблагоприятной или опасной орнитологической ситуации; - методологическое обоснование принципов обнаружения, идентификации и звукового отпугивания птиц с помощью автоматического комплекса на основе проведения ряда систематических экспериментов и создания базы данных по эффективности обнаружения и отпугивания птиц на территории аэропорта г. Томска; - анализ поведения птиц на акустическое воздействие разной мощности и разных видов сигналов в различных условиях; - алгоритмическое и аппаратно-программное решения по созданию комплекса обнаружения, идентификации и звукового отпугивания птиц; - научно-методические и технические основы по созданию автоматического адаптивного (с искусственным интеллектом) биоакустического комплекса по отпугиванию птиц; - выводы по результатам использования нового биоакустического комплекса по отпугиванию птиц. Научная значимость предлагаемого проекта обусловлена формированием и развитием комплексного подхода к проблеме обеспечения орнитологической безопасности аэропорта на основе построения автоматического адаптивного комплекса обнаружения, идентификации и отпугивания птиц. Прикладная значимость проекта обусловлена направленностью на уменьшение случаев столкновения птиц с воздушными судами при взлетах и посадках на территории аэропорта. Полученная в ходе реализации проекта база научных данных позволит расширить и дополнить представления о картине нахождения и перемещения птиц на территории лётного поля. Она будет использована для анализа орнитологической обстановки в районе аэропорта, разработки и корректировки на её основе мер по орнитологическому обеспечению безопасности полётов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Получены результаты анализа многолетних (2015-2021 гг.) наблюдений за птицами семейства врановые на территории аэропорта г. Томска, целью которого является разработка мер для снижения самолётоопасности, создаваемой этими птицами. Статистические данные по инцидентам с участием птиц в аэропорту показывают, что врановые птицы относятся к числу одних из наиболее самолетоопасных видов для данного аэропорта. Опасность птиц, помимо их размеров, дополнительно усиливается всесезонностью их пребывания на территории аэропорта. При анализе результатов наблюдений использовались данные абсолютного учёта птиц со стационарных точек на лётном поле, а также маршрутных учётов в окрестностях аэропорта. Наблюдения осуществлялись в утренние часы, с восходом солнца, с регулярностью 2-3 раза в неделю. Их длительность составляла не менее 1 часа в течение одного дня. В зимний период подсчет птиц проводился из машины, двигающейся по взлетно-посадочной полосе. В летний период подсчет птиц проводился с использование квадрацикла, двигающегося параллельно взлетно-посадочной полосе на расстоянии 50 метров от её обочины. Подобный способ позволяет учитывать птиц, сидящих в траве. В процессе наблюдения птиц учитывались такие параметры как: видовая принадлежность, количество, поведение, зона летного поля, в которой зафиксирована встреча. Для оценки динамики встречаемости использовался коэффициент средней встречаемости того или иного вида птиц (количество встреченных за учет птиц / на количество учетов за период времени). Появилась возможность оценивать возрастной состав птиц, посещающих летное поле, за счет использования ловушки. Отслеживание перемещений птиц оценивалось визуально и посредством мечения особей стандартными номерными кольцами или крылометками. В проведенных исследованиях выявлены факторы, способствующие пребыванию птиц семейства врановых на территории аэропорта. Представлена оценка их вкладов в птицеопасность для данного аэропорта, динамика пребывания в течение года на лётном поле, специфика возрастного состава, особенности поведения. Наиболее высокую самолётоопасность они представляют в летний и осенний сезоны, что связанно в первую очередь с высокой долей молодых птиц и с увеличением абсолютной встречаемости, вследствие стайного характера птиц. В остальные сезоны года врановые птицы не оказывают заметного влияния на орнитологическую безопасность. Однако, в силу их размеров и круглогодичного пребывания на территории всегда следует помнить об их потенциальной опасности, планируя мероприятия по орнитологическому обеспечению полётов. Среди представителей птиц семейства врановые на территории аэропорта наиболее самолётоопасным видом является серая ворона. Эти птицы чаще других представителей семейства встречаются в стайном варианте и в наиболее опасной зоне лётного поля в районе взлётно-посадочной полосы. Сорока и чёрный ворон менее самолётоопасны, т.к. встречаются в меньших количествах, не образуют выраженных скоплений вблизи взлётно-посадочной полосы и проявляют большую осторожность. На основе полученных данных разрабатывается и тестируется комплексная система мер по снижению вероятности авиационных инцидентов с участием птиц этой группы в аэропорту г. Томска. Для этого регулярно проводятся орнитологические исследования в аэропорту. Используется новая экспериментальная база исследований: направленный акустический излучатель высокой мощности с элементом технического зрения для работы в аппаратно-программном комплексе. Разрабатывается метод и алгоритмы для автоматического видеообнаружения и идентификации птиц. Создается банк данных голосов тревоги и бедствия птиц с учетом сезонных орнитологических особенностей на территории аэропорта г. Томска. Создается экспериментальный полигон с применением акустического излучателя высокой мощности с техническим зрением на территории аэропорта г. Томска. Исследуются возможности видеообнаружения и идентификации птиц и акустических методов воздействия для повышения эффективности предотвращения орнитологической ситуации. Даны определенные рекомендации по использованию средств отпугивания птиц.

 

Публикации

1. Красненко Н.П., Кухта А.Е., Раков А.С. Радиофизические методы в обеспечении орнитологической безопасности объектов и территорий Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2022, с. 14-23 (год публикации - 2022)

2. Власов Е.В., Красненко Н.П. Программа идентификации птиц в видеопотоке и набора статистики -, 2022683820 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В отчетном периоде проводились орнитологические исследования на территории аэропорта города Томска по выявлению ряда закономерностей по птицам и их пребыванию на территории лётного поля аэропорта. Также привлекались данные таких исследований за предыдущие годы, проводилась их обработка и анализ. Представлены результаты анализа многолетних (2015-2021 гг.) наблюдений за птицами семейства врановые (Corvidae) на территории аэропорта «Томск», целью которого являлась разработка мер для снижения самолётоопасности, создаваемой этими птицами. Представлена оценка их вклада в птицеопасность для данного аэропорта, динамика пребывания в течение года на лётном поле, специфика возрастного состава, особенности поведения. Выявлены факторы, способствующие пребыванию птиц семейства врановых на территории аэропорта. На основе полученных данных разрабатывалась и тестировалась комплексная система мер по снижению вероятности авиационных инцидентов с участием птиц этой группы в аэропорту «Томск». Проводились работы по апробации использования отдельных звуковых сигналов, записанных в 2022 году в фонотеку, для оценки реакции наиболее самолётоопасных видов птиц (местной популяции) в периоды их наиболее интенсивной фазы пребывания на лётном поле (июнь, июль). Удалось провести единичные эксперименты с тремя видами оригинальных сигналов. Проводилась работа по совершенствованию и созданию нового типа биоакустической установки с элементами технического зрения и новыми акустическими излучателями в виде мощных антенных решеток. Она включала в себя совершенствование методологии обнаружения и отпугивания птиц, алгоритмии обработки видеоизображений, программного обеспечения и технического воплощения. Предлагаемый подход по решению вопросов орнитологической безопасности, основанный на концепции автономной работы биоакустических отпугивателей с использованием элементов технического зрения (видеонаблюдения) для автоматического обнаружения и идентификации птиц, а также нацеливания на них акустического излучения и использования мощного направленного акустического излучения для отпугивания птиц, в целом себя оправдывает. Удалось предложить и проработать научно-методические и технические основы, связанные с вопросами автоматического видеообнаружения птиц и их акустического отпугивания. Проведены исследования возможностей видеообнаружения и идентификации птиц и акустических методов воздействия для повышения эффективности предотвращения орнитологической ситуации. Апробированы алгоритмы и программа обработки видеоизображений по обнаружению и идентификации птиц и метод автоматической работы орнитологического комплекса на территории аэропорта г. Томска. Проведена оценка возможностей использования новых информационных технологий для автоматизации работы нового типа биоакустической установки с оценкой эффективности её работы по обнаружению птиц. Проведены исследования возможностей распознавания отдельных видов птиц в автоматическом режиме. В результате была разработана биоакустическая установка нового типа, состоящая не только из акустического излучателя, но и встроенной системы видеонаблюдения. Данный комплекс решает задачи обнаружения птиц на территории аэропорта при помощи средств видеонаблюдения и, при наличии конкретного вида птиц, воспроизведения соответствующего акустического сигнала отпугивания в автоматическом режиме. Проводился анализ статистики обнаружения птиц. Вероятность обнаружения птиц по разработанной обучающей выборке составила 98.2%. Высокий процент обусловлен тем, что объекты на проверочных изображениях классификатора сделаны в схожей с обучением среде – в аэропорту в районе ВПП. Таким образом, положенное в основу разработки отпугивающей установки решение по созданию автономного автоматизированного акустического излучателя направленного избирательного действия, оснащенного системой технического зрения с элементами искусственного интеллекта и возможностью отслеживания орнитологической обстановки, идентификации вида птицы в зоне работы данной установки и выбора воздействующего сигнала из архива заложенной фонотеки, повышает эффективность отпугивания птиц. Проработаны научно-методические и технические основы создания автоматического адаптивного биоакустического комплекса по отпугиванию птиц. Научная значимость результатов обусловлена формированием и развитием комплексного подхода к проблеме обеспечения орнитологической безопасности аэропорта на основе построения автоматического адаптивного комплекса обнаружения, идентификации и отпугивания птиц. Прикладная значимость ожидаемых результатов обусловлена направленностью проекта на уменьшение случаев столкновения птиц с воздушными судами при взлетах и посадках на территории аэропорта. Полученные результаты должны позволить добиться улучшения эффективности работы биоакустических отпугивателей за счет использования элементов новизны, заложенных в создаваемый комплекс. Полученная в ходе реализации проекта база научных данных позволит расширить и дополнить представления о картине нахождения и перемещения птиц на территории лётного поля. Она будет использована для анализа орнитологической обстановки в районе аэропорта, разработки и корректировки на её основе мер по орнитологическому обеспечению безопасности полётов. Использование автоматизированной системы наблюдений и учета птиц (архивация данных) позволит в перспективе создать целостную картину орнитологической обстановки, руководствуясь которой можно будет подбирать наиболее целесообразные методы борьбы с актуальными видами птиц в разные периды года, а также решать ряд фундаментальных задач: отслеживать миграционные волны и потоки, составлять прогнозы.

 

Публикации

1. Власов Е.В.. Красненко Н.П. Каскадный классификатор для обнаружения и идентификации птиц в видеопотоке Информатика и автоматизация, - (год публикации - 2024)

2. Красненко Н.П., Власов Е.В., Раков А.С. Radio physical methods of ensuring ornithological safety of objects and territories Russian Physics Journal, 4, 66, 479-484 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s11182-023-02963-8

3. Красненко Н.П., Раков Д.С., Раков А.С. Направленные свойства акустической антенны в виде двух пространственно-разнесенных фазированных антенных решеток Доклады ТУСУР, 3, 26, 14-19 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21293/1818-0442-2023-26-3-14-19.

4. Красненко Н.П., Раков Д.С., Раков А.С. Направленные свойства линейного массива из двух антенных решеток Труды XXXV сессии Российского акустического общества, GEOS. Москва, Секция ЭА, 703-709 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.34756/GEOS.2023.17.38519

5. Красненко Н.П.. Власов Е.В., Раков А.С. Применение радиофизических методов для обеспечения орнитологической безопасности объектов и территорий Известия вузов. Физика, 10, 66, 72-78 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.17223/00213411/66/10/8

6. Кухта А.Е., Красненко Н.П., Раков А.С. Динамика пребывания врановых птиц на территории аэропорта "Томск" и безопасность полетов Вестник Тувинского государственного университета. Естественные и сельскохозяйственные науки, 1 (1), 6-22 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24411/2221-0458-2023-01-06-22

7. Красненко Н.П., Власов Е.В., Кухта А.Е., Раков А.С. Орнитологическая безопасность объектов: проблемы, решения Пятнадцатое Сибирское совещание и школа молодых ученых по климато - экологи- ческому мониторингу: Материалы докладов все российской конференции с между- народным участием / Под ред. Е. А. Головацкой. – Томск, 2023. – 406 с., 301-304 (год публикации - 2023)

8. - Томские ученые разработали новый отпугиватель птиц для аэропорта Aviation EXplorer, 04.05.2023 (год публикации - )

9. - Ученые института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН разработали новую установку акустического отпугивания птиц ОГБУ Облкомприрода, 04.05.2023 (год публикации - )

10. - Томские ученые разработали новый акустический отпугиватель птиц для аэропорта Администрация Томской области, 04.05.2023 (год публикации - )

11. - В Томской области создан акустический отпугиватель птиц для аэропорта РНФ, 04.05.2023 (год публикации - )

12. - Новый акустический отпугиватель птиц для Томского аэропорта разработали ученые ИМКЭС СО РАН Томский научный центр, 03.05.2023 (год публикации - )

13. - Томские ученые разработали новый отпугиватель птиц для аэропорта Интерфакс, 04.05.2023 (год публикации - )

14. - В Томской области создан отпугиватель птиц для аэропорта ТАСС. Наука, 04.05.2023 (год публикации - )

15. - Новый акустический отпугиватель птиц РАН, 04.05.2023 (год публикации - )

16. - Томские ученые разработали новый акустический отпугиватель птиц для аэропорта TV Томск, 04.05.2023 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
да