Опубликована статья: "Использование ДЗЗ для уменьшения риска столкновения самолетов с птицами" (почти проект GIS-Lab)

ГИС и ДЗЗ в Охране Природы, РПП и смежных науках (экологии, биологии и лесном деле)
Ответить
Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2989
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 64
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Опубликована статья: "Использование ДЗЗ для уменьшения риска столкновения самолетов с птицами" (почти проект GIS-Lab)

Сообщение Natalia Novoselova » 16 июл 2020, 12:01

В журнале Human–Wildlife Interactions опубликована наша статья "Remote sensing applications for abating aircraft–bird strike risks in southeast Brazil". Статья находится в открытом доступе:
https://digitalcommons.usu.edu/hwi/vol14/iss1/8/

Также в открытом доступе находится электронная база с данными самого проекта (ссылка указана в статье).
Этот проект был сделан в 2013-2016 гг с большой помощью сообщества GIS-Lab, что отражено в благодарностях (раздел “Acknowledgments”).

Проект посвящен разработке методов, снижающих риск столкновений самолетов с птицами и при этом не вредящих популяции этих птиц. Опубликована вторая статья из цикла, та, что прежде называлась
"Superficial Conditions Affecting Black Vulture Soaring Behavior in Brazil: Implications for Bird Strike Abatement"

Первая статья из цикла (старое название "Meteorological Conditions Affecting Black Vulture Soaring Behavior in Brazil: Implications for Bird Strike Abatement") будет опубликована позже. Сейчас над этим работаем. (Для тех, кто в теме – идея опубликовать первую статью в журнале Russian Journal of Ecosystem Ecology не получилась (не сошлись в мнении с рецензентом – диалог зашел в тупик). Сейчас мы будем подавать ее в выбранные другие журналы.

По этому проекту я защитилась (Master of science in Ecology, UNICAMP, Brazil) в 2016 году. Но вот с публикацией статей дело шло медленно и тяжело.


Ниже привожу абстракт статьи и практические рекомендации (данные вместо Выводов в статье) с их переводом на русский язык.

Подробнее читайте статью. Если будет интерес к теме, разработанной методике и т.д. и при этом непонимание английского – могу расширить перевод на русский, а также ответить на все вопросы. Пишите здесь или на мой имейл (natalieenov@gmail.com), сейчас или когда угодно позже.
Abstract: The rising number of aircraft collisions with birds requires the development of appropriate mitigation measures to control their populations in the vicinity of airports. The black vulture (Coragyps atratus) is one of the most dangerous species for aviation in Brazil and all countries of its range. To better understand the spatial distribution patterns of flying vultures and their link with environmental characteristics, we studied natural and anthropogenic superficial factors, numerically estimated and mapped the risk of collision with birds over the Airport Safety Area (ASA). From September 2012 to August 2013 we surveyed soaring black vultures once every month from 26 points within 20-km ASA zones surrounded Amarais and Presidente Prudente airports in the southeast part of Brazil. We processed the records by methods coupling geographic information system (GIS) and remote sensing technologies. The superficial parameters (relief, surface temperature, surface covering type and anthropogenic pressure) obtained from satellite imagery and the vulture censuses were joined in the georeferenced database or shapefiles. The resulting tabulated data were examined using Spearman's rank correlation and principal component analysis to outline the relationships between space distribution of black vultures and environmental characteristics of the area. We found that the contrast in surface temperatures correlated well with the intensity of soaring flights of black vultures. This suggests that vultures tend to soar inside the strongest thermals in their surroundings. By contrast, the relief parameters, including altitude above sea level, slope exposure and inclination, did not relate with the soaring activity of this species. The banks of water bodies and roadways were detected as the most attractive landscapes for soaring vultures. We recorded the least number of soaring vultures over the uninterrupted urbanized lands. However, the scattered enclaves of urban settlement surrounded by natural and rural landscapes are highly attractive to these birds. To mitigate the bird strike risk in ASA zones, we proposed to plot the objects generating thermals and attracting vultures on risk assessment maps and to trace the aviation routes avoiding them.
Key words: black vulture; Brazil; Coragyps atratus; remote sensing; risk assessment map; soaring behavior; thermals; wildlife-aircraft strike
Абстракт
Рост числа столкновений самолетов с птицами требует разработки мягких методов контроля популяций птиц в непосредственной близости от аэропортов. Американский черный гриф, урубу или Black vulture (Coragyps atratus) - один из самых опасных видов для авиации Бразилии и всех стран его ареала. Чтобы лучше понять закономерности пространственного распределения летающих урубу и их связь с экологическими характеристиками, мы изучили природные и антропогенные поверхностные факторы, численно оценили и нанесли на карту риск столкновения с птицами над зоной обеспечения безопасности аэропорта (Airport Safety Area, ASA). С сентября 2012 года по август 2013 года мы ежемесячно наблюдали парящих урубу из 26 точек в пределах 20-километровых зон ASA, окружавших аэропорты Amarais и Presidente Prudente в юго-восточной части Бразилии. Мы обрабатывали записи методами, сочетающими геоинформационные системы (ГИС) и технологии дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Поверхностные параметры (рельеф, температура поверхности, ландшафт и антропогенный пресс), полученные по спутниковым снимкам, и данные учета птиц, были объединены в географически привязанную базу данных (шейп-файлы, shapefiles). Полученные табличные данные были проанализированы с использованием ранговой корреляции Спирмена и анализа главных компонент (Spearman's rank correlation and principal component analysis), чтобы выявить взаимосвязи между пространственным распределением птиц и поверхностными характеристиками местности.
Мы обнаружили, что контраст температуры поверхности хорошо коррелирует с интенсивностью парящих полетов урубу (the intensity of soaring flights of black vultures). Это говорит о том, что урубу, как правило, парят внутри самых сильных термиков в их окружении. Параметры рельефа, а именно - высота над уровнем моря, экспозиция склона и наклон склона, не были связаны с парящей активностью этих птиц. Берега водоемов и дороги были признаны наиболее привлекательными ландшафтами для парящих грифов. Мы зафиксировали наименьшее количество парящих грифов над непрерывными урбанизированными землями. Однако разрозненные анклавы городских поселений, окруженные природными и сельскими ландшафтами, весьма привлекательны для этих птиц. Для снижения риска столкновений самолетов с птицами в зонах ASA вокруг аэропортов, мы предложили на картах риска столкновений(1) (risk assessment maps) отмечать объекты, создающие сильные термики и привлекающие этим урубу, и прокладывать авиационные маршруты в обход этим объектам.
Management implications
The areas generating strong and steady state thermals attract soaring vultures and pose the major danger for aircraft flights. Natural thermals are triggered by the boundaries between different types of surface covering, producing high contrast in surface temperatures (e.g., the isolated constructions made of concrete, asphalt, and metal; the coastline of lakes, rivers, and ponds; the forest and plowed field margins; and the borders between hill slopes of different exposure). The technogenic thermals generated by industrial heating like power stations or factory pipes can be the most threatening for airplane flights since they can draw an extremely high concentration of birds. The illuminated technogenic thermals may be dangerous also at night hours. In this research, we detected the artificial and natural water bodies and their shorelines, automobile roads, and natural enclaves in urban ambient or suburbs surrounded by natural and rural landscapes as the most attractive objects for soaring vultures. All areas producing the high risk of collision with birds should be plotted on risk assessment maps visualizing the large ASA zones around airports. The mapping as a part of management strategy harmless to vultures’ populations can identify the safe aircraft take-off and landing routes.
Практические рекомендации

Области, генерирующие сильные и устойчивые термики (2), привлекают парящих грифов и создают основную опасность для полетов воздушных судов. Природные (естественные) термики образуются на границах между различными типами поверхностного покрытия, которые создают высокий контраст в температуре земной поверхности. Например, триггерами природных термиков могут выступать изолированные конструкции из бетона, асфальта и металла; береговая линия озер, рек и прудов; лес и вспаханные поля; границы между склонами холмов различной экспозиции). Техногенные термики, генерируемые промышленным нагревом, таким как электростанции или заводские трубы, могут быть наиболее опасными для полетов самолетов, поскольку они могут привлекать чрезвычайно высокую концентрацию парящих птиц. Освещенные техногенные термики могут быть опасны и в ночные часы. В этом исследовании мы выявили, что искусственные и естественные водные объекты и их береговые линии, автомобильные дороги и естественные анклавы в городской среде или пригородах, окруженные природными и сельскими ландшафтами, являются наиболее привлекательными объектами для парящих черных грифов. Все зоны, создающие высокий риск столкновения с птицами, должны быть нанесены на карты риска столкновений, визуализирующие большие зоны ASA вокруг аэропортов. Построение таких карт риска является частью стратегии управления численностью птиц в зонах полета авиации, безвредной для популяции этих птиц. Такие карты могут помочь определить безопасные маршруты взлета и посадки самолетов.

Примечание:
1.Методика построения карт риска столкновений разработана и описана в статье.
2.Термик – восходящий поток теплого воздуха, который формируются над нагретыми зонами в областях высокого контраста температуры земной поверхности.
Последний раз редактировалось Natalia Novoselova 17 июл 2020, 10:35, всего редактировалось 4 раза.

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2989
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 64
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Опубликована статья: «Использование ДЗЗ для уменьшения риска столкновения птиц с самолетами» (почти проект GIS-Lab)

Сообщение Natalia Novoselova » 16 июл 2020, 12:04

Для истории, вот пара ссылок на мои посты о проекте на форуме (в то время я много технических, методических, теоретических и концептуальных вопросов выносила на форум GIS-Lab, и мне помогали в них разбираться) :) :

Риск от столкновения с птицами для самолетов+ГИС,ДЗЗ (2013)
https://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?f=58&t=13725
(Постановка проблемы)

Снижение риска столкновений самолетов с птицами (vultures) (2016)
https://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?f=58&t=21320
Результаты проекта, рассказ о защите

Аватара пользователя
Natalia Novoselova
Гуру
Сообщения: 2989
Зарегистрирован: 15 янв 2013, 20:14
Репутация: 64
Ваше звание: Лиса
Откуда: **
Контактная информация:

Re: Опубликована статья: "Использование ДЗЗ для уменьшения риска столкновения самолетов с птицами" (почти проект GIS-Lab

Сообщение Natalia Novoselova » 17 июл 2020, 03:55

Хотелось бы обозначить, что нового было сделано в работе. И по какой причине эта работа имеет и социальный аспект (повышение безопасности людей) и четко природоохранный смысл и цели (защита птиц).

Вообще, в мире сфера научных работ по уменьшению числа столкновений самолетов с птицами достаточно узка. То есть научных статей на эту тему не так много.
При этом в практическом плане – эти задачи решаются в каждой стране. Чаще всего эти решения основаны не на научных исследованиях, а определяются техниками и специалистами орнитологами.

При этом, такое у меня сложилось впечатление, что практически в 100% случаев научных публикаций и практической сфере при постановке задачи «защиты самолетов от птиц» в рассмотрении оказывается только безопасность людей и техники. А фактор птиц воспринимается не значащим, как просто некий элемент, который надо устранить любой ценой. При этом далеким от проблемы людям может показаться, что агрессивно подавить население птиц только возле аэропорта – это немного и любые действия допустимы ради увеличения безопасности людей.

В нашей работе мы (возможно впервые в мире) внесли природоохранный аспект в рассмотрение проблемы столкновения птиц с самолетами (bird strikes problem). Мы указали, что такая нацеленность людей на безопасность любой ценой может наносить птицам значительный ущерб. Поскольку плотность аэропортов в мире высока и все еще возрастает (в статье мы привели карту штата São Paulo в Бразилии, где показали плотность аэропортов с 20 км зоной контроля). То есть если устранять птиц «только в пределах 20 км от каждого аэропорта» то есть риск охватить зоной такого воздействия большую часть ареала птиц сплошником!

В опубликованной статье эта мысль кратко отражена во Введении. Итогом работы стали практические рекомендации использования мягких (не вредящих птицам) методов снижения риска столкновений. В числе прочего, это построение карт риска по разработанной методике и использование таких карт для проложения траекторий взлета и посадок самолетов.


Опубликованная статья и та, что еще будет (она готова и находится в процессе подачи) – резюмируют результаты моей диссертации. По ссылке на тред форума - абстракт к диссертации. В нем сказано о сделанном новом во всем проекте, практическом и природоохранном смысле работы:
https://gis-lab.info/forum/viewtopic.ph ... 20#p145169
АБСТРАКТ

Рост числа столкновений самолетов с птицами в районе аэропортов, обусловленный общим ростом авиационного трафика и увеличением численности популяций птиц, является большой проблемой для многих стран мира. В нескольких странах были запущены национальные программы для решения этой проблемы, именуемой на английском “Bird strike problem”. Большинство столкновений с птицами происходят во время взлетов и посадок авиации, в зоне 10-20 км вокруг аэропортов, где самолеты летят на низкой высоте. В Бразилии эта проблема тоже крайне серьезна и актуальна. Black vultures (Coragyps atratus, Cathartidae) Urubu-de-cabeça-preta (порт.), урубу (рус.) - самый многочисленный вид в окрестностях аэропортов и, в то же время, вид, который вызывает наибольшее число столкновений с авиацией в Бразилии. Эти птицы в дневные часы парят группами внутри термиков (восходящих с земной поверхности потоков теплого воздуха), поднимаясь на большие высоты и создавая угрозу столкновений самолетам. Из-за большого размера (вес 1.6 кг, размах крыльев 150 см) и особенностей поведения, распространенные подходы отпугивания (falconry, ground deterrents) не действуют на этих птиц. Этот конфликт приводит к необходимости разработки новых методов, которые смогут снизить риск столкновений с урубу, без нанесения ущерба популяциям этих птиц.

Наше исследование было посвящено продвижению в разработке таких методов. Исследование состояло из двух независимых частей, рассмотренных в двух главах диссертации. В первой части мы изучали взаимосвязь между обилием парящих урубу и метеорологическими характеристиками; во второй части мы исследовали зависимость между обилием парящих урубу и поверхностными характеристиками, а также антропогенным прессом. Обе части были реализованы в окрестности двух аэропортов юго-востока Бразилии, выбранных в качестве модельных территорий.

В ходе исследования мы разработали новые методологические подходы, сочетающие использование технологий ГИС и Дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для обработки пространственных данных, которые были использованы в качестве основного исследовательского инструмента. Благодаря этим методам, мы соединили в геопривязанную базу данных (shape file) данные наблюдений птиц и три типа факторов окружающей среды: (i) метеорологические характеристики, измеряемые синхронно с наблюдениями птиц; (ii) в поверхностные параметры рельефа и температуры поверхности, полученные из продуктов ASTER; (iii) тип ландшафта и уровень антропогенного пресса, полученные из спутниковых снимков высокого разрешения.

На основе анализа подготовленных геопривязанных баз данных, были выявлены взаимосвязи парящий активности птиц и ряда экологических факторов; изучены некоторые черты поведения птиц в парящем полете; определены типы ландшафтов наиболее привлекательные для парящих птиц на модельных территориях и способствующие формированию повышенной концентрации птиц над ними. Также мы разработали методику построения карт риска столкновений, дающих численную оценку характера распределения парящих птиц над изучаемой территорий и предсказывающих таким образом возможный риск столкновений с птицами над каждой точкой поверхности. Примеры таких карт были построены для окрестностей модельных аэропортов. На основе результатов проекта были сделаны практические рекомендации и предложения, посвященные снижению риска столкновений с Black vulture, Turkey vulture и другими видами птиц.

Наши результаты показали, что высота парения урубу варьирует между 13 и 550 м. Были выявлены два вида графика суточной активности парения: с утренним и вечерним пиками активности и ярко выраженным спадом активности в полдень; плато-образный (равномерный) характер активности. В обоих типах птицы начинают парить через 1 -1,5 часа после рассвета и заканчивают парить за 1-1,5 часа перед закатом. Сильный антропогенный стресс в сочетании с большой и непрерывной площадью урбанизированных территорий, является негативным фактором для урубу, который ведет к уменьшению плотности парящих птиц. Однако небольшие островки городских территорий, окруженные природными и сельскими землями, являются, наоборот, очень привлекательными для этих птиц. Водные объекты и автомобильные дороги показали наибольшую привлекательность для парящих птиц внутри модельных территорий. Была подтверждена гипотеза, утверждающая, что Black vulture имеют тенденцию выбирать для парения наиболее сильный термик в окрестностях. Было сделано наблюдение за поведением урубу при наличии на земле обильной пищи (туши большого животного), на основе которого сделан вывод, что наличие парящих птиц в небе может говорить об отсутствии на земле обильной пищи для птиц. По какой причине даже убрав с поверхности все пищевые источники, нельзя будет значимо снизить плотность птиц в небе, поскольку они летают для поиска пищи. Однако расположение обильной пищи на поверхности ведет к желаемому эффекту полного освобождения неба от парящих урубу. Эту черту поведения также можно использовать для удаления этих птиц с наиболее важных для авиации территорий.

Мы считаем, что результаты нашего исследования и разработанные методики помогут разработать комплекс эффективных не вредящих мер, позволяющих уменьшить количество столкновений самолетов с урубу и другими видами птиц.
Вложения
urubu-shot.jpg
urubu-shot.jpg (51.85 КБ) 1847 просмотров

Ответить

Вернуться в «Охрана природы»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей