System for mapping radioactive contamination areas on the UAV platform

Technical sciences and technologies, Feb 2026

The article addresses the problem of improving radiation-contaminated area mapping using unmanned aerial vehicles (UAVs) as an element of environmental radiation monitoring. The relevance of the research is driven by the growing risks associated with nuclear accidents, damage to nuclear facilities, and the potential release of radioactive materials, which may result in large-scale radioactive contamination. Under such conditions, rapid, accurate, and safe acquisition of spatially referenced radiation data is crucial for decision-making, emergency response, evacuation planning, and mitigation measures. The study proposes an advanced UAV-based gamma-survey system focused on increasing the reliability and spatial resolution of radiation mapping results. Unlike traditional airborne gamma monitoring using manned aircraft, the proposed approach relies on a multirotor UAV platform capable of low-altitude flights and stationary hovering. This significantly enhances measurement resolution due to reduced flight altitude and speed, while also lowering operational costs and risks to personnel. A key feature of the proposed system is its modular architecture, which allows flexible replacement of functional units depending on mission objectives. The UAV payload includes a radiation sensing module with a gamma detector equipped with an adjustable aperture and a mechanism for lowering and raising the detector on a cable. This solution makes it possible to perform measurements at very low heights above the ground, bringing airborne gamma-survey data closer to ground-based measurements. Temperature and pressure sensors are integrated into the system to ensure accurate correction of radiation intensity values to standard atmospheric conditions. Another important component of the system is the creation of an up-to-date cartographic basis using aerial photogrammetry. During gamma surveying, high-resolution aerial images are collected to generate an orthophoto map of the study area at scales of 1:5000 for undeveloped territories and 1:2000 for built-up areas. In complex terrain, such as forested or highly dissected landscapes, LiDAR data acquisition can be additionally employed to improve terrain representation. This approach ensures that radiation data are visualized on an актуal and detailed spatial background, accounting for terrain depressions where radioactive fallout may accumulate. The gamma-survey process is organized in several stages. The first stage includes reconnaissance and generation of an orthophoto map combined with preliminary identification of radiation anomalies. The second stage involves detailed investigation of selected areas using low-altitude hovering and lowered detector measurements to refine the localization and intensity of gamma radiation. The third stage provides physical marking of high-radiation zones and safer evacuation routes directly from the UAV by deploying specially designed ground markers. This solution reduces the need for personnel to enter hazardous areas and minimizes additional radiation exposure. The proposed system also integrates precise positioning support through the use of a local GNSS base station, improving coordinate accuracy in areas with limited satellite signal reliability, such as narrow valleys or rugged terrain. Overall, the developed methodology increases the accuracy, operational efficiency, and safety of radiation-contaminated area mapping and demonstrates the potential of UAV-based gamma monitoring as an effective tool for emergency response and environmental protection.

Article PDF cannot be displayed. You can download it here:

https://tst.stu.cn.ua/article/download/356554/342443

System for mapping radioactive contamination areas on the UAV platform

ТЕХНІЧНІ НАУКИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ № 1(43), 2026 TECHNICAL SCIENCES AND TECHNOLOGIES DOI: https://doi.org/10.25140/2411-5363-2026-1(43)-415-429 УДК 528.83 Сергій Дмитрович Крячок1, Олексій Іванович Терещук2 1кандидат технічних наук, доцент Національний університет «Чернігівська політехніка» (Чернігів, Україна) E-mail: . ORCID: http://orcid.org/0000-0001-5633-1501 ResearcherID: N-3061-2016. SCOPUS Author ID: 57204332476 2кандидат технічних наук, доцент Національний університет «Чернігівська політехніка» (Чернігів, Україна) E-mail: . ORCID orcid.org/0000-0001-6433-9351 ResearcherID: http://www.researcherid.com/rid/H-4540-2016. SCOPUS Author ID: 57211315791 GoogleScholar: https://scholar.google.com/citations?view_op=list_works&hl=ru&user=vZtF4YIAAAAJ https://scholar.google.com.ua/citations?user=vZtF4YIAAAAJ&hl=uk&citsig=AMstHGRJW5NzJv81Vio_Xp9rgjtO_Wm2GA ІndexCopernicus: http://journals.indexcopernicus.com/+++,p24781806,3.ht СИСТЕМА КАРТОГРАФУВАННЯ ТЕРИТОРІЇ РАДІАЦІЙНОГО ЗАБРУДНЕННЯ НА ПЛАТФОРМІ БПЛА У статті розглянуто вдосконалену систему картографування територій радіаційного забруднення з використанням безпілотних літальних апаратів коптерного типу. Запропонований підхід поєднує повітряне гамма-зондування з низьких висот, створення актуальної ортофотокартографічної основи та маркування зон підвищеного радіаційного фону безпосередньо з борту БПЛА. Застосування модульної структури обладнання, механізму спуску детектора та уточнених висотних і метеорологічних поправок дозволяє підвищити точність і достовірність результатів, наблизивши їх до наземних вимірювань, а також зменшити ризики опромінення персоналу під час радіаційного моніторингу Ключові слова: безпілотні літальні апарати; гамма-зондування; дистанційне зондування Землі. Рис.: 3. Бібл.: 27. Актуальність теми дослідження. Впродовж останніх десятиліть спостерігається бурхливий розвиток автоматизованих систем, що покликані полегшити виконання виробничих, рутинних завдань [1]. Наразі автоматизовані системи знайшли свій розвиток у безпілотних апаратах (БА). Наземні БА використовуються для прибирання квартир та подвір’я, у сільському господарстві – для точного землеробства, огляду полів, доставки матеріалів на ферму [2; 3]. У військовій сфері наземні БА використовуються для ведення розвідки, мінування, доправлення до позицій боєкомплектів, транспортування поранених із поля бою [4]. Серед БА найбільш масово використовуються безпілотні літальні апарати (БПЛА). У сільському господарстві за допомогою БПЛА виконується моніторинг стану сільськогосподарських угідь, оперативна оцінка стану земель, прогноз врожайності [5; 6]. БПЛА знайшли застосування в лісовому господарстві – для визначення характеристик деревостою, пошуку місць займання, виявлення місць незаконної вирубки дерев, виявлення та запобігання випадкам браконьєрства [7]. Аерознімання територій та лінійних об’єктів виконується також за допомогою БПЛА [8]. БПЛА залучаються до пошуку та картографування мінних полів [9]. Сьогодні спостерігається загрозлива тенденція розповсюдження ядерної зброї, її розміщення на нових територіях, небезпека пошкодження та підриву ядерних реакторів і руйнування місць зберігання радіоактивних відходів. Такі дії можуть викликати радіаційне забруднення значних територій. Тому актуальним питанням є вдосконалення систем картографування територій радіаційного забруднення на платформах БПЛА з метою ухвалення своєчасних та адекватних управлінських рішень для локалізації негативних наслідків. Постановка проблеми. Картографування територій радіаційного забруднення входить у задачі радіаційного моніторингу довкілля [10]. Повітряні системи радіаційного моніторингу у своїй більшості призначені на виявлення саме гамма-випромінювання. Це пов’язано з тим, що гамма-випромінювання є найбільш проникним серед інших видів радіоактивного випромінювання [11]. © С. Д. Крячок, О. І. Терещук, 2026 415 ТЕХНІЧНІ НАУКИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ № 1(43), 2026 TECHNICAL SCIENCES AND TECHNOLOGIES У минулому як платформу для повітряного гамма-зондування використовували літаки та гелікоптери. Висота польоту складала приблизно 150 м над середнім рівнем місцевості, а швидкість сягала 60 м/с [12]. Однак відомо, що роздільна здатність повітряного гамма-зондування безпосередньо залежить від висоти польоту над земною поверхнею, швидкості польоту й контрасту між фоновим випромінюванням і локалізованими джерелами [13]. Завдяки меншим швидкостям та здатності тримати низькі висоти польоту БПЛА дозволяють значно підвищити роздільну здатність радіаційного зондування. Крім того, виготовлення, приладове наповнення та експлуатація БПЛА мають значно меншу вартість у порівняні з літаками та гелікоптерами. [14]. Людство має досвід практичного застосування БПЛА для виконання гамма-зондування. Так, ці платформи використовувались для розвідки витоку радіації внаслідок цунамі на атомній станції Фукусіма у Японії [15]. Для пошуку та картографування місць захоронення ядерних відходів навколо Чорнобильської АЕС було успішно застосовано систему дистанційного радіаційного моніторингу на платформі БПЛА [16]. Елементна база та конструкція БПЛА постійно удосконалюються [17]. Покращуються навігаційні спроможності позиціонування в реальному часі й розробки технологій утримання повітряної платформи на заданому курсі [18]. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Для проведення радіаційного моніторингу застосовують БПЛА літакового і коптерного типів. Так, у роботі [19] наведено опис системи повітряного гамма-картографування на платформі БПЛА вертикального злету і посадки з фіксованим крилом. Дослідження виконуються з висоти 70 м над місцем злету зі швидкістю 15 м/с та інтервалом між галсами 20 м. На борту БПЛА знаходиться система керування польотом, GPS-приймач, LiDAR, система виявлення та класифікації гамма-випромінювання на основі сцинтилятора CsI(Tl) і напівпровідникового детектора CZT та блок живлення. Радіологічні дані зберігаються і передаються через стільниковий зв'язок на наземну станцію опрацювання даних. Виміряні інтенсивності перетворюються в потужності еквівалентної дози. Для цього використовуються функції перетворення дози, отримані за допомогою коду моделювання Монте-Карло. Значення дози корегуються за різницю висот за виміряними висотами та враховують ослаблення випромінювання повітрям і приводяться до стандартного значення температурою і тиску для виявлених енергій фотонів та перераховуються до висоти 1 м над земною поверхнею. Візуалізація оброблених даних виконується в програмі ArcGIS Pro з інтерполяцією радіометричних даних за допомогою інструменту емпіричний баєсівський кригінг. План польоту попередньо визначається пілотом за допомогою програми, встановленої на планшеті, що постачається разом з БПЛА. У статті [20] наведено опис системи з використанням платформи БПЛА коптерного типу. Система призначена для ідентифікації природних радіонуклідів. На борту БПЛА знаходяться: сцинтиляційні детектори на основі CeBr3 та NaI; система GNSSпозиціонування; інерційний вимірювальний блок; компас; лазерний (...truncated)


This is a preview of a remote PDF: https://tst.stu.cn.ua/article/download/356554/342443
Article home page: https://tst.stu.cn.ua/article/view/356554/342443

Крячок Сергій, Терещук Олексій. System for mapping radioactive contamination areas on the UAV platform, Technical sciences and technologies, 2026, pp. 415-429,