В Перми разработали дешевый интерфейс для мониторинга выбросов метана с помощью БПЛА
Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ, участник НОЦ «Рациональное недропользование») совместно со специалистами по аэросъемке из ООО «Беспилотные авиационные системы» разработали дешевый аналог интерфейса для использования беспилотных летательных аппаратов, измеряющих выбросы метана.
Такие выбросы – проблема многих отраслей промышленности, сельского и городского хозяйства. Этот газ ускоряет процесс глобального потепления и загрязняет окружающую среду. Традиционный — наземный — мониторинг выбросов несет целый ряд рисков, связанных с удаленностью, труднодоступностью и опасностью мест выброса для человека. Вместе с тем мониторинг с помощью БПЛА — перспективный метод, но его развитие в значительной степени ограничивает зависимость от дорого зарубежного коммерческого ПО.
Ученые ПНИПУ и специалисты «Беспилотных авиационных систем» разработали программно-аппаратный интерфейс, который делает дистанционный мониторинг более экономичным, простым и удобным в применении.
Исследователи предложили мониторить метановые выбросы, измеряя показатели состава воздуха в реальном времени при помощи бортовых приборов беспилотника. В качестве базы они использовали БПЛА на базе открытой архитектуры – квадрокоптер X-FLY (Россия) с полётным контроллером Pixhawk Cube Black. Его масса с батареей составила 3,8 кг, продолжительность полёта с полезной нагрузкой 0,5 кг при нормальных условиях – 25 мин. Для определения концентрации метана в воздухе использовался популярный лазерный детектор Laser Methane mini. Его отличают малый вес, широкий диапазон измерений, высокая чувствительность и скорость измерений. Лазерные детекторы способны за одно измерение получать информацию обо всей приземной воздушной толще над заданной точкой земной поверхности. Они нечувствительны к метеорологических условий в отличие электрохимических датчиков, на их показания не влияет нисходящий поток воздуха, создаваемый винтами мультироторных БПЛА.
Квадрокоптер X-FLY с детектором метана LMm
Для интеграции БПЛА и лазерного детектора метана, исследователи создали специальный программно-аппаратный интерфейс под названием LaserHub+. Инженеры изучили зарубежные аналоги, провели реверс-инжиниринг (разбор готового устройства на его составляющие), расшифровали потоки данных с детектора и создали отечественный аналог.
Внутреннее устройство LaserHub+
В отличие от существующих на рынке БПЛА для оценки метана стоимостью 600 — 700 тыс. рублей, модуль LaserHub+ стоит порядка 2 500 рублей. Он передает данные и координаты измерений концентрации метана от детектора к беспилотнику, а затем – на наземную станцию управления в режиме реального времени. После этого данные газовой разведки можно легко извлечь в формате листа Excel и проанализировать в специализированных программах.
Отображение показаний детектора LMm в интерфейсе программы Mission Planner
Разработанное техническое решение протестировали в ходе газовых съёмок полигонов и свалок твёрдых коммунальных отходов и убедились в его эффективности. Стоит отметить, что программно-аппаратный интерфейс LaserHub+ доступен, прост в использовании и универсален, поскольку может работать с другими беспилотниками вертолетного типа и другими моделями лазерных детекторов.
– Модуль LaserHub+ представляет собой более простую, чем существующие комплексы, конструкцию. Пользователь может самостоятельно собрать ее из доступных комплектующих по готовым чертежам и программным кодам. Использование LaserHub+ позволяет обойтись одной бесплатной общедоступной программой для настройки оборудования, планирования полётов и извлечения собранных данных вместо комплекса специализированных коммерческих программ, – рассказывает кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий ПНИПУ Тимофей Филькин.
Подключение детектора LMm (слева) к полётному контроллеру (в центре) через LaserHub+ (справа)
Исследование опубликовано в журнале «Drones», 2023 Разработка проводилась при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2020-0024).
Напомним, недавно, Пермский НОЦ выступил со-организатором форума «Аэронет 2035. Пермь», а также является одним из драйверов создания в Пермском крае научно-производственного центра по беспилотии.
