В Перми создали более дешевый аналог интерфейса для БПЛА, чтобы измерять выбросы метана

Выбросы метана – проблема многих отраслей промышленности, сельского и городского хозяйства. Этот газ ускоряет процесс глобального потепления и загрязняет окружающую среду. Важно находить и контролировать источники выбросов метана, чтобы определять ущерб, по возможности сокращать и устранять его.

Наземный мониторинг осложняется тем, что территории выбросов труднодоступны, представляют опасность для человека и занимают большие площади.А применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) – дорого, в том числе из-за зарубежного коммерческого ПО. Ученые ПНИПУ и специалисты по аэросъемке из ООО «Беспилотные авиационные системы» разработали программно-аппаратный интерфейс, который делает дистанционный мониторинг более экономичным, простым и удобным в применении для конечного пользователя.

Исследование опубликовано в журнале «Drones», 2023. Разработка проводилась при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2020-0024).

Ученые ПНИПУ и специалисты по аэросъемке решили мониторить метановые выбросы через показатели состава воздуха в реальном времени при помощи бортовых приборов беспилотника. Для этого 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.

Отображение показаний детектора LMm в интерфейсе программы Mission Planner

Для определения концентрации метана в воздухе выбрали популярный в данной сфере 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 изменению метеорологических условий в отличие от электрохимических датчиков, на их показания не влияет нисходящий поток воздуха, создаваемый винтами мультироторных БПЛА.

Чтобы интегрировать БПЛА и лазерный детектор 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.

Раньше пользователю, который хотел получить точную карту концентраций газа, приходилось покупать изделие за 600-700 тыс. рублей, теперь можно взять LaserHub+, его себестоимость – 2,5 тыс. рублей.

Подключение детектора LMm (слева) к полётному контроллеру (в центре) через LaserHub+ (справа)

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.

– Модуль LaserHub+ представляет собой более простую, чем известные существующие комплексы, конструкцию. Конечный 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.

Разработанное техническое решение протестировали в ходе газовых съёмок полигонов и свалок твёрдых коммунальных отходов и убедились в его эффективности.

Исследования выбросов метана требуют применения современных методов и технических средств измерения концентрации газа в воздухе. Разработанный учеными ПНИПУ и специалистами ООО «Беспилотные авиационные системы» программно-аппаратный интерфейс LaserHub+ доступен, прост в использовании и универсален, поскольку может работать с другими беспилотниками вертолетного типа и другими моделями лазерных детекторов.

Внутреннее устройство LaserHub+