ПНИПУ и БАС: LaserHub+
Программно-аппаратный интерфейс для измерения выбросов метана с помощью БПЛА

Основные статьи:

• Роботы (робототехника)
• Что такое интернет вещей (Internet of Things, IoT)

2023: LaserHub+

Ученые ПНИПУ и специалисты по аэросъемке из ООО «Беспилотные авиационные системы» разработали программно-аппаратный интерфейс, который делает дистанционный мониторинг более экономичным и простым в применении для конечного пользователя. Об этом 1 ноября 2023 года сообщили представители ПНИПУ.

Квадрокоптер X-FLY с детектором метана LMm

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.

Внутреннее устройство LaserHub+

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 лазерный детектор Laser Methane mini. Его отличают малый вес, широкий диапазон измерений, оптимальная 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. Себестоимость LaserHub+ составляет 2,5 тыс. 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.

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

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. рассказал Тимофей Филькин, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий ПНИПУ

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 «Сколково» и TAdviser определили лидеров российского рынка систем управления производственным процессом 5.9 т средств измерения концентрации газа в воздухе. Разработанный учеными ПНИПУ и специалистами ООО «Беспилотные авиационные системы» программно-аппаратный интерфейс LaserHub+ доступен и универсален, поскольку может работать с другими беспилотниками вертолетного типа и другими моделями лазерных детекторов.

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