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

Продукт

Разработчики:	ПНИПУ Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет, Беспилотные авиационные системы (БАС)
Дата премьеры системы:	2023/11/01
Технологии:	Интернет вещей Internet of Things (IoT), Робототехника

Основные статьи:

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 Партнерство под крылом «Колибри-АРМ» 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).

Источник — «https://state.tadviser.ru/index.php/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82:%D0%9F%D0%9D%D0%98%D0%9F%D0%A3_%D0%B8_%D0%91%D0%90%D0%A1:_LaserHub%2B_%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE-%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%B5%D0%B9%D1%81_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B2%D1%8B%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B2_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%D1%81_%D0%BF%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%89%D1%8C%D1%8E_%D0%91%D0%9F%D0%9B%D0%90»