Внимание - воздух! использование БПЛА для тепловизионного мониторинга очагов самовозгорания угля Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 778.35:622.822.22:622.693:621.796 © С.А. Заверткин, 2017

Внимание - воздух! Использование БПЛА для тепловизионного мониторинга очагов самовозгорания угля

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-28-30

ЗАВЕРТКИН Сергей Александрович

Руководитель проектов ООО «Небесная механика», 109386, г. Москва, Россия, тел. +7 (903) 961-68-17, e-mail: [email protected]

В статье представлена инновационная технология мониторинга температуры поверхности штабелей угля, мест выхода угольных пластов на поверхность на разрезах и в отвалах средствами аэросъемки в дальнем ИК-диапазоне (7500-13500 нм) при помощи тепловизионного модуля, установленного на беспилотном летательном аппарате (БПЛА) мультироторного типа. Аппаратно-программный комплекс (АПК) предназначен для выявления мест нагрева угля, что позволяет принять меры до начала перехода процесса в стадию активного горения. За счет мобильности и оперативности разворачивания АПК позволяет контролировать большие территории, а средства визуального отображения и бесконтактного измерения температуры значительно упрощают контроль за состоянием объектов мониторинга. Описан опыт успешного внедрения решения на угольных складах Восточной горнорудной компании на о. Сахалин. Ключевые слова: самовозгорание, БПЛА, тепловизор, угольные штабели, беспилотники, дроны, 3D-модель, тепловизионный мониторинг.

Рис. 1. Рабочий экран монитора оператора

Беспилотн и ки, дроны, мул ьти коптеры, беспилотн ые летательные аппараты (БПЛА) - термины, которые все чаще встречаются в заголовках новостей, а вопросы регулирования применения этой техники иногда становятся предметом бурной полемики в СМИ. Если раньше эти загадочные аппараты использовались в основном военными и энтузиастами-авиамоделистами, то сегодня начинается время их активного промышленного применения. Ниже описывается опыт успешного тестирования компанией Skymec БПЛА мультироторного типа от мирового лидера в производстве коммерческих дронов РЛ на объектах Восточной горнорудной компании на о. Сахалин.

Самовозгорание угля в штабелях на угольных складах, в местах выхода пластов на поверхность на разрезах и в отвалах доставляет немало хлопот угледобывающим компаниям и предприятиям транспортной инфраструктуры. На обнаружение и борьбу с очагами возгорания приходится тратить дополнительные ресурсы, что приводит к росту издержек на содержание угольных складов, кроме того, теряется качество угля, снижается его стоимость. К сожалению, технология поиска мест нагрева и наблюдения за его динамикой зачастую не претерпела изменения еще с советских времен. Следствием этого является то, что борьба с возгоранием начинается тогда, когда процесс уже вовсю идет, в буквальном смысле пожирая

запасы готовой продукции и создавая угрозу безопасности работающих людей и порчи дорогостоящей техники.

Инновационное решение, которое было успешно внедрено на угольных складах Восточной горнорудной компании, - это мониторинг с воздуха в дальнем ИК-диапазоне (7500-13500 нм) состояния штабелей при помощи тепловизора, установленного на БПЛА. Аппаратно-программный комплекс (АПК) состоит из летающей платформы РЛ МаЫсе-100, гиро-стабилизированного подвеса Zemnuse ХТ с тепловизион-ным модулем РНК, пульта дистанционного управления и

программного обеспечения для управления летательным аппаратом, отображения и анализа видеоинформации и фотоснимков в ИК-диапазоне.

Чтобы оценить преимущества этой технологии, достаточно один раз взглянуть на рабочий экран монитора оператора (рис.1):

- наглядность - очень отчетливо видны участки с повышенной температурой;

- возможность обследования не только верхней части, но также и боковых поверхностей угольных штабелей, имеющих значительный уклон;

- информативность - есть инструмент для бесконтактного измерения температуры поверхности в интересующей точке одним касанием экрана;

- возможность мониторинга выделенной области экрана с определением максимальной, минимальной и средней температуры;

- результаты проводимого обследования можно документировать путем фото- и видеофиксации с привязкой к координатам GPS;

Основные характеристики оборудования

- возможность обследования больших территорий за короткое время;

- оперативность - время на разворачивание и предполетную подготовку занимает всего 2-3 минуты;

- возможность обнаружения не только очагов активного горения, но и мест потенциального возгорания на ранних стадиях, что позволяет вовремя принять меры для минимизации ущерба.

В процессе внедрения удалось протестировать оборудование в сложных погодных условиях в сильный мороз и ветер, но даже при температуре -30°С время полета квадрокоптера РЛ Matrice-100 составило около 30 мин., а тепловизионный модуль РНК на гиростабилизированном подвесе прекрасно справился с задачей выявления мест с повышенной температурой. По результатам обследования были скорректированы текущие мероприятия по профилактике самовозгорания угля и план отгрузки. На рис. 2 представлен квадрокоптер Matrice-100 с тепловизором во время инспекционного полета в порту Шах-терска.

Отдельно стоит рассказать о возможности построения 3Р-термокарты объекта. Использование специального программного обеспечения позволяет за счет обработки большого количества термоснимков методом фотограмметрии построить 3Р-модель рельефа, привязанную к глобальным координатам. Отличием от обычного облака точек, получаемого при помощи лазерного сканирования, является то, что на него будет наложена текстура, которая в градациях серого отображает температуру в каждой точке поверхности. Если использовать функцию «Изотерма», то участки с аномальной температурой будут выделены цветом. На рис. 3 представлена 3Р-модель угольного склада с четко различимыми местами нагрева.

В итоге получается очень удобное средство визуализации текущего состояния контролируемого объекта да еще и с привязками к координатам, что крайне важно для принятия управленческих решений. При регулярной съемке одного и того же объекта появляется возможность контроля за динамикой процессов нагревания и прогнозирования возникновения очагов возгорания.

Возможность выполнения аэрофотосъемки в автономном режиме (без участия оператора) по заранее подготовленным маршрутам дает возможность автома-

Платформа (квадрокоптер) DJI Matrice-100

Точность зависания, м:

- вертикальная 0,5

- горизонтальная 2,5

Максимальная скорость, м/с:

- взлета 5

- снижения 4

Масимальная скорость полета, м/с 22

Расстояние от мотора до мотора 650

по диагонали, мм

Максимальное сопротивление 10

скорости ветра, м/с

Взлетная масса, г 3400

Модель подвеса ZENMUSE XT

Точность удержания оси, градус ±0,03

Углы вращения, градус:

- по оси наклона От +35 до -90

- по оси поворота ±320

- по оси крена ±15

Тепловизор Неохлаждаемый VOx

микроболометр

Цифровой формат видео 336 х 256

Спектральный диапазон, мкм 7,5 - 13,5

Рабочая температура, °С От -10 до +40

2. Квадрокоптер Mat

тизировать процесс подготовки исходных материалов для обработки, свести к минимуму риски ошибки пилота.

Стоит особо отметить, что в оборудовании производителем заложена возможность онлайн-трансляции видеоизображения по локальной сети или через сеть Интернет. Это позволяет осуществлять мониторинг состояния нескольких территориально разнесенных (хоть в разных уголках страны)объектов из единого центра. Видеоизображение может регистрироваться в центре мониторинга и потом использоваться для оценки эффективности и контроля за работой соответствующих служб на местах.

Выводы большие территории угольных складов и существенно

Использование тепловизионного мониторинга с воз- повысить оперативность выявления очагов самовозго-духа при помощи БПЛА позволяет легко контролировать рания угля.

ООО «НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА»

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ПОСТАВКИ ТЕХНИКИ ОЛ В РОССИЮ.

ОПТОВЫЕ ПРОДАЖИ, ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ, СБОРКА. ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОБУЧЕНИЕ ПИЛОТИРОВАНИЮ, СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.

+7 495 668-1141 | [email protected]

БОЛЬШЕ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИИ НА САЙТЕ

www.skymec.ru

SAFETY

UDC 778.35:622.822.22:622.693:621.796 © S.A. Zavertkin, 2017

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 6, pp. 28-30 Title

ATTENTION - AIR! UAV USE FOR THERMAL IMAGING MONITORING OF COAL SPONTANEOUS COMBUSTION AREAS DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-28-30

Author

Zavertkin S.A.1

1 Skymec, LLC, Moscow,109386, Russian Federation Authors' Information

Zavertkin S.A., Project Manager, tel.: +7 (903) 961-68-17, e-mail: [email protected] Abstract

The article presents an innovative technology of coal stockpiles surface temperature monitoring, as well as places of coal seam openings and slagheaps by means of aerial survey in far IR range (7500 - 13500 nm) with thermal imaging module based on multi-rotor UAV. Hardware-software complex (HSC) is designed to discover places of coal heating thus making possible to take early steps before the stage of active burning. Due to its mobility and quick deployment the HSC makes possible to monitor large areas while visual indicators and noncontact thermometer make the monitoring procedure easy. The successful trials on coal warehouses of East Mining Company Limited is desrcibed.

Keywords

Spontaneous combustion, UAV, Thermal imaging camera, Coal stockpiles, Drones, 3D model, Thermal imaging monitoring.

Рис. 3.30-модель (термокарта) угольного склада

т

skymec

30

ИЮНЬ, 2017, "УГОЛЬ"