🥇Как мы летали на дронах по мусорным полигонам и искали утечки метана

Карта полёта, отмечены точки с концентрацией метана свыше 3 000 ppm*m. И это много!

Представьте себе, что у вас есть мусорный полигон, который время от времени дымит и воняет. Связано это с тем, что при гниении органики образуются различные газы. При этом образуется не только метан, но и совсем ядовитые газы, поэтому полигоны ТБО иногда нужно обследовать.

Обычно это делается пешим обходом с носимым детектором метана, но на практике это очень сложно, долго и вообще не особо нужно владельцам мусорного полигона.

Зато это нужно правительству города, муниципальным властям, области и т. д., где находится полигон или санкционированная свалка, экологам и простым людям, которые хотят дышать чистым воздухом.

Услуга автоматизированного замера уровня метана с помощью дронов очень востребована в Европе.

Мы, с нашими партнёрами из компании Пергам, провели совместную работу в этом направлении и получили интересный результат.

Чем регулируется?

Нормативная база по полигонам ТБО — инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твёрдых бытовых отходов (утв. Министерством строительства РФ 2 ноября 1996 г.), санитарные правила СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твёрдых бытовых отходов» (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30 мая 2001 г. № 16), концепция обращения с твёрдыми бытовыми отходами в Российской Федерации МДС 13-8.2000 (утв. Постановлением Коллегии Госстроя РФ от 22 декабря 1999 г. № 17), СанПиН 2.1.6.1032-01. 2.1.6. Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений, санитарная охрана воздуха. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населённых мест (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 17.05.2001).

Предельно допустимые концентрации по этому набору документов такие:

Вещество

ПДК, мг/м3

Максимально разовая

Среднесуточная

Пыль нетоксичная

0,5

0,15

Сероводород

0,008

—

Окись углерода

5,0

3,0

Окись азота

0,4

0,06

Ртуть металлическая

—

0,0003

Метан

—

50,0

Аммиак

0,2

0,04

Бензол

1,5

0,1

Трихлорметан

—

0,03

4-хлористый углерод

4,0

0,7

Хлорбензол

0,1

Типичный состав биогаза:

Вещество

Метан, CH4

50–75

Углекислый газ, CO2

25–50

Азот, N2

0–10

Водород, H2

0–1

Сероводород, H2S

0–3

Кислород, O2

0–2

Выделяется биогаз до 12–15 лет, причём после второго года — в основном только метан или только углекислота (либо их смесь).

Как ищут утечки сейчас

Чтобы найти места выхода метана на мусорных полигонах, используется труд обходчиков. Берут ручной газоанализатор (в простонародье — «нюхач») и ещё одну штуку, похожую на зонт, обходчик выбирает место на полигоне. Устанавливает там небольшой купол и ждёт, пока под куполом накопится некая концентрация газа. Измеряет уровень концентрации с помощью газоанализатора и фиксирует показания прибора. После этого он передвигается в другую точку для следующего замера. И так далее.

Процесс довольно простой, но очень неэффективный с точки зрения количества произведённых замеров в единицу времени. Добавим сюда человеческий фактор и адские условия работы обходчика, который вынужден часами ходить по смердящему полигону (наверно, всё-таки используя средства индивидуальной защиты).

Дрон нам в помощь

В конце 2018 года на выставке INTERGEO 2018 (Франкфурт) мы познакомились с технологией Пергам и их опытом полётов на дронах над полигонами ТБО. Ребята стали использовать для поиска утечек дрон с установленным на нём дистанционным лазерным детектором метана. На борту дрона поставили логгер, который пишет все показания детектора. По завершении облёта информация с логгера переносится на компьютер в виде табличных данных для анализа. Если где-то есть превышение концентрации метана, дрон отправляют на эту точку ещё раз для фотосъёмки места утечки.

К тому времени ребята из Пергам уже совершили ряд облётов полигонов ТБО, причём поняли, что летать легально довольно просто. Получился следующий процесс:

Такие облёты дронами обычно согласовываются за две недели после соблюдения юридических формальностей: получения разрешения собственника территории, утверждённого авиационными властями и администрацией области плана полёта. Заявку на установку местного режима полётов отправляют в зональный центр (ЗЦ) за три-пять дней до начала работ, план полётов отправляют за день до начала работ. В день начала работ необходимо позвонить за два часа в ЗЦ, перед взлётом нужно позвонить во все ответственные органы. Ответственные органы определяются по общей карте «Воздушное пространство Российской Федерации» (ВП РФ). Вроде скоро выйдут изменения, и можно будет летать на высотах до 150 метров в пределах прямой видимости.
Каждый раз полёт начинается с замера направления и скорости ветра, атмосферного давления. Если скорость ветра больше четырёх метров в секунду, то не летают, потому что результат получается непредсказуемым: обнаружить утечку можно не в том месте (физически снесёт в другую сторону).
Оператор дрона на месте сам минимизирует количество поворотов и рассчитывает время полёта примерно на 25 минут. В целом можно сократить время полёта от 5 до 20 % в зависимости от метеоусловий.
Начинать полёты лучше с подветренной стороны для того, чтобы сканирование происходило по ветру.
Достаточная для поиска утечек высота полета дрона — 15 метров.
Если есть разрешение на аэрофотосъёмку, то можно фотографировать место выброса тепловизором и в видимом диапазоне.

По сравнению с работой обходчиков — прорыв! Но в работе детектора, применённого Пергамом для облётов, был существенный недостаток: отсутствие канала связи между детектором и оператором во время полёта. Информацию об утечках можно было получить только после приземления дрона.

Пергам + КРОК + SPH

К моменту знакомства с Пергам у КРОК как раз появился бортовой вычислитель для дрона DJI Matrice 600, который к тому же мог транслировать телеметрию через DJI LightBridge 2. Пергам сразу заинтересовался продуктом и предложил сделать интеграцию downlink для их продукта — дистанционного детектора метана LMC для дрона.

В результате появилась совместная разработка КРОК (Россия), Пергам-Инжиниринг (Россия) и SPH Engineering (Латвия, производитель софта UGCS) — комплекс LMC G2 DL (Laser Methane Copter Generation 2 with Downlink). Это второе поколение программно-аппаратного комплекса для обнаружения утечек метана (CH4).

В составе решения — дрон DJI Matrice 600 взлётной массой 11 килограмм, оборудованный дистанционным лазерным детектором метана и бортовым компьютером. Новое ПО позволяет точно прописать траекторию полёта на заданной высоте и с необходимой скоростью, моментально среагировать в случае обнаружения утечки метана, точно локализовать место и своевременно принять меры.

Теперь процесс такой:

1. Чтобы не пропустить и маленького кусочка полигона, полётный план создаётся в софте UgCS. Это занимает минуты. При этом делать можно в тёплом офисе и не морозить себе… руки.

Полётный план дрона в программном обеспечении UgCS.

2. Дальше оператор готовит дрон на точке взлёта на полигоне. И через мобильное приложение UgCS запускает полёт.

Концентрация в норме.

Обнаружена утечка.

3. Далее благодаря нашему бортовому компьютеру показания детектора метана в режиме онлайн отправляются в мобильное приложение. При этом бортовой компьютер на случай потери связи с землёй все показания с прибора фиксирует на SD-карте.

4. Все превышения уровня концентрации метана можно сразу отмаркировать на карте. Ты больше не тратишь время на постпроцессинг для локализации места утечки.

5. Профит!

Комментарий эколога КРОК:

Закона о том, что свалка должна официально фиксировать какие-то утечки, — нет, но метан — это парниковый газ, а парниковые газы у нас уже лет 20 запрещены. Есть Киотский протокол, и в рамках проекта «Чистый воздух», который относится к нацпроекту «Экология», скорее всего, будет закон о квотировании. И этими квотами начнут торговать. И каждая компания должна понимать, есть ли у них возможность минимизировать или контролировать выбросы.

Надзорный орган — Росприроднадзор. Сам по себе полигон — это инженерное сооружение, то есть должен проходить Главгосэкспертизу. Там производственно-экологический контроль. Частота этого контроля устанавливается в зависимости от опасности и у каждого конкретного полигона. Допустим, каждые три месяца приезжает лаборатория и что-то меряет — обычно воду, почву, воздух. Хорошие полигоны сами устраивают себе трубопроводы для свалочного газа и этот газ используют для своих нужд. Обычно там от 40 процентов метана. Если взорвётся, будут и разрушенные коммуникации, возможно, человеческие жертвы, мощный выброс… И тогда в отношении владельца возбудят уголовное дело. И никто в этом не заинтересован. Дрон в том же Красноярске, например, очень обоснован экономически. Два человека плюс охранник с ружьём (серьезно — там медведи), вездеход, который ломается раз в 20—40 км, проживание, северные суточные.

Дроны могут использоваться много где. Сжечь помехи на троллее, оросить поле, сбросить плот утопающему, пролететь через пожар и найти всех людей, отслеживать браконьеров или искать плантации конопли, делать инвентаризацию на складе — это сколько угодно. И вообще, всё то, что позволит ваша фантазия. Нам интересны новые задачи, и мы можем и хотим попробовать решить вашу задачу. Ну и если у вас есть задача по поиску утечек, с меня пилотный проект по самой интересной. Почта — [email protected].

Ссылки

Источник: habr.com