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



    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:

    1. 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.
    2. 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).
    3. 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.
    4. Начинать полёты лучше с подветренной стороны для того, чтобы сканирование происходило по ветру.
    5. Достаточная для поиска утечек высота полета дрона — 15 метров.
    6. 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 — ALevandovskiy@croc.ru.

    Ссылки


    КРОК
    408,82
    IT-компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 45

      +2
      На какой высоте летит дрон и учитывается ли ветер? Ведь утечка может быть не там, где обнаружена. В пределах допустимого ветра в 4 м/с облако может также снести далеко.
        0
        Достаточная для поиска утечек высота полета дрона — 15 метров.
          +3
          15-25 метров. Дрон летит с поправкой на ветер, т.е. чуть со смещением.
          Тут речь не о разовом выбросе, а постоянной утечке. Естественно если облако снесет, его не найти.
            0
            Я конечно теоретизирую, но вот как бы я решал эту проблему. Во первых, если у нас устойчивый ветер в одном направлении, то обнаружить место выхода метана не составляет труда — обнаружив лазером высокую концентрацию под собой, просто летим против ветра. Если же ветер постоянно меняется, то мне кажется можно применить следующий трюк (не уверен, что в реальности такое возможно): для стабилизации своего положения в пространстве дрон должен прикладывать усилия для борьбы с ветром, по этим усилиям мы можем понять куда и с какой силой дует ветер. Если залогировать все изменения в силе и направления ветра, то обнаружив под собой метан, мы сможем с помощью собранных данных по ветру просчитать в обратном порядке какой путь прошло это облако метана, прежде чем попало на это место и, пройдя дроном по этому пути, возможно найти место утечки. Вообще же думаю, что всё решается проще — ведь дрон так и так должен пройти над всей свалкой, а значит в местах прохода над источниками метана будет зарегистрирована самая высокая концентрация.
            0
            А не проще и главное надёжнее с помощью дрона тот же «нюхач» по заданным точкам перемещать? Ветер даже в 4 метра в секунду может серьёзно искажать картину, хотя район поиска таким образом можно существенно сузить.
              +1
              судя по описанию в статье, для нюхача надо устанавливать зонт, под которым должны копиться газы. так себе геморойчик для дрона
                +1
                Нюхач нужно перемещать очень близко к земле, чтобы определять газ с заданной чувствительностью, скорее всего машину потеряете от столкновения с торчащими частями мусора. Наш прибор обнаруживал метан дистанционно, но определял концентрацию непосредственно у поверхности земли, где еще не разбавилось воздухом.
                +2
                а поток ветра от 4х винтов — не уменьшает концентрацию газа? или лазерный измеритель вперед смотрит?
                  +1
                  Если бы мы летали с нюхачом, то мешал бы. Но мы летаем с лазерным дистанционным прибором, у которого пятно падает на поверхность земли на расстоянии 25 метров от винтов. Там уже турбулентности нет никакой.
                    0
                    del
                  0
                  а какой дистанционный лазерный детектор метана используете?
                  –1
                  свалки не перемещаются так быстро чтоб за ними дрон гонялся, несколько стационарных датчиков с солнечными панелями по периметру и не надо писать письма с планами полета.
                    +2
                    Свалок много и площадь, а значит и периметр их может быть большой — потребуется слишком много датчиков, чтобы всё покрыть. Их надо либо оставлять на постоянку, тогда они на порядки дороже одного дрона выйдут (с учётом солнечных батарей так уж точно). Плюс свалки имеют тенденцию расти. Опять же, если выставлять датчики на время, то этим должен кто-то заниматься — ставить/убирать их.
                      +1
                      Площадь свалки обычно 60-70 гектар, утыкать ее стационарными не получится, дорого и неэффективно, там же техника ездит постоянно.
                      0
                      А кака точность в итоге требуется, для определения места выброса? ± лапоть или конкретная точка в мусоре? И что с ней потом делают?
                        +2
                        +-1.5 достаточно. Потом на место приходит бригада, втыкает трубу и отправляет газ на сжигание. Либо восстанавливает там прорванную отсыпку.

                          –1
                          А приходит ли?
                          Или: «померили? ну и валите отсюда»!

                          >>восстанавливает там прорванную отсыпку.
                          Т.е. газ «укупоривают» в земле, авось сам потихоньку рассосётся?
                            +1
                            После полетов начались работы по дегазации, ради этого нас вызывали.
                              +1
                              Кстати, а требований по взрывобезопасности дронов вам не предъявляли? Если прямой выброс метана в воздух — это уже взрывоопасная среда, там определенные нормы действуют.
                        +4
                        План полета в Росавиации, разрешение в органах местного самоуправлени — неужели все делали?
                          0

                          Моделисты делают, но процедура ооочень долгая, уходит куча бумаги, времени и немного денег. В свете этого фантазии ТС на тему "сбросить плот утопающему" совсем сказочные. Ждём поправок в законе.

                          +1

                          А страхуется ли как-нибудь ответственность оператора дрона? Кто будет оплачивать потерю дорогостоящего аппарата в случае нештатной ситуации, например, столкновения со стаей ворон, постоянно летающих над полигоном?

                            +2
                            Сейчас все больше страховых компаний предоставляют услуги по страхованию беспилотников. Например, вот тут можно рассчитать стоимость страхового полиса для беспилотника онлайн.
                              +1
                              Это вроде бы страхование ответственности, а не самого дрона с оборудованием…
                                +1

                                Да, но это страхование ответственности перед третьими лицами, а я имел в виду страхование самой аппаратуры — дрона и сенсора. Особенно последнего, потому что беглый поиск показал, что лазерные датчики метана стоят по несколько миллионов рублей.

                                  +1
                                  Страховая компания заключает контракт с сервисным центром компании производителя сенсора и получает данные по отказам данного оборудования. На основе этой информации страховая компания сама рассчитывает стоимость страховки, обычно сумма составляет от 10% стоимости оборудования.

                              –1
                              Некорректно пишите.
                              Типа с одной стороны нюхач с зонтиком, с другой дрон с лазерной приблудой.
                              Во-первых просто дайте лазерную приблуду человеку для начала, мож и дрон не понадобится. если эта байда бьет до 25 метров, то за измерение 0,2га покрывает.

                              Во вторых, квадрокоптер юзаете? Хотя для такой задачи более подходит самолетоподобный дрон, так как зависать на месте не надо. Костыль.
                                +1
                                Человеку ходить там не приятно + опасно. Воняет там жутко.

                                Самолетный не подойдет из-за скорости полета.
                                  0

                                  Какая максимально возможная скорость полёта для измерений?

                                    –1
                                    скорость света, раз измеритель лазерный? )))
                                      +1
                                      8 м/с.
                                      0
                                      Но сейчас ведь ходят, а с лазерным измерителем ходить понадобится намного меньше. Росавиация и оператор дрона не нужны.
                                        0
                                        Человеку ходить там не приятно + опасно. Воняет там жутко.

                                        Во-первых, есть «там» — это у нас, в России, то ходят. Хотя вот дочитал до медведей… ну, с медведями наверное действительно опасно. Но вот я как-то плохо себе представляю полигон, по которому бродят медведи, потому что туда везут несортированный мусор с органикой и потому что у него нет забора положенного по СанПину и пересыпки грунтом раз в три дня, т.е. полный помоечный бардак и измерения метана для сокращения выбросов парниковых газов.

                                        Во-вторых, вы всё-таки определитесь — или жутко воняет или состав биогаза в основном метан и СО2.
                                          +1
                                          Я бывал на свалке ТБО лет десть назад. Там не воняет, там смердит откровенно, голова потом чугунная. Вонь не отменяет метан и наоборот.
                                          Медведей не видел, а вот собак там хватает. Так что да, опасно.
                                          Да и бродить по мусорным кучам, думаю, тоже не легкая прогулка, там и трактора застревают и проваливаются.
                                            0
                                            Видимо это была какая-то дикая свалка. В смысле нелегальная. На легальную, как у нас в Шатуре, заезжают в день большегрузов машин по сорок в день, каждая тонн по 30, и ездят трактора — трамбовщики, так что все эти воробьёвы горы относительно плотные. Со смердением отдельная история, оно распространяется на город волнами, как правило при слабом ветре, так что за 2 км от свалки может вонять в одном месте на 7этаже, а у земли не так сильно, или наоборот. Или отходишь на 10 метров — и появляется или пропадает вонь.
                                              0
                                              Легальная, но тогда их еще не контролировали толком. Это далеко не Москва. Очень далеко.
                                                0
                                                В Подмосковье свалки контролируют. Но только в смысле «контролирует мусорная мафия»
                                                Вот примерно так youtu.be/Qm21SgORioA
                                      +4
                                      а как лазерный детектор газов работает? Хотя бы общий принцип…
                                        +3
                                        Принцип измерения основан на свойстве метана поглощать инфракрасное излучение лазера на определенной длине волны. Лазерный луч, направленный на объекты контроля частично отражается. Устройство принимает этот отраженный поток излучения и измеряет степень его поглощения.
                                        0
                                        А что делают с утечками после обнаружения?
                                          0
                                          В этом месте вводят трубку для дегазации свалки.
                                          +1
                                          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

                                          Даже тут нет рабочего и справедливого закона ?!
                                            0
                                            Правительству города, муниципальным властям и области это нафиг не нужно :-(
                                            Если всё это в РФ.
                                            +1
                                            Очень интересно.
                                            1. Как минимум еще несколько газов, которые входят в состав свалочного газа можно измерять подобным образом. И не обязательно свалочного. (для справки: NDIR) Есть ли на деле подобные датчики, которые могут измерять на расстоянии десятков метров метров с приемлемыми габаритами и ценой — не скажу. К сожалению, в Википедии нет данных о том, что таким образом можно измерять этилмеркаптан — предположительно основной ощущаемый газ в составе свалочного при отсутствии сероводорода.

                                            2. Напрашивается сделать устройство сканирования, таким образом чтобы увеличить ширину охватываемой полосы за один пролёт, уменьшая тем временем время пролёта и сокращая вероятности столкновения с птицами и сбития из берданки дружелюбными работниками свалки).
                                            Если бы все NDIR детекторы из п1. удалось засунуть в одно сканирующее устройство — это бы бы было мегакруто.

                                            3. кроме дорогих «дистанционных» датчиков, на дрон можно навесить и «обычных» дешевых, которые измеряют концентрации в месте своего расположения. Для полного комплекта добавляем радиационный датчик — получится летающая лаборатория по выявлению источников загрязнения атмосферного воздуха

                                            4. проблема только в том, все это не нужно ни владельцам полигонов и мусоросжигающих заводов, ни власти. В том числе и потому как, по СанПину:
                                            3.2. Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона 500 м. Кроме того, размер санитарно-защитной зоны может уточняться при расчете газообразных выбросов в атмосферу. Границы зоны устанавливаются по изолинии 1 ПДК, если она выходит из пределов нормативной зоны.

                                            Если регулярно измерять эту самую«изолинию ПДК», то границы защитной зоны нужно будет изменять и полигон закрывать.

                                            5. К сожалению, нашим гражданам вот это всё тоже не очень сильно нужно.

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое