Исследователи из Технического университета Мюнхена разрабатывают автономную систему мониторинга вулканических газов, которая позволит беспилотникам самостоятельно выполнять регулярные полеты к кратерам действующих вулканов. Главная цель проекта — сделать наблюдения безопасными и практически непрерывными.
Результаты исследования были обнародованы в ходе доклада на геофизической конференции EGU-26 (European Geosciences Union) в Вене. С различными аспектами работы можно ознакомиться на портале препринтов arXiv (здесь и здесь) и в публикации в журнале IEEE Sensors Letters.
Вулкан — полигон для роботов
В основе комплекса лежит беспилотник с датчиками диоксида серы (SO2) и углекислого газа (CO2). Именно соотношение этих газов считается одним из наиболее важных признаков изменений в магматической системе. По мере подъема магмы к поверхности характер газовыделения меняется, поэтому регулярные измерения помогают оценивать вероятность будущего извержения.
Чтобы получать достоверные данные без участия «белкового» оператора, ученые создали автоматическую калибровочную станцию. Перед вылетом датчики проходят автоматическую проверку с использованием эталонной газовой смеси, после чего дрон может отправиться к вулкану. Такой подход позволяет поддерживать стабильную точность измерений даже при длительной автономной эксплуатации.
Газовое облако превратят в трехмерную карту
Одних точечных измерений недостаточно, поскольку вулканические шлейфы постоянно меняют форму под действием ветра. Поэтому исследователи дополнили систему компактным спектрометром на основе технологии DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), который вместе с алгоритмами обработки данных позволяет строить пространственные карты распределения газов и оценивать их потоки.
В перспективе рядом с вулканом Этна планируется установить автоматическую станцию с возможностью зарядки беспилотника. Это позволит выполнять повторяющиеся полеты практически без участия человека и получать информацию почти в режиме реального времени.
Томография «на удаленке»
Параллельно специалисты работают и над другой технологией — газовой томографией. Вместо отбора проб непосредственно внутри облака лазерное излучение проходит через газовый шлейф, отражается от дрона и затем анализируется алгоритмом. Такой метод помогает избежать проблемы, возникающей из-за воздушных потоков от винтов беспилотника, которые могут рассеивать облако и искажать результаты измерений. Испытания показали, что построенные карты распределения CO2 соответствуют данным наземных измерений.
По словам участников проекта, в дальнейшем полностью автономные станции смогут значительно увеличить частоту наблюдений за вулканами, уменьшить риск для ученых и ускорить получение данных, необходимых для оценки вулканической опасности.
В долгосрочной перспективе установка автономной станции для дронов на Этне позволит выполнять повторяющиеся автоматические измерительные полеты и получать данные почти в реальном времени.
Мариус Шааб
Вулканические газы часто меняют состав раньше, чем появляются заметные признаки извержения, поэтому их мониторинг считается одним из наиболее информативных методов наблюдения за активными вулканами.
Современные беспилотники уже способны собирать данные в местах, куда человеку приближаться смертельно опасно. При этом продолжительность полета составляет считанные минуты, тогда как пеший подъем к кратеру может занимать несколько часов.
Недавно мы рассказали, как достоверно определить, будет ли вулканическое извержение взрывным или спокойным.
Источник: hi-tech.mail.ru