Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров



Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров
Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров
Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров

Владельцы патента RU 2625602:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) (RU)

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара георадаром, установленным на платформе робота. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, георадар устанавливают на платформу робота, которую перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществляют георадарное профилирование на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в роботе для проведения разведки подземных торфяных пожаров, содержащем шасси на гусеничном ходу, силовые агрегаты, системы управления и наблюдения и передачи данных от проведенного наблюдения в режиме реального времени, и платформу, на последней установлен георадар для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Технический результат – обеспечение обнаружения границ локализации подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа в зонах, где размещение традиционных видов наземной техники крайне опасно. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара георадаром, установленным на платформе робота.

В заявляемом техническом решении георадар, размещенный на платформе робота, перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, в результате чего осуществляют георадарное профилирование всех слоев отложений торфяного пласта на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.

Известен способ установления местоположения лесного пожара (Патент RU №2379077, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 20.01.2010).

Способ включает выделение наиболее пожароопасных участков торфяников, размещение по площади участков вертикальных скважин, установку в скважины перфорированных труб, заполнение труб дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов, патрульное наблюдение дыма, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте. Перед установкой в скважины на внутренние поверхности перфорированных труб слоем от 4 до 7 мм наносят гидрофобный воспламеняющийся материал. В качестве гидрофобного материала применяют битум или тяжелые фракции крекинга нефти.

Однако применение этого способа ограничивается доставкой тяжелой бурильной техники, автомобильной или автотракторной техники высокой проходимости для доставки труб и т.п. по пересеченной местности к месту возгорания торфяников.

Известны способ предотвращения или обнаружения и тушения торфяных пожаров и установка для реализации способа (Патент RU №2530397, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 10.10.2014). Способ включает в себя определение области очага саморазогрева торфа путем измерения температуры в торфе по крайней мере в шести точках, приготовление инертного газа по технологии мембранной сепарации воздуха и его подачу под давлением в указанную область. Измерение температуры и подачу инертного газа в торф выполняют с помощью торфяных стволов-термозондов, каждый из которых выполнен в виде торфяного ствола, снабженного по крайней мере двумя датчиками температуры.

Установка работает следующим образом.

Установку размещают вблизи торфяника или торфяного склада, включают контроллер и вводят в него координаты места размещения установки (град, и мин. широты и долготы), чем обеспечивают точную географическую привязку месторождения торфа или склада, на котором проводится профилактика предпожарной ситуации или тушение пожара. После этого втыкают в начало торфяника или торфяного склада первый торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.

Контроллер опрашивает датчики температуры первого торфяного ствола-термозонда, определяя абсолютные значения температур торфа в двух точках, вычисляет затем градиент между ними. Если полученные данные не превышают допустимых значений, то контроллер вычисляет место установки второго (следующего) торфяного ствола-термозонда и выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений. В указанную позицию втыкают второй (следующий) торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.

Указанный процесс повторяют до тех пор, пока не будет прозондирован весь торфяник или склад, а его «образ» (географический и тепловой) будет зафиксирован в памяти контроллера.

При этом если по превышению измеренных абсолютных значений температуры и/или градиента температуры контроллер обнаруживает «предпожарное» состояние или пожар, то он, управляя компрессором, сепаратором и регуляторами расхода и давления, подает в соответствующий торфяной ствол-термозонд азот под регулируемым давлением от 2 до 10 атм, осуществляя таким образом «выдавливание кислорода» из зоны действия торфяного ствола-термозонда. При этом интенсивность и время подачи азота регулируется контроллером в зависимости от градиентов температур и абсолютных значений температур. Это позволяет на длительный срок подавить процессы саморазогрева торфа в зоне обработки торфяными стволами-термозондами, так как торф имеет низкий коэффициент теплопроводности.

Процесс «насыщения» азотом зоны действия торфяного ствола-термозонда является периодическим, то есть по истечении установленного времени ингибирования контроллер прекращает подачу азота и в течение установленного времени контролирует производные температур, прогнозируя значения температур, которые установятся без дальнейшей подачи азота. Если прогнозируемое значение отличается от текущей температуры в пределах безопасной нормы, то контроллер выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений, куда необходимо переставить торфяной ствол-термозонд, или сообщение о выключении данного торфяного ствола-термозонда и окончании процесса. В противном случае контроллер пересчитывает интенсивность и время подачи азота и осуществляет дальнейшее ингибирование.

Обогащенный кислородом газ стравливается в атмосферу по команде контроллера.

Через выпускной электромагнитный клапан ресивера стравливается азот, если производительность его генерации оказывается выше изменяемого контроллером расхода азота для предотвращения или тушения пожара.

Однако устройство, реализующее этот способ, имеет сложную систему зондирования температуры в торфяном пласте, а применение в этом устройстве в качестве огнетушащего средства азота значительно удорожает процесс тушения пожаров на торфяниках.

Известен радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля. (Раздел 5. Применение подповерхностной радиолокации для изучения отложений торфа и сапропеля. 5.1. Методика полевых работ: Радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля. html), принятый за прототип заявляемого способа по пункту 1 формулы изобретения.

Методика радиолокационных исследований предусматривает комплексирование двух самостоятельных методов подповерхностной радиолокации, а именно: метод радиолокационного зондирования и метод радиолокационного профилирования. Различия между этими методами состоит в том, что профилирование проводятся вдоль маршрута исследования при неизменном расстоянии между приемной и передающей антеннами. Радиолокационное зондирование предусматривает постепенное увеличение разноса между антеннами в противоположные стороны от точки исследования. Зондирование, по существу, является электроразведочным аналогом MOB.

Сущность данного технического решения заключается в дискретном профилировании, которое применяется только при невозможности использование транспортных средств, и заключается в измерении времен прихода отраженных сигналов и их записи в отдельных точках маршрута исследования. При этом шаг профилирования обычно составляет 10-25 метров.

Последовательность работ при разведке торфяного месторождения с применением радиолокационной аппаратуры состоит в следующем.

В начальной точке исследований необходимо максимально точно установить глубину до основной отражающей границы, которой является дно залежи, идентифицировать с ней видимый на экране локатора отраженный сигнал и откалибровать прибор. Для этого необходимо провести механическое зондирование залежи с отборов проб подстилающего грунта, если минеральное дно торфяной залежи сложено плотными песчаными или супесчаными отложениями, а также отсутствует плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то за глубину отраженной границы следует принять результат механического зондирования. Если в придонном слое залежи присутствует сапропель, или имеет место плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то в начальной точке исследования необходимо провести радиолокационное зондирование.

Радиолокационное зондирование выполняют следующим образом: приемную и передающую антенны устанавливают на поверхности залежи в метре друг от друга. После записи принятых сигналов на магнитную ленту начинают одновременно разносить антенны в противоположное стороны от центра, на расстояние сравнимое с глубиной залегания дна залежи. В начальной и конечной точках измерят время прихода отраженных сигналов.

Скорость распространения электромагнитных волн (V) и глубина (h) отражающей границы вычисляется по формулам:

где: x1 и x2 - расстояние между антеннами, a t1 и t2 - время прихода отраженных волн.

При определении t1,2 могут возникать трудности с выявлением сигнала, отраженного от минерального дна. Для предварительной идентификации отражений следует воспользоваться данными ручного бурения и вычислить время прихода отраженной волны по формуле

Либо воспользоваться таблицами перевода t (не) в h (м).

После определения расстояния до отражающей границы и скорости распространения волн в залежи следует откалибровать прибор по глубине и начать работу по методу радиолокационного профилирования торфяной залежи. Вычисление средней глубину торфяной залежи и запасов сырья по радиолокационным данным требует контроля за изменением скорости распространения электромагнитных волн на различных участках месторождения. Для этого необходимо создать опорную сеть непосредственных измерений глубины залежи или радиолокационных зондирований.

Однако этот радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля не предусматривает применение робота с размещенным на его платформе георадаром для проведения разведки подземных торфяных пожаров в зоне особого риска, когда нахождение других видов наземной техники крайне опасно.

Известен противопожарный робот (Заявка RU №2003138037, МПК А62С 3/02, B25J 18/00, опубл. 10.06.2005), принятый за прототип заявляемого устройства.

Робот содержит подвижную платформу с огнетушителем и манипулятор, причем манипулятор выполнен в виде двухшарнирного узла с взаимно перпендикулярными и непересекающимися осями подвижности, при этом ось подвижности связанного с платформой шарнира параллельна опорной плоскости робота, а на втором шарнире закреплен раструб огнетушителя, при этом на платформе размещены дополнительные огнетушители, направленные на основные узлы и элементы робота

Однако данное техническое решение не предусматривает использование его для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта и установку с этой целью на его платформе георадара.

Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности работ по обнаружению границы локального подземного торфяного пожара и снижении материальных затрат при проведении разведывательных работ на торфяниках в зонах особого риска.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, георадар устанавливают на платформу робота, которую перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществляют георадарное профилирование на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в роботе для проведения разведки подземных торфяных пожаров, содержащем шасси на гусеничном ходу, силовые агрегаты, системы управления и наблюдения и передачи данных от проведенного наблюдения в режиме реального времени, и платформу, на платформе установлен георадар для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом, обуславливается следующим.

Установка георадара на платформу робота позволяет его беспрепятственно доставить в зону особого риска, в том числе в автономном режиме. Так, например, при перемещении робота можно использовать способ автоматического управления наземным робототехническим комплексом (Патент RU №2574938, МПК B25J 5/00 (2006.01), опубл. 10.02.2016), который дает возможность заявляемому устройству осуществить георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта в дистанционном режиме в особо опасных условиях без участия человека.

Перемещение робота по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществление георадарного профилирования на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производить зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара позволяет выбирать в случае необходимости любой из отмеченных ранее методов георадиолокационного обследования, в том числе в автоматическом режиме по заданной программе.

Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством, обуславливается следующим.

Установка георадара на платформе робота позволяет:

- осуществить георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара, когда размещение других видов наземной техники в зоне особого риска крайне опасно;

- применить на маршруте следования робота в контролируемой зоне, как радиолокационное профилирование, так и радиолокационное зондирование, по команде оператора с наблюдательного пункта или по заданной программе. Причем работа робота в последнем случае является предпочтительной.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».

При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с обнаружением границы локального подземного торфяного пожара.

Известен способ определения глубины расположения объектов с летательного аппарата (Патент RU №2349937, МПК G01V 3/17 (2006.01), опубл. 20.03.2009).

Сущность этого способа заключается в следующем. Сигнал декаметрового диапазона излучают с летательного аппарата. Выполняют квадратурную обработку отраженного сигнала. В результате квадратурной обработки получают комплексную огибающую, фильтруют ее и получают сигнал, соответствующий радиолокационному изображению объекта. Определяют комплексное число, вещественная и мнимая части которого равны средним значениям вещественной и мнимой частей комплексной огибающей. Определяют аргумент комплексного числа. Вычитают из вещественных и мнимых значений комплексной огибающей средние значения. Определяют аргумент полученной комплексной функции. Вычитают полученные аргументы и определяют глубину расположения объектов. Технический результат: возможность определения глубины расположения объектов.

Данный способ не решает задачи, поставленные перед заявляемым техническим решением.

Известен мобильный георадар для дистанционного поиска местоположения подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте (Патент RU №2256941, МПК G01V 3/17, G01S 13/88, опубл. 20.07.2005).

Сущность изобретения заключается в том, что антенны георадара выполнены в виде коллимирующих решеток, шарнирно закрепленных снаружи, например, на днище фюзеляжа летательного аппарата с возможностью синхронного качания каждой антенны в плоскости поперечного сечения фюзеляжа на угол 1…5°. Антенны сфокусированы в сторону поверхности земли. Длительность зондирующих электромагнитных импульсов фиксирована в пределах диапазона 10…0,2 нс.

Георадар работает следующим образом. При взлете летательного аппарата включают в бортовую электрическую сеть блоки георадара, а при выходе аппарата на предполагаемый топографический маршрут трассы начинают сканировать поверхность земли передающей и принимающей антеннами.

Зондирующие поверхность земли короткие электромагнитные импульсы, проникая через толщу грунта, отражаются обратно от поверхности земли и от границ раздела фракций, находящихся в грунте. По отраженным сигналам от поверхности земли, границ фракций среды грунта и искусственно вложенного в грунт протяженного трубопровода формируется картина профиля грунта с массивным протяженным объектом. Границы раздела фракций грунта и трубопровода отображаются на экране видеомонитора в виде ярко-темных линий, а однородность среды - одним цветом ровной тональности, степень которой зависит от электрофизических свойств структуры грунта. Чем выше коэффициент поглощения, тем темнее тональность. По разности контрастности участков, их габаритам и резким яркотемным границам, высвечиваемым на экране монитора, судят о наличии трубопровода и его поперечном размере, а по времени прихода соответствующих отраженных сигналов от поверхности грунта земли и границы раздела трубопровода с фракциями грунта до принимающей антенны судят о глубине залегания трубопровода в грунте.

Однако это устройство имеет узкую область применения не предусматривает его использование для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.

Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом и устройством.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.

При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.

Известна (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group) система FIRMS (Fire Information for Resource Management System - Пожарная информационная система для целей управления природными ресурсами) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), разработанную группой специалистов Университета штата Мэриленд в сотрудничестве с Национальным агентством США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Система охватывает весь мир и позволяет получать информацию о местоположении крупных и средних лесных пожаров за предшествующие 24 или 48 часов (по выбору пользователя), в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.

Система ИСДМ-Рослесхоз (Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства) представляет собой ведомственную систему мониторинга лесов, лесных пожаров и лесопользования, оперативное управление которой осуществляет ФГУ "Авиалесоохрана". Система разработана специалистами Института космических исследований РАН при участии других российских научных организаций. Блок мониторинга пожарной опасности основывается на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), но использует и некоторые другие источники дистанционных данных. Система не является полностью открытой, часть информации предоставляется только пользователям из специально определенного Рослесхозом перечня или на коммерческой основе. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.

Система SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service - система мониторинга лесных пожаров, разработанная компанией СканЭкс) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США) и некоторых других, разработанную компанией СканЭкс (Москва). Система охватывает Россию и некоторые сопредельные территории и позволяет получать информацию о пожарах за длительный период времени с разбивкой по дням, в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов. Имеет ряд пользовательских настроек, для доступа к которым необходима регистрация (она бесплатна). Данные системы SFMS используются рядом федеральных министерств (МПР, МЧС) для мониторинга пожарной опасности на природных территориях.

Данные этих систем мониторинга пожаров, за исключением последней, общедоступны и бесплатны, и ими, при наличии компьютера и доступа к сети Интернет, может пользоваться любой желающий.

Следует особо отметить, что дистанционными методами все-таки невозможно выявить все травяные палы на поверхности торфяников - часть палов остается незамеченной. Кроме того, весной возможно возникновение очагов тления торфа и от других причин (брошенных костров, окурков и т.д.). Поэтому крайне важно организовать наземное обследование не только тех участков, где дистанционными методами были выявлены палы сухой травы, но и других особо опасных участков осушенных торфяников (а именно - торфяников, примыкающих к населенным пунктам, дачным поселкам, объектам инфраструктуры, а также к местам массового отдыха, охоты, рыбалки и браконьерства на краях или в границах осушенных торфяников).

Для инструментальной проверки надежности тушения, и для обнаружения скрытых очагов тления торфа, можно использовать торфяные щупы-термометры (специальные датчики-термопары в стальной трубке длиной до полутора метров, соединенные с дисплеем, показывающим температуру на конце щупа). Если такой щуп есть, то целесообразно выделение одного человека специально для работы с ним, для помощи в определении реальных границ очага тления, которые не всегда хорошо определяются с поверхности, и для определения качества тушения. Тлеющими следует считать участки, на которых температура торфа превышает 40 градусов. Кроме того, щупом-термометром необходимо пользоваться при определении безопасных подходов и подъездов к очагам тления торфа, при определении, есть ли под полотном дороги прогары и очаги тления торфа (Powered by phpBB © 2000,2002,2005,2007 phpBB Group).

Известно, что торфяные пожары создают опасность провала в прогоревший грунт (прогар) людей и техники, в связи с чем рекомендуется соблюдать осторожность и не находиться на выгоревшей территории (Указания по тушению лесных пожаров (для невоенизированных формирований гражданской обороны). Министерство обороны СССР, 1977 г.)

Отсюда, исходя из приведенных научных данных и исследованного уровня техники, автор изобретения считает, что наиболее перспективным способом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара является георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, при котором определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.

Широко известен метод георадиолокационного подповерхностного зондирования (метод георадар), который основан на изучении распространения электромагнитных волн в среде (https://studsell.com/view/79082).

Идея метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами.

Все задачи, решаемые с помощью георадара, могут быть разделены на две большие группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов. Первая группа включает в себя геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи:

картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками, уровня грунтовых вод, границ между слоями с различной степенью водонасыщения;

определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений;

определение мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов.

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:

картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);

исследование участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных земель, засыпанных выемок.

Таким образом, в настоящее время георадар широко применяется в исследованиях при относительно небольшой глубине залегания целевых объектов (0.5-10 метров) за исключением изучения ледников и мерзлых пород, в которых глубинность повышается благодаря высоким сопротивлениям.

Ранее было установлено (М.И. Филькенштейн, В.А. Кутаев, В.П. Золатарев. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. под ред. М.И. Филькенштейна. М.: Недра, 1986 г. Глава 4. Результаты практического использования радиолокационного зондирования с поверхности земли. Подраздел 4.1. Радиолокационная аппаратура для зондирования с поверхности земли, с. 103; http://wvw.pseudology.org/science/finkelshteynmi_podpoverhnostnoezondirovanie2.pdf), что при решении задач, связанных с детальными исследованиями ограниченных и труднопроходимых районов, возникает необходимость применения радиолокационной аппаратуры, предназначенной для использования как с наземного транспорта, так и в ручном варианте. В обоих случаях приемная и передающая антенны находятся в непосредственной близости от поверхности зондируемой среды, которая оказывает существенное влияние на их свойства. Было установлено (разд. 1.3), что характер изменения поля вблизи границы раздела зависит как от диэлектрической проницаемости зондируемой среды, так и от высоты расположения антенн. Приближение антенн к поверхности зондируемой среды приводит к уменьшению амплитуды поля в верхнем полупространстве при одновременном возрастании ее в зондируемой среде. Вследствие этого наиболее целесообразным является размещение антенн непосредственно на поверхности, что обеспечивает снижение интенсивности прямого сигнала и увеличение уровня подповерхностных отражений. Вместе с тем такое размещение антенн связано с необходимостью обеспечения высокой механической прочности при их транспортировке в непосредственном контакте с земной поверхностью. При использовании радиолокационной аппаратуры в ручном варианте особое значение приобретают ее габарит и масса. Поэтому целесообразно использование при зондировании магнитной записи сигналов с последующей обработкой результатов зондирования в стационарных условиях. Требуемое согласование по полосе частот может быть обеспечено применением стробоскопического преобразования сигналов в приемном тракте.

При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения повышении эффективности обнаружения границ локального подземного торфяного пожара далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизмах георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта показал большую перспективу размещения на поверхности торфяника портативных георадаров, осуществляющих в намеченных точках контролируемой зоны зондирование активных локальных подземных очагов горения торфяного пожара за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.

Существуют два основных способа георадарной съемки: «профилирование» и «зондирование» (http://radar-stv.narod.ru/order/fizika/kopeikin/kopeikin003/kopeikin003.html). При профилировании радар перемещается вдоль трассы, при каждом измерении передающая и приемная антенны находятся в одной точке трассы, или, по крайней мере, расстояние между ними постоянно и значительно меньше длины трассы

При зондировании выбирается одна точка трассы, для которой оно будет произведено, далее проводится ряд регистраций отраженных сигналов при разносе антенн передатчика и приемника в разные стороны на равные расстояния. В результате получается годограф - функция времени задержки отраженных сигналов от расстояния между передающей и приемной антеннами. Если есть гарантия, что в окрестности точки зондирования отражающие границы плоскопараллельны, то возможно упростить процедуру съемки - оставить приемник на месте, а относить только передатчик (или наоборот).

Возможен комбинированный способ, когда в каждой точке профиля осуществляется зондирование, а также использование этих методов при площадной съемке.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, на фиг. 2 - общий вид заявляемого робота.

Перед началом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара (фиг. 1) производят следующие действия.

После проведенной разведки с помощью космических аппаратов, самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов или аэростататов определяют места возможных локальных подземных очагов горения торфяного пожара, которые наблюдаются, как правило, по видимому задымлению.

Затем намечают на карте маршрут перемещения георадара 1 (прибор георадиолокационного подповерхностного зондирования) в контролируемой зоне, в которую доставляют, например, на вездеходе робот 3 для проведения разведки подземных торфяных пожаров. На границе этой зоны робот 3 выгружают и устанавливают на поверхность торфяника 2.

Робот 3 имеет платформу 4, на которой смонтирован георадар 1 для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Затем производят фиксацию местоположения георадара 1 на патрульной карте.

Робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров (фиг. 2) содержит: шасси 5 на гусеничном ходу, которое обеспечивает необходимую проходимость заявляемого устройства по пересеченной местности, силовые агрегаты 6, системы управления 7 и наблюдения 8 и передачи данных 9 от проведенного наблюдения в режиме реального времени.

Следует отметить, что применение в заявляемом устройстве шасси 5 на гусеничном ходу позволяет оказывать роботу минимальное удельное давление на поверхность торфяника 2, что крайне важно при пожарах на торфянике.

Платформа 4 жестко закреплена снаружи на задней платформе 10 робота.

На платформе 4 установлен георадар 1 для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.

Георадар 1 имеет передающую 11 и приемную 12 антенны, предназначенные для зондирования в большом диапазоне частот (16-2000 МГц) всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Причем приемная и передающая антенны находятся в непосредственной близости от поверхности зондируемой среды. В случае необходимости возможен разнос антенн в разные стороны на равные расстояния.

Робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров (фиг. 1) работает следующим образом.

После установки на границе контролируемой зоне заявляемого устройства (в точке фиксацию местоположения георадара 1 на патрульной карте) робот 3 по команде оператора с земли или с наблюдательного пункта, а также в автоматическом режиме, начинает свою работу (движение по заданному маршруту).

На схеме реализации способа обнаружения границы локального подземного торфяного пожара (фиг. 1) робот 3 условно показан в следующих положениях:

- в начале следования по заданному маршруту (робот 3, находящийся на схеме слева);

- в конце следования по заданному маршруту (робот 3, находящийся на схеме справа).

Перед началом передвижения робота 3 приводят в действие георадар 1, который производит георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн 13 передающей антенной 11 и регистрация сигналов 14 приемной антенной 12, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, причем определение границы 15 активного локального подземного очага горения 16 торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.

При перемещении робота 3 с георадаром 1 последним производят на маршруте следования в контролируемой зоне, как радиолокационное профилирование, так и радиолокационное зондирование, по команде оператора с наблюдательного пункта или по заданной программе. Причем работа заявляемого устройства в последнем случае является предпочтительной.

Передачу данных зондирования с георадара 1 производят по сети 17 Wi-Fi или другим каналам связи на беспилотный летательный аппарат 18 при патрульном облете его контролируемой зоны.

Передачу данных зондирования с георадара 1 можно производить на любой другой летательный аппарат: космический аппарат, самолет, вертолет, аэростатат и тому подобное при аналогичном патрульном облете контролируемой зоны.

Возможна передача данных зондирования с георадара 1 по указанным ранее каналам связи в зоне прямой видимости непосредственно оператору на наблюдательный пункт.

Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано для обнаружения границ локального подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа, когда размещение других видов наземной техники в зоне особого риска крайне опасно.

1. Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающий в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, отличающийся тем, что георадар устанавливают на платформу робота, которую перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществляют георадарное профилирование на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.

2. Робот для проведения разведки подземных торфяных пожаров, содержащий шасси на гусеничном ходу, силовые агрегаты, системы управления и наблюдения и передачи данных от проведенного наблюдения в режиме реального времени, и платформу, отличающийся тем, что на платформе установлен георадар для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области космических исследований и может быть использовано для определения места готовящегося землетрясения. Сущность: регистрируют низкочастотное электромагнитное излучение.

Изобретение относится к морским геофизическим исследованиям и может быть использовано для выполнения съемки геомагнитного поля (ГМП) на акватории с целью обследования характерных аномалий ГМП с повышенной точностью в интересах решения конкретных прикладных задач вооруженных сил и народного хозяйства.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и может быть использовано для определения глубины залегания скрытых в грунте объектов, например инженерных коммуникаций.

Изобретение относится к радиолокационным методам и средствам обнаружения подповерхностных объектов, позволящим осуществлять поиск траектории прокладки трасс подземных трубопроводящих коммуникаций, определять их поперечный размер и глубину залегания трасс в грунте, а также обнаруживать местоположение утечек нефти и газа из магистральных подземных трубопроводов.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям. .

Изобретение относится к решению задач обработки сигналов и изображений подповерхностной области и предназначено для определения глубины расположения объектов, скрытых для визуального наблюдения, в труднодоступных районах.
Изобретение относится к области борьбы с терроризмом техническими средствами, в частности к обезвреживанию замаскированных радиоуправляемых взрывных устройств на транспортных магистралях, и может найти широкое применение.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к радиолокационным методам и средствам неразрушающего контроля, позволяющим дистанционно осуществлять поиск траектории прокладки трасс действующих и вновь создаваемых подземных магистральных трубопроводящих коммуникаций, определять их поперечный размер и глубину залегания трасс в грунте.

Изобретение относится к геофизическим, дистанционным, поисковым методам, осуществляемым с помощью летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей минерального сырья в геологической среде. Изобретение относится к сенсорному устройству и способу геоэлектрического исследования местоположения, стратиграфической разбивки и простирания залежей минерального сырья и смежных горных пород, оконтуривающих данные залежи.

Изобретение относится к детектору для обнаружения и определения положения скрытых объектов в исследуемом объекте. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения стационарного геомагнитного поля при проведении морской магнитной съемки. .

Изобретение относится к морской геоэлектроразведке и предназначено для обнаружения подповерхностных углеводородных коллекторов. .

Изобретение относится к морской геоэлектроразведке с использованием контролируемых искусственных источников электромагнитного поля. .

Изобретение относится к средствам подводного исследования и предназначено для выполнения подводных измерений геологических формаций, включающее в себя центральную конструкцию и штанги, прикрепленные к центральной конструкции, так что они могут поворачиваться относительно центральной конструкции.

Изобретение относится к области обнаружения скрытых объектов, например подземных трубопроводов. .

Изобретение относится к вычислительной технике и землеройной технике и предназначено для сбора геологических данных и данных о местоположении, а также для управления землеройной машиной.

Изобретение относится к морской электроразведке и предназначается для исследования удельного электрического сопротивления придонных морских отложений . .

Изобретение относится к системам управления. Способ формирования сигнала управления для сопровождения цели заключается в том, что сигнал управления формируется по закону на основе динамических матриц внутренних связей систем, обобщенного вектора состояния системы и вектора сигналов управления.

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара георадаром, установленным на платформе робота. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, георадар устанавливают на платформу робота, которую перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществляют георадарное профилирование на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в роботе для проведения разведки подземных торфяных пожаров, содержащем шасси на гусеничном ходу, силовые агрегаты, системы управления и наблюдения и передачи данных от проведенного наблюдения в режиме реального времени, и платформу, на последней установлен георадар для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Технический результат – обеспечение обнаружения границ локализации подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа в зонах, где размещение традиционных видов наземной техники крайне опасно. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх