Разработка методики эксплуатации ПН БВС МТ с целью исследования области местности на наличии проблем техногенного характера

1. ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГОРОДА МОСКВЫ Государственные бюджетные профессиональное образовательное учреждение города

Москвы
«МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ БИЗНЕС-ТЕХНОЛОГИЙ»
(ГБПОУ КБТ)
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
на тему «Разработка методики эксплуатации ПН БВС МТ с целью исследования области местности на наличии проблем техногенного
характера»
Специальность 25.02.08 «Эксплуатация беспилотных авиационных систем»
Выполнил:
Студент группы БА 32-22
Белоглазов Артём Романович
Дипломный руководитель:
Новиков А.А

2.

Цель: разработка методики эксплуатации полезной нагрузки БВС мультироторного типа для исследования области
местности на наличие проблем техногенного характера.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Провести анализ существующих типов полезной нагрузки, применяемой на БВС МТ для мониторинга техногенных
угроз.
• Изучить особенности эксплуатации газоанализаторов и камер в составе ПН.
• Разработать алгоритм действий при применении ПН для поиска утечек газа и других загрязнений.
• Обосновать выбор оборудования и условий его применения.
Дать рекомендации по анализу полученных данных и повышению точности измерений.
Актуальность данной темы обусловлена ростом количества потенциально опасных
объектов инфраструктуры, распространённостью утечек газа, топлива и выбросов
вредных химических веществ, а также необходимостью оперативного и точного
выявления подобных угроз с минимальными затратами и рисками для персонала.

3. Типы полезной нагрузки для мониторинга техногенных проблем

Классификация
Визуальная запись (камеры, видеокамеры):
Используются для сбора визуальной информации о местоположении и масштабах аварии, а также для наблюдения за ходом
аварийных работ.
Термодатчики (тепловизоры):
Позволяют выявлять горячие точки и очаги возгорания, что особенно важно при пожарах и взрывах.
Газоанализаторы:
Используются для измерения концентрации опасных газов и паров, например, при утечках химических веществ или
выбросах промышленного предприятия.
Системы радиационного мониторинга:
Могут применяться для измерения уровня радиации при ядерных авариях или других происшествиях, связанных с
радиоактивными веществами.
Дополнительно:
В зависимости от конкретной ситуации могут использоваться датчики давления, уровня, температуры, влажности, а также
системы для сбора и анализа данных с помощью искусственного интеллекта.
БВС МТ:
Беспилотные летательные аппараты (БВС МТ) могут быть использованы для мониторинга аварий с воздуха, что позволяет
быстро и эффективно обследовать обширные территории.
Спутники:
Спутники могут также использоваться для мониторинга аварий техногенного характера, особенно при чрезвычайных
ситуациях, охватывающих большие территории.

4. Обзор полезных нагрузок для БВС МТ

Перечень улавливаемых газов
CH4 (метан)
SO2 (диоксид серы)
С3H8 (пропан)
HCl (хлористый
С6H14(гексан)
водород)
H2 (водород)
HCN(цианистый
H2S (сероводород)
водород)
СО (оксид углерода)
HF (фтористый
NH3 (аммиак)
водород)
CO2 (диоксид углерода)
PH3 (фосфин)
БВС: Сектор
Вес - 4250 г
Скорость - 60 км/ч
Дальность полёта - 10 км
Время полёта ~ 50 мин
Нагрузка - до 1 кг
Тех. хар-ки:
Вес: ~350 г.
Погрешность в измерениях - ± 5%
Цена: 85.000 руб.
Газоанализатор: Лидер 041
Диапазон изм. температур: -20° до +50°
Вес: ~100 г.
Разрешение ИК-камеры: 640x520
Камера: FLIR Vue Pro R Цена: ~200.000 руб.
Крепление для камеры
FLIR Vue Pro R

5.

Сравнительный анализ
Вес - 4250 г.
Скорость - 60 км/ч
Дальность полёта - 10 км
Время полёта - 52 мин
Нагрузка - 1 кг
Цена – 400.000 руб.
БВС: Сектор
БВС: Геоскан 401
Геодезия
Диапазон изм. температур: -20° до +50°
Вес: ~100 г.
Разрешение ИК-камеры: 640x520
Камера: FLIR Vue Pro R Цена: ~200.000 руб.
Вес: ~350 г.
Погрешность в измерениях - ± 5%
Цена: 85.000 руб.
Вес - 9500 г.
Скорость – 50 км/ч
Дальность полёта – 24 км
Время полёта – 60 мин
Нагрузка – 2 кг
Цена – 3.500.000 руб.
Диапазон изм. Температур: -20° до +150°
Вес: ~30 г.
Разрешение ИК-камеры: 336х256
Цена: ~40.000 руб
Камера: Foxeer
FT256
Вес: ~500 г.
Погрешность в
измерениях: ~10%
Цена: 2.600.000 руб.
Газоанализатор: Лидер 041
Газоанализатор:
Sniffer4D

6. Факторы, влияющие на выбор полезной нагрузки

Цель полета:
Тип полезной нагрузки определяется тем, что нужно сделать во время полета, например, съемка, мониторинг, доставка груза или
исследование.
Грузоподъемность:
Полезная нагрузка должна быть в пределах грузоподъемности транспортного средства, иначе полет невозможен.
Энергопотребление:
Учет энергопотребления полезной нагрузки позволяет оптимально планировать продолжительность полета и расход топлива.
Технические характеристики:
Полезная нагрузка должна соответствовать требованиям к точности, чувствительности и другим техническим параметрам,
например, в случае использования камеры для съемки.
Ограничения по весу и габаритам:
Полезная нагрузка должна быть не слишком тяжелой и габаритной, чтобы соответствовать размерам и грузоподъемности
транспортного средства.
Внешние факторы:
Погодные условия, высота полета и радиопомехи могут влиять на выбор полезной нагрузки, например, использование
тепловизоров в плохую погоду.
Стоимость и доступность:
При выборе полезной нагрузки нужно учитывать ее стоимость и доступность, а также возможность сервисного обслуживания.
Надежность и долговечность:
Оборудование полезной нагрузки должно быть надежным и долговечным, чтобы выдерживать условия полета и обеспечивать
качественную работу.
Функциональность:
Полезная нагрузка должна быть функциональной и соответствовать требованиям к выполняемым задачам, например, возможность
съемки в разных режимах и форматах.

7. Требования к подготовке оператора БВС

Теоретическая подготовка:
Знание базовых принципов аэродинамики и управления летательными аппаратами.
Понимание правил безопасной эксплуатации БВС, включая требования к полетам в различных условиях.
Изучение правил воздушного движения и взаимодействия с другими воздушными объектами.
Практическая подготовка:
Умение управлять БВС, включая стабилизацию, маневрирование и выполнение различных задач.
Навыки в выполнении сложных маневров и задач, например, использование различных типов съемки и обработки
полученных данных.
Отработка навыков в аварийных ситуациях и умение принимать решения в нестандартных условиях.
Специальные знания:
В некоторых случаях требуется знание специальных дисциплин, например, картографии, фотограмметрии или анализа
данных, полученных с помощью БВС.
Может потребоваться знание программного обеспечения для обработки данных с БВС.

8. Меры безопасности при работе с газоанализаторами и сенсорами

Обучение и инструктаж:
Все пользователи должны быть обучены работе с газоанализаторами и сенсорами, знать признаки отравления и уметь применять
защитные средства.
Изучение руководства по эксплуатации:
Перед началом работы внимательно изучить инструкцию по эксплуатации, обратить внимание на предупреждающие знаки и
информацию о правильном обращении с устройством.
Правильный выбор и использование:
Использовать только те газоанализаторы и сенсоры, которые предназначены для конкретных газов и концентраций.
Защита от воздействия опасных газов:
При необходимости использовать средства индивидуальной защиты (СИЗ).
Хранение и транспортировка:
Хранить газоанализаторы и сенсоры в сухом и защищенном от воздействия внешних факторов месте.
Не превышать допустимые концентрации:
Не допускать эксплуатации газоанализаторов при концентрациях газов, превышающих номинальные диапазоны измерения.
Правила взрывозащиты:
При работе во взрывоопасных зонах строго соблюдать правила взрывозащиты и не вскрывать корпус приборов без отключения
электропитания.
Защита от магнитных полей:
Не устанавливать газоанализаторы возле сильных магнитных полей.
Замена сенсоров:
Производить замену сенсоров в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
Утилизация:
Утилизировать газоанализаторы и сенсоры в соответствии с установленными правилами.

9. Сравнительный анализ эффективности

Исходя из данных в таблице, делаем вывод:
Безопасность:
Благодаря удаленному управлению оператора и его
манипуляциям, минимизируется или практически
исчезает риск для человека.
Точность данных:
Из-за различных факторов, обстоятельств
независящих от исполнителей задачи точность и
качество передачи данных может отличаться от
истины. У БВС МТ из-за высокотехнологичных
комплектующих, устройств и иной полезной
нагрузки повышается качество и точность данных.

10. Экономическая часть

Помимо прямых экономических выгод, связанных с сокращением
затрат на мониторинг, предотвращением ущерба и оптимизацией
работы персонала, реализация проекта по внедрению методики
эксплуатации полезной нагрузки на БВС для мониторинга
техногенных угроз приносит ряд значимых дополнительных
преимуществ. Эти преимущества усиливают ценность проекта и
делают его актуальным не только с технической, но и с
управленческой, социальной и экологической точек зрения.

11.

Принцип работы
Подготовительный этап:
1. Осмотреть дрон и провести диагностические процедуры по выявлению неисправностей.
2. Проверить работоспособность ПН(Газоанализатора, тепловизионной камеры)
3. Построение маршрута полёта и точек зависаний.
Этап полёта:
1. Взлёт с безопасной зоны(не менее 10м от людей).
2. Перевод БВС в полуавтоматический или автоматический режим с
помощью QGroundControl.
3. Провести процедуры мониторинга(Пролёт над предполагаемым
местом реакции газоанализатора, зафиксировать утечку)
4. Собрать данные с газоанализатора путем зависания над точкой
утечки бытового газа и повторным замером.
Заключительный этап:
1. Посадить, отключить от питания дрон,
собрать данные с
газоанализатора(концентрация газов,
координаты и время замеров)
2. Провести последующий анализ после
расшифрования полученных данных.

12.

Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была рассмотрена актуальная и практически значимая задача —
мониторинг техногенных угроз с использованием беспилотных воздушных судов (БВС) мультироторного типа, оснащённых
специализированной полезной нагрузкой (ПН). Актуальность данной темы обусловлена ростом количества потенциально
опасных объектов инфраструктуры, распространённостью утечек газа, топлива и выбросов вредных химических веществ, а
также необходимостью оперативного и точного выявления подобных угроз с минимальными затратами и рисками для
персонала.
Перспективы использования беспилотных воздушных судов мультироторного типа (БВС МТ) при техногенных катастрофах
весьма значительны. Благодаря манёвренности, быстрому развертыванию и возможности оснащения различными сенсорами,
БВС МТ способны оперативно проводить разведку опасных зон, мониторинг распространения загрязнений и поиск
пострадавших без риска для жизни спасателей. Их применение позволяет существенно повысить эффективность и
безопасность аварийно-спасательных работ.