Wykaz Projektów
Streszczenie

Wykorzystanie technologii teleinformatycznych, urządzeń przenośnych oraz pojazdów bezzałogowych do wspomagania monitorowania narażenia pracowników i mieszkańców na obszarach zagrożonych emisją szkodliwych substancji

Kierownik projektu: inż. Paweł Zawadzki

Streszczenie projektu:

 

Celem projektu jest określenie potencjalnego zakresu wykorzystania technologii teleinformatycznych, mobilnych czujników oraz bezzałogowych pojazdów do wspomagania monitorowania bezpieczeństwa i ochrony pracy w obszarach, na których mogą pojawić się szkodliwe substancje, ze szczególnym uwzględnieniem bezpieczeństwa pracowników i innych osób narażonych na oddziaływanie szkodliwych substancji lotnych uwalnianych w sposób niekontrolowany. W szczególności dotyczy to składowania i transportu paliw płynnych i lotnych.

W pierwszym etapie projektu określono zakres niezbędnej funkcjonalności systemu wspomagania monitorowania zagrożeń mogących pojawić się na skutek niekontrolowanego uwolnienia szkodliwych substancji niebezpiecznych w powiązaniu z krajowymi przepisami dotyczącymi użytkowania dronów. Opracowano wstępny projekt systemu oraz metody jego badania. Przeprowadzono analizę statystyczną interwencji Państwowej Straży Pożarnej w zakresie działań z substancjami niebezpiecznymi. Analiza danych statystycznych obejmowała zakres zdarzeń ratownictwa chemicznego i ekologicznego i uwzględniała podział na rodzaj zdarzenia, zarejestrowane substancje niebezpieczne, miejsce zdarzenia, charakter oraz wielkość zdarzeń.

W drugim etapie projektu wybrano komponenty części sprzętowej systemu pomiarowego oraz zbudowano bezzałogowy statek latający (UAV – Unamanned Aerial Vehicle) typu hexacopter, który jest nośnikiem zestawu sensorów wybranych substancji chemicznych (Rysunek 1). Na każdym z sześciu ramion UAV znajduje się głowica z trzema sensorami różnych węglowodorów, gdyż jak wynika z przeprowadzonej analizy danych statystycznych tego typu substancje występują najczęściej w czasie działań ratowniczych prowadzonych przez Państwową Straż Pożarną. Dlatego też tego typu substancje chemiczne zostały wybrane dla demonstratora opracowywanego system, aczkolwiek jego funkcjonowanie może być łatwo dostosowane do innych potrzeb poprzez wymianę głowic pomiarowych. Sensory zamocowane są na teleskopowych rurkach, tak aby mogły być jak najbardziej odsunięty od zaśmigłowego strumienia powietrza. Ponadto, ze względu na stosunkowo długi czas reakcji sensorów, zaproponowane rozwiązanie sprzętowe umożliwia lot UAV w kierunku najwyższego stężenia wybranej substancji chemicznej, a więc w kierunku źródła wycieku. Kierunek wybierany jest na podstawie porównania danych pomiarowych z sensorów zamocowanych na różnych ramionach. Do osiągnięcia celów projektu niezbędne było również zaprojektowanie i oprogramowanie dedykowanych układów elektronicznych umożliwiających przesłanie w czasie rzeczywistym danych pomiarowych drogą bezprzewodową, w celu ich interpretacji i archiwizacji do ewentualnej dalszej oceny i analizy.

Dane pomiarowe, wraz z informacjami o locie i wysokości UAV, przesyłane są za pośrednictwem odpowiedniego interfejsu programowania aplikacji (API) do teleinformatycznego narzędzia wspomagającego archiwizacje i zarządzanie posiadanymi zasobami. Użytkownicy mogą łączyć się z narzędziem tele-informatycznym za pomocą przeglądarki internetowej, w tym z wykorzystaniem urządzeń przenośnych (np. smartfonów). W aktualnej wersji oprogramowanie w formie serwisu WWW posiada następujące komponenty: (1) Moduł logowania, (2) Moduł zarządzania użytkownikami, (3) Moduł zarządzania sprzętem (wyróżniono trzy typy urządzeń: UGV, UAV, Mobilne Centrum Dowodzenia), (4) Moduł zarządzania ratownikami, (5) Moduł zarządzania prowadzonymi działaniami ratowniczymi, (6) Moduł mapy i (7) Moduł zarządzania mapami.

Przeprowadzono również badania wybranych czujników substancji chemicznych oraz próby terenowe lotu UAV na poligonie we współpracy z SGSP. Na podstawie analizy wyników testów wprowadzono zmiany w konstrukcji UAV, np. dodano ultradźwiękowy czujnik wysokości oraz rozpoczęto prace nad zmianą systemu transmisji danych zarówno w części sprzętowej jak i programowej. Najważniejsza modyfikacja związana jest z koniecznością usunięcia modułu separującego dane z autopilota od danych pomiarowych, gdyż wprowadzał zbyt duże opóźnienia, co negatywnie wpływało na niezawodność sterowaniem trajektorią lotu UAV.

W trzecim etapie prowadzono intensywne testy opracowanego sprzętu i oprogramowania w warunkach laboratoryjnych i poligonowych, w szczególności na poligonie Szkoły Głównej Służby Pożarniczej (Rysunek 1). Efekty testów i badań wykorzystywano do modyfikacji i usprawniania pracy UAV i transmisji danych pomiarowych. Przygotowano i przetestowano kilka iteracji różnych rozwiązań sprzętowych, aż osiągnięto zakładany efekt działania UAV. Wersję ostateczną z wyróżnionymi głównymi modułami przedstawia Rysunek 1. Przygotowano materiały informacyjne.     

   

Rysunek 1. Bezzałogowy statek latający (UAV) z złożonymi i rozłożonymi ramionami. 1 – moduł GPS, 2 – czujnik odległości, 3 – komputer pokładowy podłączony do przetwornika zamieniającego sygnał cyfrowy ze złącza HDMI na sygnał analogowy, 4 – moduł telemetrii do transmisji danych pomiarowych, 5 – układy elektroniczne agregujące i przetwarzające dane pomiarowe, 6 – moduł transmisji obrazu z kamery IR lub obrazu z wyjścia komputera pokładowego, 7 – moduł z trzema czujnikami gazów, 8 – autopilot sterujący lotem UAV. Z prawej strony przedstawione jest zdjęcie z testów na poligonie SGSP



Jednostka: Pracownia Technik Rzeczywistości Wirtualnej

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019