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 było określenie potencjalnego zakresu wykorzystania technologii teleinformatycznych, mobilnych czujników oraz bezzałogowych pojazdów do wspomagania monitorowania bezpieczeństwa i ochrony pracy w obszarach, na których mogą się pojawić 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 ramach zakresu prac 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.

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. Na każdym z 6 ramion UAV znajduje się głowica z 3 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 systemu, aczkolwiek jego funkcjonowanie może być łatwo dostosowane do innych potrzeb przez wymianę głowic pomiarowych. Sensory zamocowane są na teleskopowych rurkach, tak aby mogły być jak najbardziej odsunięte 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 teleinformatycznym 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 3 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.

Projekt III.N.05. 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 3 czujnikami gazów, 8 – autopilot sterujący lotem UAV. Z prawej strony – zdjęcie z testów na poligonie SGSP

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 sterowania trajektorią lotu UAV.

W ramach projektu prowadzono intensywne testy opracowanego sprzętu i oprogramowania w warunkach laboratoryjnych i poligonowych, w szczególności na poligonie Szkoły Głównej Służby Pożarniczej. 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. Przygotowano materiały informacyjne.

Wyniki projektu przedstawiono w 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym, 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu krajowym i 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu międzynarodowym oraz zaprezentowano w trakcie 2 szkół komputerowych o zasięgu międzynarodowym i 1 seminarium. 

Jednostka: Pracownia Technik Rzeczywistości Wirtualnej

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019