Avanceret teknologi tillader automatisk 3D-sporing af lækket gas

Forskere har udviklet en måde at skabe et 3D-billede af en lækket gassky, der giver detaljerede oplysninger om lækagen såsom placering, volumen og koncentration. Den nye automatiserede detektionsmetode kunne bruges til at give tidlige advarsler, vurdere risiko eller bestemme den bedste måde at rette lækagen på.

"Med den hurtige udvikling af samfundet er der nu store faciliteter placeret rundt om i verden, hvor giftige, skadelige, brandfarlige og eksplosive kemikalier opbevares," sagde forskerteamets leder Liang Xu fra Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy af Videnskaber. "Hvis der er en lækage på et af disse faciliteter, er det vigtigt hurtigt at forstå dets sammensætning, koncentration, placering og fordeling."

Forskerne beskriver deres nye metode i Optics Express . Den kombinerer information fra to fjerntliggende Fourier-transform infrarød spektroskopi (FTIR) billeddannelsessystemer med præcis positionsinformation fra GPS og gyroskopsensorer for at skabe et 3D-billede af gasskyen overlejret på et digitalt Google Earth-kort.

"Tidligere, da der opstod lækager, kunne den specifikke placering og retning, gassen bevægede sig, ikke bestemmes," sagde Yunyou Hu, førsteforfatter af papiret. "Vores metode til at skabe en 3D-rekonstruktion af en gassky kan bruges til præcist at finde bredde- og længdegraden af ​​den lækkede gas. Denne information er vigtig for at afgøre, hvem der kan blive udsat og for hurtigt at stoppe lækagen, så der frigives mindre gas til atmosfæren."

Tilføjelse af en tredje dimension

FTIR-spektroskopi er meget udbredt til fjerndetektion af gasformige forurenende stoffer på grund af dens høje følsomhed, høje opløsning og evne til at udføre realtidsmålinger med et detektionsområde på omkring 5 kilometer. Et enkelt FTIR-fjernregistreringssystem giver dog kun 2D-information om en gaslækage.

For at få et 3D-billede brugte forskerne to systemer til at opnå 2D-målinger af en gassky fra forskellige perspektiver. Denne information blev derefter rumligt registreret med placeringsinformation opnået ved hjælp af GPS og gyroskopsensorer. At lægge dataene ind i en computeriseret tomografi billeddannelsesalgoritme kaldet simultan algebraisk rekonstruktionsteknik (SART) producerer en 3D-rekonstruktion af gasskyen.

"Hver voxel eller 3D-pixel i den 3D-rekonstruerede gassky indeholder 3D-information om gassens længdegrad, breddegrad, koncentration og højde i forhold til jorden," sagde Hu. "Den præcise positionering af det overvågede rum ved hjælp af GPS og gyroskopsensorer var nøglen til at gøre 3D kvantitativ rekonstruktion af gasskyer mulig."

Fangst en gaslækage

Forskerne testede deres metode i et udendørs felteksperiment, hvor de brugte to scannende FTIR-fjernmålingsbilledsystemer til at udføre fjernovervågning af små mængder svovlhexafluorid og metan frigivet over to minutter i et rum på omkring 315 kubikmeter. De var i stand til med succes at generere 3D-genskabelser af gasskyerne med længde-, bredde-, højde- og koncentrationsfordeling for begge gasser.

"For at anvende vores teknik i et scenarie i den virkelige verden, skal to eller flere scannende FTIR-billedsystemer installeres omkring det overvågede område for at danne et krydsscanningsnetværk," sagde Hu. "Vores foreslåede metode kan derefter bruges til at skabe en 3D-rekonstruktion af en lækkende gassky, som igen kan bruges til at finde lækagekilden og give tidlig advarselsinformation."

Forskerne arbejder nu på at optimere rekonstruktionsmetoden og planlægger at teste systemet i rigtige industrielle miljøer. + Udforsk yderligere

Udvidelse af infrarød mikrospektroskopi med Lucy-Richardson-Rosen beregningsrekonstruktionsmetode