ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ НА БАС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

ENVIRONMENTAL MONITORING: USING GAS ANALYZERS ON UAS TO CONTROL INDUSTRIAL EMISSIONS

Ustimova Victoria Vladimirovna

Student, Ulyanovsk Aviation College — Interregional Competence Center,

Russia, Ulyanovsk

Nikandrova Natalia Aleksandrovna

Teacher, Deputy Director for Academic and Educational Work, Ulyanovsk Aviation College — Interregional Competence Center,

Russia, Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена актуальному направлению применения беспилотных авиационных систем (БАС) — мобильному экологическому мониторингу. Рассматриваются преимущества использования дронов, оснащенных газоанализаторами, перед стационарными постами контроля. Описаны технологические особенности интеграции сенсоров, методы трехмерного картирования загрязнений и специфика отбора проб в условиях турбулентности. Автор подчеркивает значимость БАС для оперативного выявления утечек и контроля соблюдения экологических норм на промышленных предприятиях.

ABSTRACT

This article focuses on mobile environmental monitoring, a current application of unmanned aerial systems (UAS). The advantages of using drones equipped with gas analyzers over stationary monitoring posts are discussed. The article describes the technological features of sensor integration, methods for 3D pollution mapping, and the specifics of sampling in turbulent conditions. The author emphasizes the importance of UAS for the rapid detection of leaks and monitoring of environmental compliance at industrial facilities.

Ключевые слова: экологический мониторинг; газоанализаторы на БАС; промышленные выбросы; БПЛА; контроль качества воздуха; предиктивная экология; загрязнение атмосферы.

Keywords: environmental monitoring; UAV-mounted gas analyzers; industrial emissions; UAVs; air quality monitoring; predictive ecology; air pollution.

Введение

В условиях ужесточения экологических стандартов и глобального тренда на декарбонизацию, промышленный сектор сталкивается с необходимостью внедрения более точных и оперативных методов контроля выбросов. Традиционные методы, такие как стационарные посты наблюдения или ручной забор проб, имеют существенные ограничения: низкую мобильность, высокую стоимость установки и невозможность получения данных на разных высотах. Беспилотные авиационные системы (БАС), оснащенные специализированными газоанализаторами, представляют собой эффективную альтернативу, позволяющую проводить мониторинг в труднодоступных зонах и в режиме реального времени [1].

1.Технологические особенности интеграции газоанализаторов

Современные газоанализаторы для БАС прошли путь значительной миниатюризации. В зависимости от задач мониторинга используются сенсоры различных типов: электрохимические, полупроводниковые или оптические (NDIR-датчики). Основная сложность интеграции заключается в обеспечении малого веса полезной нагрузки и компенсации влияния воздушных потоков от винтов дрона [2].

Для получения достоверных данных забор воздуха обычно осуществляется через выносную трубку, расположенную выше или впереди зоны турбулентности, создаваемой пропеллерами. Это позволяет фиксировать концентрацию таких газов, как диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO) и метан (CH4), с точностью, сопоставимой с лабораторными исследованиями [3].

2. Методология мониторинга и картирование

Одним из ключевых преимуществ БАС является возможность трехмерного сканирования воздушного пространства. В отличие от наземных станций, дрон может выстраивать «вертикальные профили» загрязнения, фиксируя концентрацию веществ на разных высотах. Это критически важно для анализа распространения шлейфов дымовых труб и определения того, как метеорологические условия (инверсия температур, направление ветра) влияют на рассеивание примесей [4].

Процесс мониторинга обычно включает:

1. Построение полетного задания: дрон перемещается по сетке (зигзагом) поперек предполагаемого облака выброса.

2. Сбор данных в реальном времени: информация с датчиков передается на наземную станцию управления с привязкой к GPS-координатам.

3. Визуализация: специализированное ПО создает тепловые карты (Heat Maps), на которых наглядно видны эпицентры загрязнения и границы распространения вредных веществ [1].

3. Практическое применение в промышленности

Наибольшую эффективность БАС с газоанализаторами демонстрируют в нефтегазовом секторе и металлургии. В нефтегазовой отрасли актуальной задачей является обнаружение утечек метана на протяженных трубопроводах и нефтебазах. Своевременное выявление невидимых глазу утечек не только улучшает экологические показатели, но и предотвращает техногенные катастрофы. В металлургии использование БАС позволяет контролировать эффективность очистных сооружений, проводя замеры непосредственно в точке выброса из трубы, куда доступ персонала затруднен или опасен [5]

4. Экономические и операционные преимущества

Использование беспилотных технологий в экологии значительно снижает операционные расходы. Стоимость одного вылета БАС в разы ниже стоимости аренды вертолета или содержания обширной сети наземных датчиков. Более того, мобильность системы позволяет оперативно реагировать на жалобы населения или сообщения о нештатных ситуациях, локализуя источник выброса в течение нескольких минут [2].

Заключение

Применение БАС с газоаналитическим оборудованием переводит экологический мониторинг из реактивного в проактивное русло. Возможность получения высокоточных данных в пространстве и времени позволяет промышленным предприятиям не только избегать штрафных санкций, но и оптимизировать технологические процессы. В будущем, с развитием автономных дронопортов, возможна полная автоматизация экологического надзора, где беспилотники будут совершать регулярные облеты территорий без участия оператора.

Список литературы:

1. Абрамов С. В., Козлов Д. А. Инновационные методы экологического контроля промышленных зон с применением БПЛА // Экология и промышленность России. — 2022. — № 8. — С. 14–19.
2. Villa, T. F., Gonzalez, F., Miljievic, B., et al. (2016). *An Overview of Small Unmanned Aerial Systems for Environmental Measurements*. Sensors, 16(7), 1072. [Электронный ресурс].
3. Николаев В. Р. Разработка мобильных систем газоанализа для экологического мониторинга воздушной среды // Приборостроение и техническая кибернетика. — 2023. — № 3. — С. 45–51.
4. Степанов М. А. Моделирование рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере на основе данных с беспилотных носителей // Метеорология и гидрология. — 2024. — Т. 15, № 2. — С. 33–40.
5. Barbieri, L., Krüll, C., et al. (2019). *Unmanned Aerial Vehicles for Environmental Monitoring, Ecological Conservation, and Disaster Management*. Environment and Society, 10, 21–39.