Способ обнаружения возгорания торфяников Российский патент 2021 года по МПК G08B23/00 G01K13/10 G01K11/32 A62C3/02 G01N27/22 

Изобретение относится к системам мониторинга и защиты торфяников от возгорания в любой период года и может найти применение в работе единой дежурно диспетчерской службы (ЕДДС) города и области, а также в системе безопасный город.

Сегодня торф находит свое широкое применение практически во всех областях жизни страны, начиная от сельского хозяйства, животноводства, медицины и энергетики. Актуальность его использования и промышленного освоения заключается в том, что торф является возобновляемым источником. Ежегодно в мире образуется почти 3,0 млрд. м³ торфа это примерно в 120 раз больше чем его используется [1, 3].

По разным оценкам в мире сегодня насчитывается от 250 до 500 млрд. тонн торфа. Он покрывает около 3% площади суши. Россия лидирует по запасам торфа, доля занятых им земель достигает примерно 31% в Томской области, 12,5% в Вологодской области и других областях страны. Так в 39 районах Московской области имеются места, где торф занимает примерно 18% площади. Разработка торфа ведется повсеместно.[1, 3].

Именно в этом случае происходит вначале определение, а затем осушение и подготовка поверхности, что при невыполнении требований противопожарной безопасности может привести к его самовозгоранию.

Таким образом, актуальность разработки методов прогнозирования и тушения пожаров на торфяниках очевидна. Возгорание торфяников в 2010 году в Московской области из-за образовавшегося смога в июле августе увеличили количество смертей от отравления угарным газом практически вдвое [2].

Торф представляет собой сложную полидисперсную, многокомпонентную систему, его физические свойства зависят от свойств отдельных частей, соотношений между ними, степени разложения или дисперсности твердой части, оцениваемой удельной поверхности или содержанием различных фракций. Торф характеризуется высоким влагосодержанием в естественном залегании (88-98%), пористостью до 96-98%.

Торф имеет сложный химический состав, который определяется условиями генезиса, химическим составом растений торфообразователей. И степенью разложения. В нем содержится как правило углерода 50-60%, водорода 5-6,5%, кислорода 30-40%, азота 1-3%,серы 0,1-11,5% [3].

Следовательно, зная химический состав торфа, возможно добиться на ранних стадиях определения его возгорания, с целью наиболее скорейшего прибытия спасательных пожарных формирований для ликвидации последствий ЧС.

Известен способ предотвращения и локализации пожара на торфяниках, заявка 2010152472/12 от 23.12.2010 в данном способе предполагается локализацию пожаров осуществлять размывом торфа пульпой, с одновременным заполнением размытой воронки минеральным грунтом и выносом размытой массы обратным потоком. Способ позволяет создавать эффективную вертикальную завесу из негорючего минерального грунта, препятствующую распространению наиболее вероятного очага возгорания и укрывать прилегающие площади слоем минирализованного торфа, снижая вероятность его возгорания.

Существует способ тушения и предотвращения возгорания торфяников и полигонов отходов заявка 2011104660/12 от 10.02.2011 он заключается в том, что определяются наиболее опасные очаги возгорания и к ним траспортируются негорючие материалы в качестве которых может быть использована вода или другие смеси. Данные растворы заполняют котлован, который подготавливают и отыскивают заранее и в дальнейшем, в него помещают земснаряд и через пультопровод подают к очагу возгорания.

Известен способ предотвращения пожара в торфяниках заявка 2004120525/12 от 05.07.2004 суть его заключается в том, что в зимний период на поверхности торфяников в очагах возможного возгорания изготавливаются каналы, в которые подается вода, в данных каналах, таким образом, намораживаются ледяные массивы, которые позволяют обеспечивать пропитания торфяников в процессе таяния ледяных массивов. С целью недопущения таяния льда их накрывают от проникновения солнечных лучей слоем грунта.

Существует способ предотвращения, локализации и тушения пожара на торфяных месторождениях заявка 2005114290/12 от 11.05.2005. Данный способ предполагает создание по контуру наиболее опасных участков барьеров для предотвращения очагов возгорания. Барьер состоит из смеси карбонатсодержащей (с содержанием карбоната магния и/или карбоната кальция в сумме не менее 90%) и опал - кристобалитовой (с содержанием оксида кремния не менее 80%) пород, взятых в соотношении 2:1 с добавкой глинистых минералов 7% и кремнефтористого натрия 3%, до 100% к основной смеси. В качестве карбонат содержащей породы могут быть использованы магнезит, доломит, известняк, а в качестве опал - кристобалитовой породы - трепел, опока, диатомит. При подходе огня к траншее минеральный материал нагревается и разлагается с выделением углекислого газа, который смешиваясь с воздухом, снижает содержание в нем кислорода. За счет этого эффекта, распространение огня не далее данного барьера.

Наиболее близкими по технической сущности является система мониторинга выполненная на базе беспилотного летательного аппарата и имеющая матричные приемники в видимом и инфракрасном спектре. Способ мониторинга торфяников для защиты от возгорания заявка 2016112806 от 05.04.2016. включает в себя контроль возгорания торфяников в засушливые периоды.

Данный способ основан на использовании квадрокоптера для измерения температуры и влажности воздуха над исследуемой поверхностью (торфяником) на двух высотах примерно 10 метров и 50 метров. Измерения проводят дважды и далее по полученным данным судят о пожарной опасности торфяника.

Существенным недостатком данного способа является дискретность мониторинга торфяников, вследствие ограниченного полета квадрокоптера и сложность организации мониторинга. Сложность последнего связана с подготовкой беспилотника к полету (расчет маршрута полета, введение карты маршрута в блок памяти системы управления летательного аппарата и др.), а также с доставкой беспилотного воздушного судна к месту мониторинга.

Целью данного изобретения является проведение непрерывного мониторинга о пожарной опасности торфяников и повышение точности прогноза данной опасности.

Как известно торф имеет высокое влагосодержание более 88-95% в таком состоянии торфяник никогда практически не будет гореть. Следовательно, только в том случае, когда в нем уменьшиться влага и достигнет порядка 30% и менее, а температура внутри станет повышаться до 50°С и выше, тогда и будет возможно возгорание.

Поставленная цель мониторинга возгорания торфяников может быть достигнута следующим образом. По периметру болота прокладывают оптоволоконный кабель, который закапывают на глубину 1 метр. Перед прокладкой кабеля, производят крепление на нем датчиков влажности и температуры. Датчики нумеруются во время установки на болото, по контуру (см. Рис. 2, номера датчиков 9-28). На одном из участков болота ставят соединительный шкаф, при этом, место установки шкафа, выбирают таким образом, что бы с данного места обеспечивалась устойчивая сотовая связь, с одним или несколькими операторами сотовой связи (рис. 1). Соединительный шкаф, включает в себя источник питания (2), устройство контроля (3), линейка датчиков (4), соединенная с линией связи (1), (блок не норма параметра датчиков (5), передатчик (6), оператор сотовой связи (7), ЕДДС (единая дежурно диспетчерская служба) (8).

В качестве источника питания целесообразно использовать солнечные батареи, ввиду низкого энергопотребления соединительного шкафа.

Устройство работает следующим образом. Из линии связи (1) сигнал о не норме температуры или влажности, или этих двух параметров поступает на линейку датчиков (4), которые обеспечивают только запоминание номера датчика выдавшего не норму, после данного блока информация поступает на устройства контроля, блок (3), через блок (5). Основной функцией блока (3), является определение номера датчика показавшего превышение нормы параметров влажности и температуры или обоих параметров относительно заданной величины. Далее блок (5) совместно с блоком (3) формируют сигнал не нормы, который в дальнейшем преобразуется в кодограмму. Далее кодограмма поступает в передатчик (6). В тексте кодограммы указывается превышение параметра температуры влажности или обоих параметров и номер датчика, который выдал данную величину. Затем через станцию сотовой связи блока (7), эта информация передается в ЕДДС блок (8). Перед выдачей информации в канал связи передатчик анализирует свободный канал оператора сотовой связи и определяет, по какому каналу предавать информацию.

ЕДДС, получив сигналы о превышении параметров датчиков высылает группу, имеющую, в своем составе беспилотник. С помощью данного аппарата будут производится исследования, с целью определения есть ли возгорание на данной местности торфа или его нет. Для этой цели, как правило, будут использоваться силы и средства МЧС. Стоит отметить также, что силы МЧС будут прибывать в тот район, откуда поступила информация о превышении параметров температуры и влажности, а именно с номеров датчиков.

Сегодня на вооружении МЧС России находятся беспилотные летательные аппараты, которые способны осуществлять полет по времени не превышающем 20 минут. Далее необходимо производить подзарядку или замену аккумуляторных батарей [4]. Скорость полета данных БВС (беспилотные воздушные судна) составляет примерно 72 км/ч. Прибывшая группа снимает с датчиков расположенных на болоте, записанные в памяти устройства контроля параметры за последние несколько дней, обращая при этом внимание на изменение показателей температуры и влажности. Это необходимо для точного составления карт текущего состояния данного торфяного болота.

Датчики температуры стоит выбирать в диапазонах температур от 0 до 600°С, так как максимальная температура горения торфа примерно 550°С. Датчики влажности должны иметь диапазон от 20 и до 100%. датчики стоит выбирать с памятью. При влажности близкой к 20% торф превращается в кокс и очень высока вероятность его возгорания

Необходимо настроить датчики таким образом, что бы, когда температура повысится до 60°С, а влажность уменьшится до 30%, датчики будут выдавать сигналы об опасности, возникновения ЧС, которые и будет получать ЕДДС.

Процесс полета БВС и снятия информации с датчиков будет состоять из следующих временных интервалов. t_под. - времени подлета БВС к датчику, t_oбм. - времени обмена информацией между БВС и датчиком, t_oбp., - времени обработки информации t_пеp. - времени передачи обработанной информации на пункт приема оператором, t_пол. - времени полета к очередному датчику.

Следовательно,

Если принять, что время перелета от датчика к датчику не превышает 10 минут, то на оставшееся время 10 минут остается сбор информации. Следовательно, легко сосчитать, что оператор БВС способен будет в течении одного полета снять информацию с 20 датчиков. Стоит также отметить, что время сбора информации и передачи ее с одного датчика будет не превышать 30 секунд. Схема расположения датчиков представлена на (рис. 2)

На перелет от датчика к датчику как подчеркивалось ранее определяем время не более 30 секунд. При этом БВС пролетит расстояние 600 метров. Датчики целесообразно расставить по кругу, (рис. 2) при этом сокращая с одной стороны время подлета к пункту подзарядки, а с другой стороны, это позволит провести больший обзор местности, (расположение датчиков, как правило стоит определять в зависимости от формы болота, а она может быть различной формы).

Расположение внутреннего контура датчиков целесообразно относительно внешнего, располагать на расстоянии не более 30 - 50 метров для повышения точности измерений.

Наиболее оптимально датчики чередовать между, собой, т.е. датчик контроля температуры чередовать датчиками контроля влажности. Это позволит с одной стороны с большей долей вероятности предсказать возможность возникновения ЧС. Согласно (рис. 2). Произведем расчеты

Как ранее было отмечено, что при скорости 72 км/ч, БВС пролетает ежесекундно 20 м. следовательно, за 30 секунд, он способен преодолеть расстояние 600 м, зная величину (длину окружности) [5];

Где r - радиус окружности.

Расположим равномерно датчики по кругу(рис. 2). Если установить 20 датчиков, то площадь осматриваемая БВС будет составлять примерно 7200 м. Используя формулу площади круга,

получим результат осматриваемой площади 412037 км² переводя данную величину в гектары получим около 412 гектаров.

Таким образом, используя два типа датчиков температурный и влажностный возможно с высокой точностью предсказать состояние возгорания торфяных площадей.

Литература

1. Интернет ресурс http/www.bfm. ru.

2. Сайт ЗАГС Москвы, http/wwwmsk-zags.ru

3. В.В. Белозеров, А.А. Нестеров, Ю.Г. Плахотников, ЮВ. Прус. Метод и автоматизированный комплекс обнаружения, предотвращения и тушения торфяных пожаров, Интернет - Журнал технологии техносферной безопасности выпуск №5 (33) октябрь 2010

4. Авторское свидетельство на изобретение №2657866 от 18. 06.2018

5. И.В. Бабичева, Т.Е. Болдовская Справочник по математике (в формулах, таблицах, рисунках) 2010 Омск. 110 С.

Изобретение относится к системам мониторинга и защиты торфяников от возгорания в любой период года с возможностью конкретизации места и площади возгорания и может найти применение в работе (ЕДДС) города и области, а также в системе «Безопасный город». Наряду с ранее сказанным данное изобретение может быть использовано подразделениями МЧС России для оперативного реагирования на возможность возникновения ЧС на торфяниках, а также составления карт текущего состояния торфяных болот. Заявлен способ обнаружения возгорания торфяников, включающий в себя измерение температуры и влажности внутри торфяника на глубине 1 м внутри самого торфяного болота, при этом датчики температуры и влажности крепят на оптоволоконном кабеле и расставляют по кругу или в зависимости от формы болота с возможностью чередования датчиков между собой. Сигналы о превышении параметров температуры и влажности поступают на устройство контроля и блок текущего состояния параметров влажности и температуры, которое запоминает состояние датчиков в соединительном шкафу. Затем устройство контроля формирует кодограмму о превышении нормы и выдает ее через передатчик в канал сотовой связи в ЕДДС, при этом датчики настраивают таким образом, чтобы сигнал о превышении нормы подавался, когда температура повысится до 60°С, а влажность уменьшится до 30%. Для уточнения конкретного места и площади возгорания торфяника формируется группа МЧС с БЛА, которая путем прибытия на торфяник производит анализ состояния места сработавших датчиков и показавших отклонение от нормы, и, таким образом, обеспечивается контроль площади возгорания. Технический результат – повышение эффективности контроля площади возгорания. 2 ил.

Способ обнаружения возгорания торфяников, включающий в себя измерение температуры и влажности внутри торфяника на глубине 1 м внутри самого торфяного болота, при этом датчики температуры и влажности крепят на оптоволоконном кабеле и расставляют по кругу или в зависимости от формы болота с возможностью чередования датчиков между собой, сигналы о превышении параметров температуры и влажности поступают на устройство контроля и блок текущего состояния параметров влажности и температуры, которое запоминает состояние датчиков в соединительном шкафу, затем устройство контроля формирует кодограмму о превышении нормы и выдает ее через передатчик в канал сотовой связи в ЕДДС, при этом датчики настраивают таким образом, чтобы сигнал о превышении нормы подавался, когда температура повысится до 60°С, а влажность уменьшится до 30%, для уточнения конкретного места и площади возгорания торфяника формируется группа МЧС с БЛА, которая путем прибытия на торфяник производит анализ состояния места сработавших датчиков и показавших отклонение от нормы, и, таким образом, обеспечивается контроль площади возгорания.