Способ мониторинга в реальном времени безопасности при проведении полевых геологоразведочных работ с использованием беспилотных авиационных систем Российский патент 2024 года по МПК G06Q10/633 B64C39/02 G01V11/00 

Область техники

Изобретение относится к области обработки данных, в частности к техническим решениям, предназначенным для мониторинга безопасности в зоне выполнения геологоразведочных работ.

Глоссарий

С целью обеспечения достаточности раскрытия изобретения и обеспечения возможности проведения информационного поиска в отношении заявляемого технического решения ниже приведен перечень терминов, используемых в описании заявляемого изобретения.

Беспилотное воздушное средство - воздушное судно, которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанционно управляется из другого места с земли, с борта другого воздушного судна, либо запрограммировано и полностью автономно осуществляет пролет по заданному маршруту.

Беспилотная авиационная система - комплекс взаимосвязанных элементов, включающий в себя беспилотное воздушное средство, фото/видео оборудование, встроенный gps приемник и наземная система управления.

Маршрут пролета - проекция заданной траектории полета воздушного судна на земную (водную) поверхность, определенная основными точками пролета.

Наземная система управления - ЭВМ, предназначенная для осуществления предполетных проверок, управления полетом и посадкой беспилотного воздушного средства по линии цифровой радиосвязи при помощи загружаемого в нее полетного задания, а также контроля за всеми системами и нагрузками беспилотного воздушного средства.

Цифровая модель рельефа - электронный файл, содержащий сведения о трехмерном отображении земной поверхности, представленном в виде массива точек с определенной высотой, получаемый по результатам аэросъемочных работ, проведенным перед стартом геологоразведочных работ либо непосредственно перед началом регистрации сейсмических данных.

HSE - [Health, Safety, Environment] (дословный перевод: здоровье, безопасность, окружающая среда) охрана труда, окружающей среды и техника безопасности - дисциплина, изучающая и реализующая практические аспекты защиты окружающей среды и поддержания здоровья и безопасности на рабочем месте.

Уровень техники

Обеспечение безопасности человека проходимости техники в ходе наземных геологоразведочных работ в регионах с экстремальными условиями (болотистые местности; регионы с рекордно низкими температурами; регионы, удаленные от больших населенных пунктов) являются одними из наиболее ресурсозатратных мероприятий с минимально гарантируемым показателем прогнозирования.

Традиционно применяемые методы мониторинга с целью обеспечения снижения вероятности наступления HSE-рисков отличаются высокими показателями применения человеческого труда и/или активной эксплуатацией наземной и авиационной техники, что само по себе ведет к удорожанию себестоимости геологоразведочных работ, повышению количества углеродных выбросов и созданию дополнительных сопутствующих рисков.

Среди сведений, оперативное получение которых позволяет оценить и снизить риски проведения геологоразведочных работ, можно выделить, не ограничиваясь, следующие:

- Определение местоположения людей в зоне выполнения работ;

- Определение местоположения техники в зоне выполнения работ и направления ее движения;

- Обнаружение изменения в ландшафте (подтаивания, завалы и т.д.);

- Определение наличия/отсутствия диких животных в зоне проведения работ.

На данное время известные решения по методикам мониторинга безопасности при проведении полевых геологоразведочных работ разделяются на наземные, надводные и воздушные методы передачи данных. Последние в свою очередь подразделяются на пилотируемые и беспилотные методы.

Например, в условиях болотистой местности и распространения многолетнемерзлых пород - в условиях при которых является актуальным контроль и учета зон растепления (потепление, размораживание породы в вечной мерзлоте, замороженном грунте) с целью учета при планировании ежедневных проездов вездеходной техники традиционно производится визуальная экспертная оценка проездной способности участков в зоне выполнения работ непосредственно перед проездом техники. Но зачастую зоны подтаивания скрыты неповрежденным слоем снежного покрова и не могут быть определены без инструментальных наблюдений по данным информации видимого спектра. Одним из решений может быть определение проездной способности участка профиля путем пешеходного осмотра местности при помощи погружения вешек в снег с целю поиска талой воды.

Альтернативой данной технологии является выполнение воздушных съемок в инфракрасном диапазоне с целью поиска аномалий температуры поверхности снежного покрова, ассоциированных с талыми водами под поверхностью снега.

В качестве технического решения, которое позволило бы устранить недостатки наземного и воздушного пилотируемого мониторинга в виде ресурсоемкости и оперативности получения сведений о выявлении риска, были разработаны системы мониторинга при помощи беспилотных воздушных средств.

Точкой отсчета использования беспилотных воздушных средств в нефтегазовом принято считать 2006 год, когда Федеральное управление гражданской авиации США выдало компании BP разрешение на использование беспилотных воздушных средств при работе на нефтяных месторождениях Аляски (https://www.bp.com/en/global/corporate/news-and-insights/reimagining-energy/drones-provide-bp-eyes-in-the-skies.html).

В новейшее время также получили развитие и распространение системы видеоаналитики, повышающие качество мониторинга в реальном времени.

Применение беспилотных авиационных систем кратно снижает риски возникновения HSE событий путем исключения влияния человека при непосредственном проведении работ, позволяет снизить стоимость работ за счет привлечения меньших ресурсов, повысить производительность за счет автоматизации операций, снизить уровень выбросов углерода в атмосферу.

Применение беспилотных авиационных систем позволяет выполнять исследования с предельно малых высот в условиях отсутствия аэродромной сети непосредственно с участка работ со скоростью, сопоставимой с пилотируемой авиацией. Неоспоримым преимуществом перед полетами пилотируемой авиацией является возможность сбора кратно более плотных данных, позволяющих детально исследовать локальные особенности форм рельефа, объектов растительности и инфраструктуры.

Минимизация случаев застревания техники и её погружения в болота позволяет значительно сократить непроизводственное время и повысить эффективность работы в зимне-весенний период, на который приходится максимум производительности и сбора сейсмических данных.

Заявляемое изобретение направлено на усовершенствование подхода к использованию беспилотных авиационных систем, как автономно перемещающихся по участку проведения работ устройств мониторинга HSE событий в реальном времени, как замену пилотируемого мониторинга, так и замену наземного мониторинга, который выполняется трудом человека и с применением специализированной техники.

В ходе патентного поиска были обнаружены документы, определяющие уровень техники и не считающиеся особо релевантным по отношению к заявленному изобретению, а именно:

«Система аэромониторинга поверхности земли» (патент РФ на полезную модель № RU 50979 U1, дата публикации: 27.01.2006);

«Способ мониторинга пожарной обстановки» (патент РФ на изобретение № RU 2 395 319 C2, дата публикации: 27.07.2010);

«Способ дистанционной диагностики магистральных трубопроводов» (патент РФ на изобретение № RU 2 428 722 C2, дата публикации: 10.09.2011);

«Способ диагностики состояния продуктопроводов» (патент РФ на изобретение № RU 2 281 534 C1, дата публикации: 10.08.2006);

«Авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов» (патент РФ на изобретение № RU 2 091 759 C1, дата публикации: 27.09.1997);

«Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ на изобретение № RU 2 200 900 C2, дата публикации: 20.03.2003).

Вышеуказанные технические решения представляют собой различные варианты использования воздушных средств для мониторинга производственной безопасности.

В качестве аналога заявляемого изобретения можно выделить техническое решение «Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна» (патент РФ на изобретение № RU 2 669 310 C1, дата публикации: 09.10.2018).

Согласно описанию, указанное решение включает в себя способ проведения автоматического мониторинга с помощью беспилотных воздушных судов, оборудование для обнаружения пламени и математическую модель, реализованную в программном коде анализирующей информацию с цифровой видеокамеры и обнаруживающей пламя в автоматическом режиме без участия человека. При этом для реализации экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна отличается тем, что использует семь программных фильтров, реализуемых бортовым микропроцессором: анализ цвета пикселей кадра, проверка цвета выявленной области на совпадение с гаммой огня, определение областей движения, проверка цвета движущихся пикселей на совпадение с гаммой огня, вейвлет-анализ во временной области, пространственный вейвлет-анализ, проверка объемности области огня, выполняющихся поочередно в соответствии с алгоритмом, в котором реализован блок анализа весовых коэффициентов, пороговым значением обнаружения, пламени которого является пять и более.

В качестве прототипа заявляемого изобретения можно рассматривать техническое решение, раскрытое в патенте «Способ дистанционного наблюдения за состоянием линейной части магистральных трубопроводов и устройство для его осуществления» (патент РФ на изобретение № RU 2 616 736 C1, дата публикации: 18.04.2017).

Решение представляет собой систему, включающую размещенные в корпусе блок приема-передачи глобальной навигационной системы, цифровую видеокамеру, тепловизионную камеру, лазерный дальномер, модуль управления процессом съемки, блок передачи записанных данных, блок приема управляющих команд от блока сбора и обработки информации, исполнительный блок. Устройство выполнено с возможностью перемещения вдоль токопроводящих направляющих, установленных на опорах выше уровня ЛЧ МТ.

Вышеуказанные технические решения, как и заявляемое изобретение, в той или иной мере предназначены для мониторинга зоны выполнения работ при помощи беспилотных средств, однако устройство способов мониторинга вышеуказанных технических решений существенно отличается от предлагаемого в настоящем изобретении.

В частности, ключевым отличием заявляемого способа от прототипа является использование цифровой модели рельефа для построения безопасного маршрута пролета беспилотной авиационной системы с целью реализации способа мониторинга безопасности, применение беспилотного воздушного судна, не требующего организации дополнительно инфраструктуры для передвижения (токопроводящих направляющих).

Ключевым отличием заявляемого способа от аналога, помимо использования цифровой модели рельефа является этап распознавания и категоризации различных объектов, определение их местоположения.

Техническая задача, для решения которой предназначено настоящее изобретение, заключается в автоматизации процесса мониторинга безопасности в реальном времени и упрощении выполнения геологоразведочных работ в труднодоступной местности за счет снижения привлекаемых человеческих и технических ресурсов без потери качества мониторинга безопасности зоны выполнения геологоразведочных работ, отличающегося обеспечением непрерывности мониторинга, снижением времени оповещения о выявленном событии и занесении его имеющуюся карту местности.

Техническим результатом заявленного решения является повышение безопасности процесса выполнения геологоразведочных работ с использованием беспилотных воздушных средств в труднодоступных местностях за счет минимизации сроков выявления посторонних объектов и HSE событий в зоне мониторинга геологоразведочных работ, их категоризации и сопоставления с планами по проведению геологоразведочных работ, и отображения в системе, доступной участникам процесса

Заявленный технический результат достигается при использовании заявляемого способа с помощью группы устройств, содержащей беспилотную авиационную систему, состоящую из беспилотного воздушного судна, содержащего комплекс фото и/или видеофиксации в составе фото и/или видеокамеры для сьемки в видимом диапазоне и фото и/или видеокамеры для сьемки в инфракрасном диапазоне, а также наземную систему управления и центральную регистрирующую систему, который включает:

занесение в центральную регистрирующую систему и беспилотную авиационную систему цифровой модели рельефа и информации о текущих планах и фактах проведения геологоразведки;

расчет маршрута пролета беспилотной авиационной системы с использованием цифровой модели рельефа для определения траектории и высоты пролета;

пролет беспилотной авиационной системы по сформированному маршруту, сопровождающийся сбором фото и/или видеоданных в реальном времени в видимом диапазоне и/или инфракрасном диапазоне;

передачу данных, собранных беспилотной авиационной системой, на центральную регистрирующую систему;

осуществление на центральной регистрирующей системе выявления и категоризации объектов, влияющих на безопасность выполнения работ в зоне мониторинга;

выполнение на центральной регистрирующей системе сопоставления выявленных объектов с планами по проведению полевых работ на ближайшее время;

в случае выявления отклонения состояния зоны мониторинга по составу объектов от плановых показателей, уведомление центральной регистрирующей системой о выявлении риска и необходимости принятия мер;

нанесение выявленного объекта на карту зоны мониторинга с целью дальнейшего планирования работ.

Способ может дополнительно включать этап категоризации обнаруженных и распознанных объектов на некритичные и рисковые объекты, группируемые по следующим категориям в зависимости от вида объектов: «Человек», «Техника», «Вертикальные препятствия», «Горизонтальные препятствия», «Линейные объекты», «Зоны изменения температуры», «Животные», «Инфраструктура», «Площадные объекты», «Точечные объекты», «Оборудование».

Раскрытие изобретения

Для решения поставленной задачи и достижения вышеуказанного технического результата предлагается способ мониторинга в реальном времени безопасности при проведении полевых геологоразведочных работ с использованием беспилотных авиационных систем.

Группа устройств для реализации настоящего способа состоит из следующих элементов:

1. Беспилотная авиационная система (БАС), состоящая из беспилотного воздушного судна (БВС), содержащего комплекс фото и/или видеофиксации в составе фото и/или видеокамеры для сьемки в видимом диапазоне и фото и/или видеокамеры для сьемки в инфракрасном (ИК) диапазоне.

2. Наземная система управления, с которой осуществляется выполнение полетного задания.

3. Центральная регистрирующая система, включающая сервер и программное обеспечение, необходимое для реализации заявленного способа.

На первом этапе заявленного способа осуществляется занесение в центральную регистрирующую систему и беспилотную авиационную систему цифровой модели рельефа и информации о текущих планах и фактах проведения геологоразведки и маршрута облета.

Далее беспилотная авиационная система осуществляет фото и/ или видеосъемку в видимом и инфракрасном диапазонах во время следования по маршруту. Беспилотная авиационная система передает информацию с фото и/или видеокамер в систему фото и/или видеоаналитики на базе программного обеспечения.

Система фото и/или видеоаналитики анализирует полученные материалы, на предмет обнаружения и категоризации объектов, влияющих на оценку рисков для проведения работ, в том числе:

a. Люди, рабочие

b. Проезды

c. Оборудование

d. Техника, транспорт

e. Природные объекты (поваленные деревья, зоны растепления и т.д.)

f. Животные

При этом, в случае обнаружения объекта, запускается логический слой, который выполняет сопоставление выявленных объектов с планами по проведению полевых работ на ближайшее время.

В случае выявления отклонения состояния зоны мониторинга по составу объектов от плановых показателей, система фото и/или видеоаналитики уведомляет о выявлении риска и необходимости принятия мер. В случае нахождения выявленных объектов за пределами зон плановых маршрутов, система фото и/или видеоаналитики наносит место обнаружения выявленных объектов на карту с целью дальнейшего планирования работ.

Изобретение раскрывается и поясняется на следующих схемах:

Фиг. 1 - Таблица категоризации выявляемых объектов.

Вышеуказанная таблица приводит перечень категорий объектов, влияющих на безопасность выполнения геологоразведочных работ, распознаваемых беспилотной авиационной системой в рамках заявляемого способа.

Фиг. 2 - Перечень сценариев определения выявленных объектов.

Вышеуказанная таблица приводит перечень состояний объектов, определяемых системой фото и/или видеоаналитики в целях сопоставления с планами по проведению геологоразведочных работ, и отображения в системе, доступной участникам процесса.

Фиг. 3 - Таблица категоризации рисков в зависимости от выявленных объектов.

Вышеуказанная таблица отражает присваиваемые категории HSE рисков.

Дополнительным полезным эффектом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является снижение выбросов углекислого газа в атмосферу за счет отказа от привлечения наземной и воздушной пилотируемой техники в целях осуществления мониторинга безопасности.

В ходе испытаний заявляемого технического решения заявителем была проведена полевая работа. В результате работы было обнаружено и предотвращено два риска: рабочие не собрали оборудование, при пролете оно было обнаружено и перестроен маршрут; также было обнаружено крупное дикое животное, были приняты соответствующие меры.

Изобретение относится к техническим решениям, предназначенным для мониторинга безопасности при выполнении геологоразведочных работ. Заявленный способ содержит этапы: занесение в центральную регистрирующую систему (ЦРС) и беспилотную авиационную систему (БАС) цифровой модели рельефа (ЦМР) и информации о проведении сейсморазведки; расчет маршрута пролета БАС с использованием ЦМР; пролет БАС по сформированному маршруту, сопровождающийся сбором фото и/или видеоданных в реальном времени в видимом и ИК диапазонах; передачу данных, собранных БАС, на ЦРС; осуществление на ЦРС выявления и категоризации объектов, влияющих на безопасность выполнения работ; выполнение на ЦРС сопоставления выявленных объектов с планами по проведению работ; в случае выявления отклонения состояния зоны мониторинга по составу объектов от плановых показателей - уведомление при помощи ЦРС о выявлении риска и необходимости принятия мер; нанесение выявленного объекта на карту зоны мониторинга с целью дальнейшего планирования работ. Технический результат заключается в автоматизации процесса мониторинга безопасности и упрощении выполнения геологоразведочных работ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ мониторинга в реальном времени безопасности при проведении полевых геологоразведочных работ с помощью группы устройств, содержащей беспилотную авиационную систему, состоящую из беспилотного воздушного судна, содержащего комплекс фото и/или видеофиксации в составе фото и/или видеокамеры для сьемки в видимом диапазоне и фото и/или видеокамеры для сьемки в инфракрасном диапазоне, а также наземную систему управления и центральную регистрирующую систему, включающий занесение в центральную регистрирующую систему и беспилотную авиационную систему цифровой модели рельефа и информации о текущих планах и фактах проведения геологоразведки; расчет маршрута пролета беспилотной авиационной системы с использованием цифровой модели рельефа для определения траектории и высоты пролета; пролет беспилотной авиационной системы по сформированному маршруту, сопровождающийся сбором фото и/или видеоданных в реальном времени в видимом диапазоне и/или инфракрасном диапазоне; передачу данных, собранных беспилотной авиационной системой, на центральную регистрирующую систему; осуществление на центральной регистрирующей системе выявления и категоризации объектов, влияющих на безопасность выполнения работ в зоне мониторинга; выполнение на центральной регистрирующей системе сопоставления выявленных объектов с планами по проведению полевых работ на ближайшее время; в случае выявления отклонения состояния зоны мониторинга по составу объектов от плановых показателей, уведомление центральной регистрирующей системой о выявлении риска и необходимости принятия мер; нанесение выявленного объекта на карту зоны мониторинга с целью дальнейшего планирования работ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап категоризации обнаруженных и распознанных объектов на некритичные и рисковые объекты, группируемые по следующим категориям в зависимости от вида объектов: «Человек», «Техника», «Вертикальные препятствия», «Горизонтальные препятствия», «Линейные объекты», «Зоны изменения температуры», «Животные», «Инфраструктура», «Площадные объекты», «Точечные объекты», «Оборудование».