Способ обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и способ доставки на поверхность торфяника портативного георадара и приёма данных зондирования в режиме реального времени
METHOD FOR DETECTING THE BOUNDARY OF LOCAL UNDERGROUND PEAT FIRE AND METHOD OF DELIVERY OF THE PORTABLE GEORADAR TO THE PEAT BOG SURFACE AND RECEIVING THE SOUNDING DATA IN REAL TIME

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара портативным георадаром, доставляемым на поверхность торфяника с помощью беспилотного летательного аппарата или аэростата.
Заявляемый способ доставки на поверхность торфяника портативного георадара и приема данных зондирования в режиме реального времени предусматривает передачу данных зондирования с названного прибора по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров.
Известен способ установления местоположения лесного пожара (Патент RU №2379077, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 20.01.2010).
Способ включает выделение наиболее пожароопасных участков торфяников, размещение по площади участков вертикальных скважин, установку в скважины перфорированных труб, заполнение труб дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов, патрульное наблюдение дыма, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте. Перед установкой в скважины на внутренние поверхности перфорированных труб слоем от 4 до 7 мм наносят гидрофобный воспламеняющийся материал. В качестве гидрофобного материала применяют битум или тяжелые фракции крекинга нефти.
Однако применение этого способа ограничивается доставкой тяжелой бурильной техники, автомобильной или автотракторной техники высокой проходимости для доставки труб и т.п. по пересеченной местности к месту возгорания торфяников.
Известен способ обнаружения лесного пожара (Патент RU №2410140, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 27.01.2011), который включает в себя передачу в эфир в качестве сигнала о пожаре электромагнитного излучения, сформированного посредством электрической энергии, полученной восприятием тепловой энергии пожара. Превращает ее во внутреннюю энергию рабочего тела, обеспечивающую кипение жидкой фазы последнего, и последующим преобразованием связанными между собой магнитоэлектрической и колебательной системами энергии волн, образуемых на поверхности жидкой фазы при кипении, и выталкивающей силы, действующей на паровой пузырь. Колебательную систему выполняют в виде двух связанных подсистем, одну из которых используют в качестве преобразователя энергии волн и выталкивающей силы в колебательную энергию, а другую - как транслятор этой энергии.
Однако при реализации этого способа необходимо создать сложную и многозвенную колебательную систему, что приводит к снижению надежности в работе этой системы в условиях развития торфяного пожара.
Известны способ предотвращения или обнаружения и тушения торфяных пожаров и установка для реализации способа (Патент RU №2530397, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 10.10.2014). Способ включает в себя определение области очага саморазогрева торфа путем измерения температуры в торфе по крайней мере в шести точках, приготовление инертного газа по технологии мембранной сепарации воздуха и его подачу под давлением в указанную область. Измерение температуры и подачу инертного газа в торф выполняют с помощью торфяных стволов-термозондов, каждый из которых выполнен в виде торфяного ствола, снабженного по крайней мере двумя датчиками температуры.
Установка работает следующим образом.
Установку размещают вблизи торфяника или торфяного склада, включают контроллер и вводят в него координаты места размещения установки (град и мин широты и долготы), чем обеспечивают точную географическую привязку месторождения торфа или склада, на котором проводится профилактика предпожарной ситуации или тушение пожара. После этого втыкают в начало торфяника или торфяного склада первый торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.
Контроллер опрашивает датчики температуры первого торфяного ствола-термозонда, определяя абсолютные значения температур торфа в двух точках и вычисляя градиент между ними. Если полученные данные не превышают допустимых значений, то контроллер вычисляет место установки второго (следующего) торфяного ствола-термозонда и выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений. В указанную позицию втыкают второй (следующий) торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.
Указанный процесс повторяют до тех пор, пока не будет прозондирован весь торфяник или склад, а его «образ» (географический и тепловой) будет зафиксирован в памяти контроллера.
При этом если по превышению измеренных абсолютных значений температуры и/или градиента температуры контроллер обнаруживает «предпожарное» состояние или пожар, то он, управляя компрессором, сепаратором и регуляторами расхода и давления, подает в соответствующий торфяной ствол-термозонд азот под регулируемым давлением от 2 до 10 атм, осуществляя таким образом «выдавливание кислорода» из зоны действия торфяного ствола-термозонда. При этом интенсивность и время подачи азота регулируется контроллером в зависимости от градиентов температур и абсолютных значений температур. Это позволяет на длительный срок подавить процессы саморазогрева торфа в зоне обработки торфяными стволами-термозондами, так как торф имеет низкий коэффициент теплопроводности.
Процесс «насыщения» азотом зоны действия торфяного ствола-термозонда является периодическим, то есть по истечении установленного времени ингибирования контроллер прекращает подачу азота и в течение установленного времени контролирует производные температур, прогнозируя значения температур, которые установятся без дальнейшей подачи азота. Если прогнозируемое значение отличается от текущей температуры в пределах безопасной нормы, то контроллер выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений, куда необходимо переставить торфяной ствол-термозонд, или сообщение о выключении данного торфяного ствола-термозонда и окончании процесса. В противном случае контроллер пересчитывает интенсивность и время подачи азота и осуществляет дальнейшее ингибирование.
Обогащенный кислородом газ стравливается в атмосферу по команде контроллера.
Через выпускной электромагнитный клапан ресивера стравливается азот, если производительность его генерации оказывается выше изменяемого контроллером расхода азота для предотвращения или тушения пожара.
Однако устройство, реализующее этот способ, имеет сложную систему зондирования температуры в торфяном пласте, а применение в этом устройстве в качестве огнетушащего средства азота значительно удорожает процесс тушения пожаров на торфяниках.
Известен способ разведки месторождений (Патент RU №2410728, МПК G01V 3/12 (2006.01), опубл. 27.01.2011).
Сущность изобретения заключается в том, что пригеофизической разведке углеводородов создают отверстия в выбранном положении на поверхности льда. Отверстия проходят через морской лед до воды. Электроды источника и приемников опускают в отверстия до тех пор, пока электрод не будет находиться в контакте с водой под морским льдом. В отверстие добавляют достаточное количество проводящей жидкости, чтобы покрыть, по меньшей мере, часть электрода. Проводящую жидкость оставляют в отверстии до ее замерзания.
Однако этот способ не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Известен радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля (Раздел 5. Применение подповерхностной радиолокации для изучения отложений торфа и сапропеля. 5.1. Методика полевых работ: Радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля.html). Один из двух самостоятельных методов подповерхностной радиолокации является метод радиолокационного зондирования, принятый за прототип заявляемого изобретения.
Сущность данного технического решения заключается в дискретном профилировании, которое применяется только при невозможности использования транспортных средств, и заключается в измерении времен прихода отраженных сигналов и их записи в отдельных точках маршрута исследования. При этом шаг профилирования обычно составляет 10-25 метров.
Последовательность работ при разведке торфяного месторождения с применением радиолокационной аппаратуры состоит в следующем.
В начальной точке исследований необходимо максимально точно установить глубину до основной отражающей границы, которой является дно залежи, идентифицировать с ней видимый на экране локатора отраженный сигнал и откалибровать прибор. Для этого необходимо провести механическое зондирование залежи с отборов проб подстилающего грунта, если минеральное дно торфяной залежи сложено плотными песчаными или супесчаными отложениями, а также отсутствует плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то за глубину отраженной границы следует принять результат механического зондирования. Если в придонном слое залежи присутствует сапропель, или имеет место плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то в начальной точке исследования необходимо провести радиолокационное зондирование.
Радиолокационное зондирование выполняют следующим образом: приемную и передающую антенны устанавливают на поверхности залежи в метре друг от друга. После записи принятых сигналов на магнитную ленту начинают одновременно разносить антенны в противоположные стороны от центра, на расстояние, сравнимое с глубиной залегания дна залежи. В начальной и конечной точках измерят время прихода отраженных сигналов.
Скорость распространения электромагнитных волн (V) и глубина (h) отражающей границы вычисляется по формулам
1
2
1
2
где x и х - расстояние между антеннами, a t и t - время прихода отраженных волн.
1, 2
При определении t могут возникать трудности с выявлением сигнала, отраженного от минерального дна. Для предварительной идентификации отражений следует воспользоваться данными ручного бурения и вычислить время прихода отраженной волны по формуле
Либо воспользоваться таблицами перевода t (нс) в h (м).
После определения расстояния до отражающей границы и скорости распространения волн в залежи следует откалибровать прибор по глубине и начать работу по методу радиолокационного профилирования торфяной залежи. Вычисление средней глубину торфяной залежи и запасов сырья по радиолокационным данным требует контроля за изменением скорости распространения электромагнитных волн на различных участках месторождения. Для этого необходимо создать опорную сеть непосредственных измерений глубины залежи или радиолокационных зондирований.
Однако этот радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и снижении материальных затрат при проведении разведывательных работ на торфяниках в зонах особого риска.
Сущность заявляемого способа по пункту 1 формулы изобретения заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Сущность заявляемого способа по пункту 2 формулы изобретения заключается в том, что в способе доставки на поверхность торфяника портативного георадара и приема данных зондирования в режиме реального времени, заключающемся в доставке названного устройства на поверхность торфяника, установке его в контролируемой зоне и передаче данных зондирования, доставку прибора георадиолокационного подповерхностного зондирования осуществляют на беспилотном летательном аппарате или аэростате, производят фиксацию его местоположения на патрульной карте, а передачу данных зондирования с названного прибора производят по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом по пункту 1 формулы изобретения, обуславливается следующим.
Определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью позволяет:
- применить новый способ георадиолокационного подповерхностного зондирования при определении подземного очага горения торфяного пожара с минимальными материальными затратами;
- осуществлять постоянный мониторинг подземного очага горения торфяного пожара с помощью стационарно размещенного на поверхности торфяника портативного георадара.
Ранее было установлено (https://www.studsell.com), что скорость электромагнитных волн - наиболее важный для радарных исследований параметр среды, поскольку отраженные волны, которые мы регистрируем, возникают на границах сред с разными скоростями. С другой стороны, разрешающая способность волновых методов определяется длиной волны (λ).
Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, и скорость распространения электромагнитных волн незначительно зависят от частоты и типа грунтов, а определяется, главным образом, их влагонасыщенностью.
В сейсморазведке скорости определяют по годографам отраженных волн. В радиолокации таким способом определить скорости очень трудно. Электромагнитные волны быстро затухают, и регистрировать сигналы на большом расстоянии между источником и приемником практически невозможно. Реальные скорости можно определить либо используя априорную информацию о строении разреза, либо по дифрагированным волнам, возникающим на неоднородностях разреза.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом по пункту 2 формулы изобретения, обуславливается следующим.
Размещение портативного георадара на поверхности торфяника в контролируемой зоне позволяет установить его в таких местах, в которых все ранее известные из уровня техники приборы и оборудование смонтировать невозможно или крайне опасно.
В настоящее время все известные портативные георадары имеют малый вес, многие из них имеют большую площадь опоры на исследуемую поверхность, поэтому при их использовании для обнаружения границы локального подземного торфяного пожара они будут оказывать на поверхность торфяника минимальное удельное давление.
Так, например, портативный георадар «Лоза» (Обнаружение пожара. / Георадар Лоза. Изыскания.mht) имеет малый вес (до 3 кг) и отличается высокой мобильностью, портативный георадар Питон-3 (Обнаружение пожара. / ПИТОН-3 ГЕОСИГНАЛ - производство сейсмостанций, инженерно-геофизические исследования.mht) приспособлен для работы в сложных условиях тайги, тундры, на сопках, на снегу, на льду и т.д.
Доставка прибора георадиолокационного подповерхностного зондирования на беспилотном летательном аппарате или аэростате без помощи ранее применяемой тяжелой техники позволяет:
- оперативно произвести мониторинг подземного очага горения торфяного пожара с минимальными материальными затратами;
- установить этот прибор без участия людей;
- произвести фиксацию местоположения георадара на патрульной карте.
Следует отметить, что аэростат имеет возможность доставить к месту возможного локального подземного очага горения торфяного пожара такое количество георадаров за один полет, которое соответствует возможностям его грузового отсека, а беспилотный летательный аппарат - только один портативный георадар за один рейс.
Передача данных зондирования с портативного герадара по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне названных приборов позволяет определить в режиме реального времени картину развития пожара каждого подземного очага горения торфяного пожара в контролируемой зоне.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с обнаружением границы локального подземного торфяного пожара.
Известно устройство для определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов (Авторское свидетельство SU №1562883, МПК G01V 3/12, опубл. 07. 05.1990).
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, например торфяных месторождений, песчаных грунтов, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднопроходимых условиях и при ограниченной видимости.
Сущность изобретения заключается в определении подповерхностной структуры слоистых земных покровов благодаря компенсации сигналов помех, приходящих с двух разнесенных в пространстве антенн. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, линию задержки, генератор видеоимпульсов, два переключателя прием-передача, две антенны, приемный блок, индикатор.
Однако этот способ не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Известен способ геоэлектроразведки методом зондирования становлением поля в ближней зоне (Авторское свидетельство SU №1684768, МПК G01V 3/12, опубл. 15. 10.1991).
Сущность этого способа заключается в обеспечении возможности изучения строения геоэлектрического разреза на участках ограниченных размеров. Через вертикально расположенный генераторный контур пропускают импульсы тока и в паузах между этим интервалом через 0,01-5 мс после выключения импульса тока в точках наблюдений на расстоянии 0-10 м от генераторного контура измеряют одну или несколько компонент электромагнитного поля, определяют зависимость величины кажущейся продольной проводимости и кажущейся глубины залегания электропроводящего пласта от времени измерений, затем путем решения прямых задач для горизонтально слоистой среды синтезируют такой разрез, для которого теоретическая зависимость величины указанных кажущихся параметров совпадает с экспериментально полученной зависимостью.
Например, в районах Крайнего севера нередко возникает задача оценки теплового состояния грунта (талый или мерзлый) под зданиями и сооружениями, построенными на сваях (свайном поле), существенно ограничивающими размещение рамок по площади и пространству, то есть нет условий для свободного размещения рамок в каком-либо определенном направлении. Тогда неизбежно размещение рамок так, как позволяют стесненные условия. В этом случае местоположение и ориентация генераторной рамки фиксируется и принимается за начало цилиндрической системы координат, по отношению к ней определяется измеряемая компонента поля и по соответствующим формулам параметры разреза. При этом акцент ставится на измерении одной компоненты, которую возможно измерить в стесненных условиях, двух, трех и более компонент, если нет площадных ограничений для более детального изучения горизонтально-неоднородных сред или для обычных импедансных (относительные измерения) исследований.
Однако этот способ геоэлектроразведки не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Известен способ определения глубины расположения объектов с летательного аппарата (Патент RU №2349937, МПК G01V 3/17 (2006.01), опубл. 20.03.2009).
Сущность этого способа заключается в следующем. Сигнал декаметрового диапазона излучают с летательного аппарата. Выполняют квадратурную обработку отраженного сигнала. В результате квадратурной обработки получают комплексную огибающую, фильтруют ее и получают сигнал, соответствующий радиолокационному изображению объекта. Определяют комплексное число, вещественная и мнимая части которого равны средним значениям вещественной и мнимой частей комплексной огибающей. Определяют аргумент комплексного числа. Вычитают из вещественных и мнимых значений комплексной огибающей средние значения. Определяют аргумент полученной комплексной функции. Вычитают полученные аргументы и определяют глубину расположения объектов. Технический результат: возможность определения глубины расположения объектов.
Данный способ не решает задачи, поставленные перед заявляемым техническим решением.
Известен мобильный георадар для дистанционного поиска местоположения подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте (Патент RU №2256941, МПК G01V 3/17, G01S 13/88, опубл. 20.07.2005).
Сущность изобретения заключается в том, что антенны георадара выполнены в виде коллимирующих решеток, шарнирно закрепленных снаружи, например на днище фюзеляжа летательного аппарата с возможностью синхронного качания каждой антенны в плоскости поперечного сечения фюзеляжа на угол 1…5°. Антенны сфокусированы в сторону поверхности земли. Длительность зондирующих электромагнитных импульсов фиксирована в пределах диапазона 10…0,2 нс.
Георадар работает следующим образом. При взлете летательного аппарата включают в бортовую электрическую сеть блоки георадара, а при выходе аппарата на предполагаемый топографический маршрут трассы начинают сканировать поверхность земли передающей и принимающей антеннами.
Зондирующие поверхность земли короткие электромагнитные импульсы, проникая через толщу грунта, отражаются обратно от поверхности земли и от границ раздела фракций, находящихся в грунте. По отраженным сигналам от поверхности земли, границ фракций среды грунта и искусственно вложенного в грунт протяженного трубопровода формируется картина профиля грунта с массивным протяженным объектом. Границы раздела фракций грунта и трубопровода отображаются на экране видеомонитора в виде ярко-темных линий, а однородность среды - одним цветом ровной тональности, степень которой зависит от электрофизических свойств структуры грунта. Чем выше коэффициент поглощения, тем темнее тональность. По разности контрастности участков, их габаритам и резким ярко-темным границам, высвечиваемым на экране монитора, судят о наличии трубопровода и его поперечном размере, а по времени прихода соответствующих отраженных сигналов от поверхности грунта земли и границы раздела трубопровода с фракциями грунта до принимающей антенны судят о глубине залегания трубопровода в грунте.
Однако это устройство имеет узкую область применения не предусматривает его использования для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известна (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group) система FIRMS (Fire Information for Resource Management System - Пожарная информационная система для целей управления природными ресурсами) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), разработанную группой специалистов Университета штата Мэриленд в сотрудничестве с Национальным агентством США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Система охватывает весь мир и позволяет получать информацию о местоположении крупных и средних лесных пожаров за предшествующие 24 или 48 часов (по выбору пользователя), в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.
Система ИСДМ-Рослесхоз (Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства) представляет собой ведомственную систему мониторинга лесов, лесных пожаров и лесопользования, оперативное управление которой осуществляет ФГУ "Авиалесоохрана". Система разработана специалистами Института космических исследований РАН при участии других российских научных организаций. Блок мониторинга пожарной опасности основывается на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), но использует и некоторые другие источники дистанционных данных. Система не является полностью открытой, часть информации предоставляется только пользователям из специально определенного Рослесхозом перечня или на коммерческой основе. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.
Система SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service - система мониторинга лесных пожаров, разработанная компанией СканЭкс) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США) и некоторых других, разработанную компанией СканЭкс (Москва). Система охватывает Россию и некоторые сопредельные территории и позволяет получать информацию о пожарах за длительный период времени с разбивкой по дням, в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов. Имеет ряд пользовательских настроек, для доступа к которым необходима регистрация (она бесплатна). Данные системы SFMS используются рядом федеральных министерств (МПР, МЧС) для мониторинга пожарной опасности на природных территориях.
Данные этих систем мониторинга пожаров, за исключением последней, общедоступны и бесплатны, и ими, при наличии компьютера и доступа к сети Интернет, может пользоваться любой желающий.
Следует особо отметить, что дистанционными методами все-таки невозможно выявить все травяные палы на поверхности торфяников - часть палов остается незамеченной. Кроме того, весной возможно возникновение очагов тления торфа и от других причин (брошенных костров, окурков и т.д.). Поэтому крайне важно организовать наземное обследование не только тех участков, где дистанционными методами были выявлены палы сухой травы, но и других особо опасных участков осушенных торфяников (а именно - торфяников, примыкающих к населенным пунктам, дачным поселкам, объектам инфраструктуры, а также к местам массового отдыха, охоты, рыбалки и браконьерства на краях или в границах осушенных торфяников).
Для инструментальной проверки надежности тушения, и для обнаружения скрытых очагов тления торфа, можно использовать торфяные щупы-термометры (специальные датчики-термопары в стальной трубке длиной до полутора метров, соединенные с дисплеем, показывающим температуру на конце щупа). Если такой щуп есть, то целесообразно выделение одного человека специально для работы с ним, для помощи в определении реальных границ очага тления, которые не всегда хорошо определяются с поверхности, и для определения качества тушения. Тлеющими следует считать участки, на которых температура торфа превышает 40 градусов. Кроме того, щупом-термометром необходимо пользоваться при определении безопасных подходов и подъездов к очагам тления торфа, при определении, есть ли под полотном дороги прогары и очаги тления торфа (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group).
Известно, что торфяные пожары создают опасность провала в прогоревший грунт (прогар) людей и техники, в связи с чем рекомендуется соблюдать осторожность и не находиться на выгоревшей территории (Указания по тушению лесных пожаров (для невоенизированных формирований гражданской обороны). Министерство обороны СССР, 1977 г.)
Отсюда, исходя из приведенных научных данных и исследованного уровня техники, авторы изобретения считают, что наиболее перспективным способом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара является георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, при котором определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Широко известен метод георадиолокационного подповерхностного зондирования (метод георадар), который основан на изучении распространения электромагнитных волн в среде (https://studsell.com/view/79082).
Идея метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами.
Все задачи, решаемые с помощью георадара, могут быть разделены на две большие группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов. Первая группа включает в себя геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи:
картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками, уровня грунтовых вод, границ между слоями с различной степенью водонасыщения;
определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений;
определение мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов.
Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:
картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);
исследование участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных земель, засыпанных выемок.
Таким образом, в настоящее время георадар широко применяется в исследованиях при относительно небольшой глубине залегания целевых объектов (0.5-10 метров) за исключением изучения ледников и мерзлых пород, в которых глубинность повышается благодаря высоким сопротивлениям.
Ранее было установлено (М.И. Филькенштейн, В.А. Кутаев, В.П. Золатарев. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Под ред. М.И. Филькенштейна. М.: Недра, 1986 г. Глава 4. Результаты практического использования радиолокационного зондирования с поверхности земли. Подраздел 4.1. Радиолокационная аппаратура для зондирования с поверхности земли, с. 103; http://www.pseudology.org/science/finkelshteynmi_podpoverhnoezondirovanie 2.pdf), что при решении задач, связанных с детальными исследованиями ограниченных и труднопроходимых районов, возникает необходимость применения радиолокационной аппаратуры, предназначенной для использования как с наземного транспорта, так и в ручном варианте. В обоих случаях приемная и передающая антенны находятся в непосредственной близости от поверхности зондируемой среды, которая оказывает существенное влияние на их свойства. Было установлено (разд. 1.3), что характер изменения поля вблизи границы раздела зависит как от диэлектрической проницаемости зондируемой среды, так и от высоты расположения антенн. Приближение антенн к поверхности зондируемой среды приводит к уменьшению амплитуды поля в верхнем полупространстве при одновременном возрастании ее в зондируемой среде. Вследствие этого наиболее целесообразным является размещение антенн непосредственно на поверхности, что обеспечивает снижение интенсивности прямого сигнала и увеличение уровня подповерхностных отражений. Вместе с тем такое размещение антенн связано с необходимостью обеспечения высокой механической прочности при их транспортировке в непосредственном контакте с земной поверхностью. При использовании радиолокационной аппаратуры в ручном варианте особое значение приобретают ее габарит и масса. Поэтому целесообразно использование при зондировании магнитной записи сигналов с последующей обработкой результатов зондирования в стационарных условиях. Требуемое согласование по полосе частот может быть обеспечено применением стробоскопического преобразования сигналов в приемном тракте.
При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения повышении эффективности обнаружения границ локального подземного торфяного пожара далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизмах георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта показал большую перспективу размещения на поверхностиь торфяника портативных георадаров, осуществляющих в намеченных точках контролируемой зоны зондирование активных локальных подземных очагов горения торфяного пожара за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации.
На фиг. 1 представлена схема доставки на поверхность торфяника портативного георадара на беспилотном летательном аппарате (автономном квадрокоптере), на фиг. 2 - схема доставки на поверхность торфяника портативного георадара с помощью аэростата, на фиг. 3 - схема обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и приема данных зондирования на беспилотном летательном аппарате в режиме реального времени, на фиг. 4 - схема обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и приема данных зондирования на аэростате в режиме реального времени.
Перед началом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара (фиг. 1) производят следующие действия.
После проведенной разведки с помощью космических аппаратов, самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов или аэростататов определяют места возможных локальных подземных очагов горения торфяного пожара, которые наблюдаются по видимому задымлению.
Затем намечают на карте точки контролируемой зоны, в каждую из которых доставляют на поверхность торфяника 1 портативный георадар 2 (прибор георадиолокационного подповерхностного зондирования). Доставку названного прибора производят на беспилотном летательном аппарате 3 (автономном квадрокоптере) с помощью троса 4.
Затем производят фиксацию его местоположения на патрульной карте.
После приземления на поверхность торфяника 1 георадара 2 его освобождают от троса 4.
Доставку на поверхность торфяника 1 портативного георадара 2 на аэростате 5 (фиг. 2) производят в каждую точку контролируемой зоны с помощью троса 6.
Затем производят фиксацию его местоположения на патрульной карте.
После приземления на поверхность торфяника 1 георадара 2 его освобождают от троса 6.
Следует отметить, что аэростат имеет преимущество перед беспилотным летательным аппаратом, так как последний может доставить к месту возможного локального подземного очага горения торфяного пожара только один портативный георадар, а возможности аэростата по доставке этого прибора ограничены только вместимостью его грузового отсека, поэтому названный летательный аппарат может практически «расставить» по точкам контролируемой зоны все георадары за один полет.
Георадар 2 (прибор георадиолокационного подповерхностного зондирования) работает следующим образом.
После установки в каждой точке контролируемой зоны георадар 2 по команде оператора с земли или с наблюдательного пункта, а также в автоматическом режиме, начинает свою работу: производит георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн 7 и регистрации сигналов 8, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, причем определение границы 9 (фиг. 3, 4) активного локального подземного очага горения 10 торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.
Передачу данных зондирования с названного прибора производят по сети 11 Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат 3 (фиг. 3) или аэростат 5 (фиг. 4) при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров 2.
Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано для обнаружения границ локального подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа.