Использование БПЛА с магнитометром для подземного картографирования

Одним из популярных способов дистанционного подземного зондирования является георадар (GPR). Устройство посылает электромагнитный сигнал в землю и измеряет волны, отраженные от находящихся под землей объектов. Почва поглощает часть сигнала, тем самым являясь помехой и ограничивая глубину проникновения волны. Влажные почвы, такие как глина, вообще могут сделать георадар неэффективным.

В 2012 году французское правительство посредством указа DT-DICT обязало операторов энергетических сетей составить точную карту своих энергетических (нефтяных и газовых) трубопроводных сетей к 2026 году. Этот указ побудил французские энергетические компании искать различные способы для определения местоположения и картографирования своих подземных активов. Компания SKIPPER NDT была основана в 2016 году на концепции использования физических принципов магнетизма для выполнения бесконтактных измерений на трубопроводах с целью повышения эксплуатационной безопасности и оптимизации эксплуатационных расходов. Их последняя разработка предполагала установку на БПЛА всего необходимого оборудования для выполнения высокоточных магнитометрических измерений по обнаружению подземных трубопроводов. SKIPPER NDT сотрудничает с Total, GRTgaz, Teréga и другими крупными французскими операторами энергетических сетей, проверяя эффективность своей технологии в реальных условиях. Французский национальный центр научных исследований (CNRS) также обеспечил объективное научное подтверждение их подхода.

Луиджи Кассир, соучредитель и главный операционный директор SKIPPER NDT, заметил, что недостаток георадара и похожих технологий обнаружения подземных объектов заключается в необходимости физического присутствия человека на поле. Еще одним минусом георадара является зависимость от пропускной способности почвы. Неблагоприятные почвенные условия могут сделать георадар неэффективным. Магнитометрия и гравиметрия проявили себя как более эффективные технологии дистанционного обнаружения подземных объектов.

Магнитометрия позволяет определять координаты подземных металлических трубных сетей с точностью до сантиметра. Поэтому SKIPPER NDT в качестве альтернативы разработала устройство, объединяющее несколько магнитометров и точную спутниковую систему навигации GNSS. Устройство имеет незначительный вес и достаточно легко монтируется на БПЛА или беспилотник. Преимущество такого подхода заключается в том, что он не зависит от почвенных условий, значительно ускоряет сбор данных и позволяет избежать проблем безопасности, связанных с наземным оборудованием.

Магнитометрия включает в себя обнаружение и измерение магнитного поля, излучаемого подземными проводящими объектами. Специалисты используют электрический генератор сигналов для подачи электромагнитного сигнала с целью усиления магнитной волны, излучаемой металлической трубой. Устройство SKIPPER NDT состоит из фирменной электронной логической карты, пяти 3-осевых магнитных датчиков fluxgate, топографической емкости GNSS+RTK, а также высокоточного инерциального блока. Показания напряженности магнитного поля, измеренные в нанотеслах (нТ), непрерывно регистрируются прибором неразрушающего контроля SKIPPER и используются для вычисления местоположения трубы (XYZ) и глубины ее покрытия. Разработан комплекс алгоритмов, которые интерпретируют измерения напряженности магнитного поля в различных условиях, например, при преодолении внешних электромагнитных помех вдоль трассы трубопровода (столбов электропередач).

Изобретение Skipper NDT весит всего 2,5 кг. Устройство было успешно замонтировано на БПЛА и было проверено в полевых условиях совместно с французским трубопроводным оператором Teréga. Геодезисты, нанятые компанией Teréga, определили точное местонахождение двух трубопроводов диаметром 6 дюймов и 8 дюймов в открытой канаве. Затем канавы закопали, и специалистам было предложено обнаружить и нанести на карту трубопроводы с помощью устройства SKIPPER NDT. Используя беспилотную систему, команда SKIPPER NDT смогла зафиксировать показания магнитного поля на высоте 482 фута всего за 6 минут. Оказалось, что средняя точность обнаружения подземного трубопровода составила 6,1 дюйма.

Более того, поскольку устройство SKIPPER NDT записывает непрерывные измерения вдоль трубопровода, оно может точно отображать изгибы и колена. Оно также может обнаруживать металлические объекты и сооружения вблизи трубопровода, включая другие металлические коммуникации. Например, во время одного из полевых испытаний SKIPPER NDT смог идентифицировать другой трубопровод, о присутствии которого ранее не сообщалось, но который пересекал целевой трубопровод.

Магнитометрия также имеет свои ограничения. Внешний магнитный шум может стать препятствием для проведения исследований. Источники магнитного шума распространены в городских условиях, они могут заглушить целевой сигнал и затруднить обнаружение подземных трубопроводов. По этой причине технология наиболее эффективна в сельских и полусельских районах.