Практические аспекты проектирования программного
обеспечения для автоматической обработки больших массивов
данных аэросъёмки в инфракрасном спектре с целью
превентивного обнаружения очагов эндогенных пожаров
Научные изыскания направлены на разработку методического и программного решения для анализа рисков и раннего предупреждения эндогенных пожаров на угольных предприятиях.
По статистике за последние 20 лет только на угольных предприятиях Кузбасса произошло более 150 эндогенных пожаров [данные АО НЦ «ВостНИИ»].
Ущерб, причиняемый эндогенными пожарами, может исчисляться десятками миллионов рублей [так, по данным ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», ущерб от эндогенного пожара на разрезе «Сибиргинский», длившегося 193 часа составил 37,9 млн. рублей]. Кроме того, распространение эндогенного пожара является одним из наиболее серьезных рисков для здоровья и жизни персонала угольного предприятия.
В рамках экспертных интервью с инженерно-техническими работниками угольных предприятий определено, что высокий риск неконтролируемого развития эндогенных пожаров присутствует на 43 предприятиях по открытой добыче каменного угля в России (угольные разрезы 4-5 класса пожарной опасности).
Учитывая особенности применяемых технологических схем, в условиях открытых горных экономически целесообразно создать типизацию зон наиболее вероятного возникновения эндогенных пожаров, т.е. вести полноценную профилактику и эффективно управлять рисками эндогенных пожаров. Однако такая работа на угольных предприятиях не ведется в силу отсутствия простых и объективных программно-аппаратных решений для заблаговременного обнаружения локации очага самовозгорания угля и действующих эндогенных пожаров, а также отслеживания процесса в динамике и построения взвешенных математически аргументированных прогнозов развития ситуации.
Аналогичная задача теплового мониторинга с целью раннего обнаружения локации самонагревания и самовозгорания углей является актуальной для мест складирования угля -штабелей угольных тепло- энергостанций, угольных терминалов грузовых морских портов: для таких объектов действующими нормативными документами установлена необходимость теплового контроля при длительном (более 1 мес.) хранении угля с периодичностью от 1 раза/день до 1 раза/10 дней в зависимости от группы углей.
В рамках действующих в РФ нормативных документов тепловой мониторинг угольных складов должен осуществляться крайне ресурсоемким способом: погружением инертного градусника в массив угольного склада на глубину не менее 2,5-3 метров с помощью специального инструментария. Критическим ограничением такого метода является его низкая эффективность: на комплексный тепловой мониторинг крупного угольного склада может уйти значительное количество человеко-часов, при этом полноценную визуализацию локаций самонагревания угля в массиве получить невозможно.
Тепловой мониторинг горных массивов на отрабатываемых склонах угольных карьеров в настоящее время на практике не ведется в силу отсутствия доступных и практичных решений для полноценного теплового мониторинга значительных по площади территорий.
Т.е. в инженерной практике освоения месторождений каменного угля отсутствует такой управленческий продукт как «температурная карта открытых горных работ» (ИК-план карьера с привязкой к местности по координатам GPS). Что делает процесс управления рисками самовозгорания угольных пластов невозможным.
Бенчмаркинг зарубежной практики теплового мониторинга значительных по площади и запасам угольных складов показывает, что существуют решения для постоянного теплового мониторинга в режиме он¬лайн, реализация которых, однако, сопряжена со значительными инвестиционными затратами.
Так, в 2016 году на угольном складе компании Nastup Mines
Cooperation в Тушимице (Чехия) была внедрена система, состоящая из нескольких десятков тепловизоров FLIR Systems, стационарно
установленных на мачтах для постоянного и полностью автоматического мониторинга угольных штабелей. Из-за большой площади склада использование переносных тепловизоров не являлось практичным решением для мониторинга 100 000 тонн угля, хранящихся на объекте размерами примерно 800 х 200 метров
(http://www.flir.ru/automation/display/?id=43078). Оценочная стоимость внедрения такой системы составляет около 120 млн. рублей (без стоимости обслуживания).
С другой стороны, крупнейшими зарубежными производителями техники для тепломониторинга созданы программные решения для дистанционного теплового контроля объектов с помощью беспилотного летательного аппарата (Workswell CorePlayer, FLIR). Однако, использование указанного программного обеспечения не может в полной мере решить задач теплового мониторинга с целью раннего обнаружения локаций самонагревания и самовозгорания угля на угольных складах, а также эндогенных пожаров в горном массиве разреза, в силу следующих функциональных причин:
1. Программное обеспечение носит проприетарный характер, т.е. совместимо только с телевизионными камерами производителей (Workswell, FLIR).
2. Программное обеспечение индексирует области с различными поверхностными температурами объектов (т.е. очаг самонагревания угля можно будет обнаружить, только когда на глубине 2,5-3 метра с высокой долей вероятности уже достигнута критическая температура нагревания. При этом, в соответствии с действующими в России нормами и инструкциями, особенно тщательно следует производить замеры температуры на глубине 2,5-3,5 м от поверхности штабеля).
3. Программное обеспечение не позволяет прогнозировать глубинные температуры на основании измерений поверхностных температур, не позволяет прогнозировать динамику развития локации очага самовозгорания или эндогенного пожара, не обеспечивает поддержку процесса принятия управленческих решений на основании действующих нормативных актов и инструкций.
4. Программное обеспечение не позволяет обрабатывать большие массивы визуальных данных (десятки тысяч аэрофотоснимков, которые остаются после визуального обследования угольного разреза с помощью БПЛА) в автоматическом режиме - нельзя выделить области повышенного риска эндогенного возгорания автоматически, что влечет за собой значительные операционные издержки.
Представленные далее результаты научно-исследовательской работы освещают практические аспекты разработки программного решения с отличным от продуктов-конкурентов функционалом, «заточенным» под задачи теплового мониторинга сыпучих самовозгораемых грузов и склонов горных карьеров:
1. Дистанционный тепловой мониторинг объектов на предприятиях угольной промышленности (разработана методика, решение по использованию беспилотного летательного аппарата с тепловизором в качестве навесного оборудования).
2. Работа с большими массивами данных аэрофотосъёмки - автоматическое определение территорий повышенного риска эндогенного возгорания по заданным критериям (температура, площадь).
3. Определение локации самонагревания и самовозгорания на угольных складах на различных «температурных стадиях», локации эндогенных пожаров в горных массивах разрезов на тепловой 3Э-карте с геопривязкой к местности.
4. Прогноз динамики распространения очагов
самонагревания/самовозгорания угольного склада, эндогенного пожара в горном массиве.
Функционал программного решения полезен для инженерно - технических работников предприятий по открытой добыче угля, осуществляющих периодическую съемку горных работ с помощью беспилотного летательного аппарата.
Задача
Автоматическое определение очагов аномальных температур из собранной базы данных ИК-изображений, полученных с помощью беспилотного летательного аппарата.
