Immagine 3D di una nuvola di gas trapelata sovrapposta a una mappa digitale. L'overlay fornisce informazioni dettagliate sulla perdita come posizione, volume e concentrazione, che potrebbero essere utilizzate per fornire avvisi precoci, valutare il rischio o determinare il modo migliore per riparare la perdita. Il rosso più scuro indica una maggiore concentrazione di CH4 dentro una nuvola. Credito:Yunyou Hu, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Accademia cinese delle scienze
I ricercatori hanno sviluppato un modo per creare un'immagine 3D di una nuvola di gas trapelata che fornisce informazioni dettagliate sulla perdita come posizione, volume e concentrazione. Il nuovo approccio di rilevamento automatizzato potrebbe essere utilizzato per fornire allarmi precoci, valutare il rischio o determinare il modo migliore per riparare la perdita.
"Con il rapido sviluppo della società, ora ci sono grandi strutture in tutto il mondo in cui vengono immagazzinate sostanze chimiche tossiche, dannose, infiammabili ed esplosive", ha affermato il leader del team di ricerca Liang Xu dell'Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Accademia cinese delle Scienze. "Se si verifica una perdita in una di queste strutture, è importante comprenderne rapidamente la composizione, la concentrazione, l'ubicazione e la distribuzione."
I ricercatori descrivono il loro nuovo metodo in Optics Express . Combina le informazioni provenienti da due sistemi di imaging remoti di spettroscopia a infrarossi in trasformata di Fourier (FTIR) con informazioni di posizionamento precise da sensori GPS e giroscopici per creare un'immagine 3D della nuvola di gas sovrapposta a una mappa digitale di Google Earth.
"In precedenza, quando si verificavano perdite, non era possibile determinare la posizione e la direzione specifiche del gas", ha affermato Yunyou Hu, primo autore del documento. "Il nostro metodo per creare una ricostruzione 3D di una nuvola di gas può essere utilizzato per trovare con precisione la latitudine e la longitudine del gas fuoriuscito. Queste informazioni sono importanti per determinare chi potrebbe essere esposto e per fermare rapidamente la fuga in modo che venga rilasciato meno gas in l'atmosfera."
Aggiungere una terza dimensione
La spettroscopia FTIR è ampiamente utilizzata nel rilevamento quantitativo remoto di inquinanti gassosi grazie alla sua elevata sensibilità, alta risoluzione e capacità di eseguire misurazioni in tempo reale con un raggio di rilevamento di circa 5 chilometri. Tuttavia, un singolo sistema di imaging di telerilevamento FTIR fornisce solo informazioni 2D su una fuga di gas.
Per ottenere un'immagine 3D, i ricercatori hanno utilizzato due sistemi per ottenere misurazioni 2D di una nuvola di gas da diverse prospettive. Queste informazioni sono state quindi registrate spazialmente con le informazioni sulla posizione ottenute utilizzando sensori GPS e giroscopi. L'inserimento dei dati in un algoritmo di imaging tomografico computerizzato chiamato tecnica di ricostruzione algebrica simultanea (SART) produce una ricostruzione 3D della nuvola di gas.
"Ogni voxel, o pixel 3D, nella nuvola di gas ricostruita in 3D contiene informazioni 3D sulla longitudine, latitudine, concentrazione e altezza del gas rispetto al suolo", ha affermato Hu. "Il posizionamento preciso dello spazio monitorato tramite GPS e sensori giroscopici è stato fondamentale per rendere possibile la ricostruzione quantitativa 3D delle nubi di gas."
Catturare una fuga di gas
I ricercatori hanno testato il loro metodo in un esperimento sul campo all'aperto in cui hanno utilizzato due sistemi di imaging di telerilevamento FTIR a scansione per eseguire il monitoraggio remoto di piccole quantità di esafluoruro di zolfo e metano rilasciate in due minuti in uno spazio di circa 315 metri cubi. Sono stati in grado di generare con successo ricreazioni 3D delle nubi di gas con distribuzione di longitudine, latitudine, altitudine e concentrazione per entrambi i gas.
"Per applicare la nostra tecnica in uno scenario reale, due o più sistemi di imaging FTIR di scansione dovrebbero essere installati intorno all'area monitorata per formare una rete a scansione incrociata", ha affermato Hu. "Il nostro metodo proposto potrebbe quindi essere utilizzato per creare una ricostruzione 3D di una nuvola di gas che perde che potrebbe, a sua volta, essere utilizzata per trovare la fonte della perdita e fornire informazioni di allerta precoce."
I ricercatori stanno ora lavorando per ottimizzare il metodo di ricostruzione e pianificare di testare il sistema in ambienti industriali reali. + Esplora ulteriormente
