Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om een ​​3D-beeld te maken van een gelekte gaswolk die gedetailleerde informatie geeft over het lek, zoals locatie, volume en concentratie. De nieuwe geautomatiseerde detectiebenadering kan worden gebruikt om vroegtijdige waarschuwingen te geven, risico's te beoordelen of de beste manier te bepalen om het lek te verhelpen.

"Met de snelle ontwikkeling van de samenleving zijn er nu overal ter wereld grote faciliteiten waar giftige, schadelijke, ontvlambare en explosieve chemicaliën worden opgeslagen", zegt onderzoeksteamleider Liang Xu van het Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy. van Wetenschappen. "Als er een lek is bij een van deze installaties, is het belangrijk om snel inzicht te krijgen in de samenstelling, concentratie, locatie en distributie."

De onderzoekers beschrijven hun nieuwe methode in Optics Express . Het combineert informatie van twee externe Fourier-transform infraroodspectroscopie (FTIR)-beeldvormingssystemen met nauwkeurige positioneringsinformatie van GPS- en gyroscoopsensoren om een ​​3D-beeld van de gaswolk te creëren dat op een digitale kaart van Google Earth wordt geplaatst.

"Voorheen, toen er lekken optraden, kon de specifieke locatie en richting waarin het gas zich bewoog niet worden bepaald", zegt Yunyou Hu, eerste auteur van het artikel. "Onze methode om een ​​3D-reconstructie van een gaswolk te maken, kan worden gebruikt om de lengte- en breedtegraad van het gelekte gas nauwkeurig te vinden. Deze informatie is belangrijk om te bepalen wie mogelijk wordt blootgesteld en om het lek snel te stoppen, zodat er minder gas vrijkomt in de sfeer."

Een derde dimensie toevoegen

FTIR-spectroscopie wordt veel gebruikt bij de kwantitatieve detectie op afstand van gasvormige verontreinigende stoffen vanwege de hoge gevoeligheid, hoge resolutie en het vermogen om realtime metingen uit te voeren met een detectiebereik van ongeveer 5 kilometer. Een enkel FTIR remote-sensing imaging-systeem levert echter alleen 2D-informatie over een gaslek.

Om een ​​3D-beeld te krijgen, gebruikten de onderzoekers twee systemen om vanuit verschillende perspectieven 2D-metingen van een gaswolk te verkrijgen. Deze informatie werd vervolgens ruimtelijk geregistreerd met locatie-informatie verkregen met behulp van GPS- en gyroscoopsensoren. Door de gegevens in een gecomputeriseerd tomografie-beeldvormingsalgoritme te plaatsen, de simultane algebraïsche reconstructietechniek (SART) genaamd, ontstaat een 3D-reconstructie van de gaswolk.

"Elke voxel, of 3D-pixel, in de 3D-gereconstrueerde gaswolk bevat 3D-informatie over de lengte-, breedtegraad, concentratie en hoogte van het gas ten opzichte van de grond", zei Hu. "De precieze positionering van de bewaakte ruimte met behulp van GPS- en gyroscoopsensoren was de sleutel om 3D kwantitatieve reconstructie van gaswolken mogelijk te maken."

Een gaslek opsporen

De onderzoekers testten hun methode in een veldexperiment in de buitenlucht waarin ze twee scanning FTIR remote-sensing imaging-systemen gebruikten om op afstand toezicht te houden op kleine hoeveelheden zwavelhexafluoride en methaan die gedurende twee minuten vrijkwamen in een ruimte van ongeveer 315 kubieke meter. Ze waren in staat om met succes 3D-recreaties van de gaswolken te genereren met lengtegraad, breedtegraad, hoogte en concentratieverdeling voor beide gassen.

"Om onze techniek in een realistisch scenario toe te passen, zouden twee of meer scanning FTIR-beeldvormingssystemen rond het bewaakte gebied moeten worden geïnstalleerd om een ​​cross-scanning-netwerk te vormen", zei Hu. "Onze voorgestelde methode zou dan kunnen worden gebruikt om een ​​3D-reconstructie te maken van een lekkende gaswolk die op zijn beurt kan worden gebruikt om de lekbron te vinden en vroegtijdige waarschuwingsinformatie te verstrekken."

De onderzoekers werken nu aan het optimaliseren van de reconstructiemethode en zijn van plan het systeem te testen in echte industriële omgevingen. + Verder verkennen

Uitbreiding van infrarood microspectroscopie met Lucy-Richardson-Rosen computationele reconstructiemethode