Всевидящее лазерное око: разработка петербургских инженеров поможет снизить риск авиакатастроф

07 ноября 2019

Экстремальные погодные явления могут оказывать опасное воздействие на безопасность полетов. В 2017 году более трети авиационных происшествий произошли во время взлета и посадки, так как во время этих процессов воздушное судно испытывает максимальные перегрузки из-за быстрого изменения встречного ветра, что является серьезной угрозой. Атмосферная турбулентность является основной причиной такого быстрого изменения ветра, поэтому ее обнаружение является распространенной проблемой в авиационном секторе.

Молодые инженеры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали новый тип лазерного радара, а точнее, лидара (аббревиатура от LIght Detection And Ranging), который комплексно сканирует атмосферные явления в зоне аэропорта для повышения безопасности полетов. Проект инженера кафедры фотоники Александра Гришканича и студента четвертого курса факультета электроники Бориса Карася получил серебряную медаль на IV Ежегодном конкурсе аэрокосмических инновационных проектов, проводившемся в рамках МАКС-2019.

Лидар обнаруживает сдвиги ветра в приземном слое атмосферы и турбулентности, определяет нижнюю границу зоны облаков и уровень влажности. Передовая технология также измеряет температуру с предельной точностью до десятых долей Кельвина и до десятых метра в секунду скорость ветра благодаря ультраспектральному модулю.

С помощью такой технологии авиадиспетчеры могут с большей точностью вести самолеты, что позволяет снизить риск авиакатастрофы при взлете и посадке и обезопасить пассажиров от получения травм. В сравнении с существующими аналогами, разработка петербургских ученых может проводить измерения по более широкому перечню параметров.

Применение подобных технологий не ново – во многих аэропортах применяют лидары для мониторинга атмосферных явлений, а также для наблюдения за потоками пассажиров, предоставляя альтернативу обычным видеокамерам, защищая при этом личность пассажиров. Инновационность петербургской разработки заключается в том, что это синтез всех лучших функциональных возможностей ныне существующих лидаров. При этом новый тип лидара работает в инфракрасной области спектра, что в будущем позволит осуществлять посадку авиасудна по лазерному лучу, применяя технологию компьютерного зрения.

Области применения технологии LiDAR

Беспилотный транспорт

Благодаря своей скорости и точности LiDAR становится все более популярной системой навигации для автономных транспортных средств, которая позволяет процессору транспортного средства «видеть» препятствия и обновлять свою траекторию в течение нескольких секунд.

Сельское хозяйство

LiDAR может использоваться для топографического анализа и прогнозирования свойств почвы в сельскохозяйственных ландшафтах. Используя эти данные, фермеры могут анализировать, моделировать и прогнозировать урожайность в любом месте, максимизируя прибыль.  Кроме того, благодаря технологии LiDAR намного проще классифицировать сельскохозяйственные культуры по их характеристикам и находить лучшие места для их посадки. Эта информация может быть использована для определения областей, где требуется больше воды или удобрений, помочь фермерам сэкономить на рабочей силе, времени и деньгах.

Исследование рек

Проникающий в воду зеленый свет LiDAR может использоваться для наблюдения за подводными объектами и помогает создать трехмерную модель местности. Эта информация может помочь понять глубину, ширину и течение воды, помогает в мониторинге пойм.

Астрономия

LiDAR был использован в качестве непрерывной части эксперимента, измеряя расстояние между поверхностями Земли и Луны. Технология была использована для создания топографической карты Марса еще в 1999 году. Лазерные импульсы с очень высокой скоростью распространялись на Марс, создавая трехмерную модель планеты и возвращая данные на Землю.

Экология и биоразнообразие

Дистанционное зондирование LiDAR предлагает различные практические применения в природоохранных и экологических исследованиях. Он широко использовался для оценки качества среды обитания для различных видов, а также для картографирования районов, где могут возникнуть наводнения и засухи. В одном исследовании LiDAR использовался для управления сохранением красных белок.

LiDAR может обнаружить загрязняющие частицы углекислого газа, двуокиси серы и метана. Эта информация помогает исследователям составить карту плотности загрязнения местности, которая может быть использована для лучшего планирования города.

«Зеленая» энергия

Сканирование ветра до его попадания в ветрогенератор может помочь максимально повысить эффективность ветряных турбин. LiDAR, прикрепленный к самой турбине, используется для расчета направления и силы ветра, и при необходимости изменит направление лопасти, чтобы генерировать больше энергии.

А также другие области применения.