RU2647221C2

RU2647221C2 - Method for detecting the boundary of local underground peat fire and method of delivery of the portable georadar to the peat bog surface and receiving the sounding data in real time

Info

Publication number: RU2647221C2
Application number: RU2016131563A
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Копылов; Александр Евгеньевич Кузнецов; Владимир Иванович Забегаев
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-03-14
Also published as: RU2016131563A

Abstract

FIELD: geology.

SUBSTANCE: invention relates to ground penetrating radar methods of all layers of peat strata in real time to detect a boundary of a local underground peat fire by a portable georadar, delivered to the surface of the peat bog by an unmanned aircraft or air balloon. Method for delivering a portable georadar to the surface of a peat bog and receiving real-time sounding data is to deliver the device to the surface of the peat bog, to install it in the controlled area and to transmit the sounding data. Delivery of ground penetrating radar device is carried out by an unmanned aircraft or air balloon, its location is fixed on the route map, and sounding data obtained by the device is transmitted via Wi-Fi network to an unmanned aerial vehicle or air balloon during a supervising flight of all the portable georadars located in the controlled area.

EFFECT: technical result of the invention is the placement of a portable georadar on the surface of the peat bog in a controlled area in those places where it was previously impossible or extremely dangerous to mount instruments and equipment.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара портативным георадаром, доставляемым на поверхность торфяника с помощью беспилотного летательного аппарата или аэростата.The invention relates to methods for georadar subsurface sounding of all layers of peat bed deposits in real time in order to detect the boundary of a local underground peat fire using a portable georadar delivered to the surface of a peat bog using an unmanned aerial vehicle or balloon.

Заявляемый способ доставки на поверхность торфяника портативного георадара и приема данных зондирования в режиме реального времени предусматривает передачу данных зондирования с названного прибора по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров.The inventive method for delivering portable ground penetrating radar to the surface of a peat bog and receiving sensing data in real time provides for the transmission of sensing data from the device via Wi-Fi to an unmanned aerial vehicle or aerostat during patrol flight of all portable georadars located in the controlled area.

Известен способ установления местоположения лесного пожара (Патент RU №2379077, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 20.01.2010).A known method of establishing the location of a forest fire (Patent RU No. 2379077, IPC A62C 3/02 (2006.01), publ. 20.01.2010).

Способ включает выделение наиболее пожароопасных участков торфяников, размещение по площади участков вертикальных скважин, установку в скважины перфорированных труб, заполнение труб дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов, патрульное наблюдение дыма, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте. Перед установкой в скважины на внутренние поверхности перфорированных труб слоем от 4 до 7 мм наносят гидрофобный воспламеняющийся материал. В качестве гидрофобного материала применяют битум или тяжелые фракции крекинга нефти.The method includes identifying the most fire-hazardous areas of peat bogs, placing perforated pipes over the area, installing perforated pipes in the wells, filling the pipes with smoke-generating pyrotechnic composition, fixing the coordinates of the wells on the fire map, patrolling the routes, patrolling the smoke, determining the boundary of the fire by the location of the smoke above the wells , fixing its coordinates on the forest fire map. Before installation in the wells, hydrophobic flammable material is applied to the inner surfaces of the perforated pipes with a layer of 4 to 7 mm. As a hydrophobic material, bitumen or heavy oil cracking fractions are used.

Однако применение этого способа ограничивается доставкой тяжелой бурильной техники, автомобильной или автотракторной техники высокой проходимости для доставки труб и т.п. по пересеченной местности к месту возгорания торфяников.However, the application of this method is limited to the delivery of heavy drilling equipment, automotive or high-traffic vehicles for the delivery of pipes, etc. cross country to the site of ignition of peat bogs.

Известен способ обнаружения лесного пожара (Патент RU №2410140, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 27.01.2011), который включает в себя передачу в эфир в качестве сигнала о пожаре электромагнитного излучения, сформированного посредством электрической энергии, полученной восприятием тепловой энергии пожара. Превращает ее во внутреннюю энергию рабочего тела, обеспечивающую кипение жидкой фазы последнего, и последующим преобразованием связанными между собой магнитоэлектрической и колебательной системами энергии волн, образуемых на поверхности жидкой фазы при кипении, и выталкивающей силы, действующей на паровой пузырь. Колебательную систему выполняют в виде двух связанных подсистем, одну из которых используют в качестве преобразователя энергии волн и выталкивающей силы в колебательную энергию, а другую - как транслятор этой энергии.A known method of detecting a forest fire (Patent RU No. 2410140, IPC А62С 3/02 (2006.01), publ. 01/27/2011), which includes broadcasting as a fire signal electromagnetic radiation generated by electrical energy received by the perception of heat fire energy. It turns it into the internal energy of the working fluid, which ensures the boiling of the liquid phase of the latter, and the subsequent conversion of the magnetoelectric and vibrational systems of the energy of the waves generated on the surface of the liquid phase upon boiling and the buoyant force acting on the vapor bubble, which are connected together. The oscillatory system is performed in the form of two connected subsystems, one of which is used as a transducer of wave energy and buoyant force into vibrational energy, and the other as a translator of this energy.

Однако при реализации этого способа необходимо создать сложную и многозвенную колебательную систему, что приводит к снижению надежности в работе этой системы в условиях развития торфяного пожара.However, when implementing this method, it is necessary to create a complex and multi-link oscillatory system, which leads to a decrease in the reliability of this system in the conditions of development of a peat fire.

Известны способ предотвращения или обнаружения и тушения торфяных пожаров и установка для реализации способа (Патент RU №2530397, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 10.10.2014). Способ включает в себя определение области очага саморазогрева торфа путем измерения температуры в торфе по крайней мере в шести точках, приготовление инертного газа по технологии мембранной сепарации воздуха и его подачу под давлением в указанную область. Измерение температуры и подачу инертного газа в торф выполняют с помощью торфяных стволов-термозондов, каждый из которых выполнен в виде торфяного ствола, снабженного по крайней мере двумя датчиками температуры.A known method of preventing or detecting and extinguishing peat fires and installation for implementing the method (Patent RU No. 2530397, IPC А62С 3/02 (2006.01), publ. 10.10.2014). The method includes determining the area of the peat self-heating center by measuring the temperature in peat at least six points, preparing an inert gas using the technology of membrane separation of air and supplying it under pressure to the specified area. Temperature measurement and the supply of inert gas to peat is performed using peat trunks-thermal probes, each of which is made in the form of a peat trunk equipped with at least two temperature sensors.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Установку размещают вблизи торфяника или торфяного склада, включают контроллер и вводят в него координаты места размещения установки (град и мин широты и долготы), чем обеспечивают точную географическую привязку месторождения торфа или склада, на котором проводится профилактика предпожарной ситуации или тушение пожара. После этого втыкают в начало торфяника или торфяного склада первый торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.The installation is placed near a peat bog or a peat warehouse, the controller is turned on and the coordinates of the installation location (degrees and min of latitude and longitude) are entered into it, which ensures accurate geographic location of the peat deposit or warehouse where the fire prevention is carried out or fire fighting. After that, the first peat trunk-thermal probe is stuck at the beginning of the peat bog or the peat storage and its radio modem is turned on.

Контроллер опрашивает датчики температуры первого торфяного ствола-термозонда, определяя абсолютные значения температур торфа в двух точках и вычисляя градиент между ними. Если полученные данные не превышают допустимых значений, то контроллер вычисляет место установки второго (следующего) торфяного ствола-термозонда и выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений. В указанную позицию втыкают второй (следующий) торфяной ствол-термозонд и включают его радиомодем.The controller polls the temperature sensors of the first peat trunk-thermal probe, determining the absolute values of peat temperatures at two points and calculating the gradient between them. If the received data does not exceed the permissible values, then the controller calculates the installation location of the second (next) peat trunk thermal probe and gives the azimuth A (degrees, min) and the distance R (m) to the next measurement point to the operator console. The second (next) peat barrel-thermal probe is stuck in the indicated position and its radio modem is turned on.

Указанный процесс повторяют до тех пор, пока не будет прозондирован весь торфяник или склад, а его «образ» (географический и тепловой) будет зафиксирован в памяти контроллера.The indicated process is repeated until the entire peat or warehouse is probed, and its “image” (geographical and thermal) is recorded in the controller's memory.

При этом если по превышению измеренных абсолютных значений температуры и/или градиента температуры контроллер обнаруживает «предпожарное» состояние или пожар, то он, управляя компрессором, сепаратором и регуляторами расхода и давления, подает в соответствующий торфяной ствол-термозонд азот под регулируемым давлением от 2 до 10 атм, осуществляя таким образом «выдавливание кислорода» из зоны действия торфяного ствола-термозонда. При этом интенсивность и время подачи азота регулируется контроллером в зависимости от градиентов температур и абсолютных значений температур. Это позволяет на длительный срок подавить процессы саморазогрева торфа в зоне обработки торфяными стволами-термозондами, так как торф имеет низкий коэффициент теплопроводности.Moreover, if the controller detects a “pre-fire” state or fire upon exceeding the measured absolute values of the temperature and / or temperature gradient, then it, controlling the compressor, separator and flow and pressure regulators, delivers nitrogen to the corresponding peat barrel-temperature probe from 2 to 10 atm, thus realizing “extrusion of oxygen” from the zone of action of the peat trunk-thermal probe. In this case, the intensity and time of nitrogen supply is controlled by the controller depending on temperature gradients and absolute temperature values. This allows for a long time to suppress the self-heating of peat in the processing zone of peat trunks, thermal probes, as peat has a low coefficient of thermal conductivity.

Процесс «насыщения» азотом зоны действия торфяного ствола-термозонда является периодическим, то есть по истечении установленного времени ингибирования контроллер прекращает подачу азота и в течение установленного времени контролирует производные температур, прогнозируя значения температур, которые установятся без дальнейшей подачи азота. Если прогнозируемое значение отличается от текущей температуры в пределах безопасной нормы, то контроллер выдает на пульт оператора азимут А (град, мин) и расстояние R (м) до следующей точки измерений, куда необходимо переставить торфяной ствол-термозонд, или сообщение о выключении данного торфяного ствола-термозонда и окончании процесса. В противном случае контроллер пересчитывает интенсивность и время подачи азота и осуществляет дальнейшее ингибирование.The process of “saturating” the zone of action of the peat trunk-thermoprobe with nitrogen is periodic, that is, after the set inhibition time has passed, the controller stops the nitrogen supply and monitors the temperature derivatives for the set time, predicting the temperatures that will be established without further nitrogen supply. If the predicted value differs from the current temperature within a safe norm, then the controller gives the operator azimuth A (degrees, min) and the distance R (m) to the next measurement point, where it is necessary to rearrange the peat trunk-thermal probe, or a message about the shutdown of this peat barrel thermoprobe and the end of the process. Otherwise, the controller recalculates the intensity and time of nitrogen supply and carries out further inhibition.

Обогащенный кислородом газ стравливается в атмосферу по команде контроллера.The oxygen-enriched gas is vented to the atmosphere at the command of the controller.

Через выпускной электромагнитный клапан ресивера стравливается азот, если производительность его генерации оказывается выше изменяемого контроллером расхода азота для предотвращения или тушения пожара.Nitrogen is vented through the receiver’s exhaust solenoid valve if its generation rate is higher than the nitrogen flow rate controlled by the controller to prevent or extinguish the fire.

Однако устройство, реализующее этот способ, имеет сложную систему зондирования температуры в торфяном пласте, а применение в этом устройстве в качестве огнетушащего средства азота значительно удорожает процесс тушения пожаров на торфяниках.However, the device that implements this method has a complex temperature sensing system in the peat formation, and the use of nitrogen as a fire extinguishing agent in this device significantly increases the cost of extinguishing fires in peat bogs.

Известен способ разведки месторождений (Патент RU №2410728, МПК G01V 3/12 (2006.01), опубл. 27.01.2011).A known method of exploration (Patent RU No. 2410728, IPC G01V 3/12 (2006.01), publ. 01.27.2011).

Сущность изобретения заключается в том, что пригеофизической разведке углеводородов создают отверстия в выбранном положении на поверхности льда. Отверстия проходят через морской лед до воды. Электроды источника и приемников опускают в отверстия до тех пор, пока электрод не будет находиться в контакте с водой под морским льдом. В отверстие добавляют достаточное количество проводящей жидкости, чтобы покрыть, по меньшей мере, часть электрода. Проводящую жидкость оставляют в отверстии до ее замерзания.The essence of the invention lies in the fact that in the geophysical exploration of hydrocarbons create holes in a selected position on the surface of the ice. Holes pass through sea ice to water. The source and receiver electrodes are lowered into the holes until the electrode is in contact with water under sea ice. A sufficient amount of conductive liquid is added to the hole to cover at least a portion of the electrode. The conductive liquid is left in the hole until it freezes.

Однако этот способ не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.However, this method does not provide for its application to determine the boundary of an active local underground burning center of a peat fire, they are carried out by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits, which arises due to the different dielectric permittivity of these deposits and their associated moisture saturation.

Известен радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля (Раздел 5. Применение подповерхностной радиолокации для изучения отложений торфа и сапропеля. 5.1. Методика полевых работ: Радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля.html). Один из двух самостоятельных методов подповерхностной радиолокации является метод радиолокационного зондирования, принятый за прототип заявляемого изобретения.Known radar method for studying peat and sapropel deposits (Section 5. The use of subsurface radar to study peat and sapropel deposits. 5.1. Field work methodology: Radar method for studying peat and sapropel deposits. Html). One of two independent methods of subsurface radar is the method of radar sensing, adopted as a prototype of the claimed invention.

Сущность данного технического решения заключается в дискретном профилировании, которое применяется только при невозможности использования транспортных средств, и заключается в измерении времен прихода отраженных сигналов и их записи в отдельных точках маршрута исследования. При этом шаг профилирования обычно составляет 10-25 метров.The essence of this technical solution lies in discrete profiling, which is used only when it is impossible to use vehicles, and consists in measuring the arrival times of the reflected signals and recording them at individual points of the study route. In this case, the profiling step is usually 10-25 meters.

Последовательность работ при разведке торфяного месторождения с применением радиолокационной аппаратуры состоит в следующем.The sequence of work in the exploration of peat deposits using radar equipment is as follows.

В начальной точке исследований необходимо максимально точно установить глубину до основной отражающей границы, которой является дно залежи, идентифицировать с ней видимый на экране локатора отраженный сигнал и откалибровать прибор. Для этого необходимо провести механическое зондирование залежи с отборов проб подстилающего грунта, если минеральное дно торфяной залежи сложено плотными песчаными или супесчаными отложениями, а также отсутствует плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то за глубину отраженной границы следует принять результат механического зондирования. Если в придонном слое залежи присутствует сапропель, или имеет место плавный переход от торфа к подстилающему грунту, то в начальной точке исследования необходимо провести радиолокационное зондирование.At the starting point of the research, it is necessary to establish as accurately as possible the depth to the main reflecting boundary, which is the bottom of the deposit, identify the reflected signal visible on the locator screen with it, and calibrate the device. To do this, it is necessary to conduct mechanical sounding of the deposit from sampling of the underlying soil, if the mineral bottom of the peat deposit is composed of dense sandy or sandy loam deposits, and there is no smooth transition from peat to the underlying soil, then the result of mechanical sounding should be taken as the depth of the reflected boundary. If sapropel is present in the bottom layer of the deposit, or there is a smooth transition from peat to underlying soil, then radar sounding is necessary at the starting point of the study.

Радиолокационное зондирование выполняют следующим образом: приемную и передающую антенны устанавливают на поверхности залежи в метре друг от друга. После записи принятых сигналов на магнитную ленту начинают одновременно разносить антенны в противоположные стороны от центра, на расстояние, сравнимое с глубиной залегания дна залежи. В начальной и конечной точках измерят время прихода отраженных сигналов.Radar sensing is performed as follows: the receiving and transmitting antennas are installed on the surface of the deposit in a meter from each other. After recording the received signals on a magnetic tape, the antennas begin to spread simultaneously in opposite directions from the center, to a distance comparable to the depth of the bottom of the deposit. At the start and end points, the arrival time of the reflected signals will be measured.

Скорость распространения электромагнитных волн (V) и глубина (h) отражающей границы вычисляется по формуламThe propagation velocity of electromagnetic waves (V) and the depth (h) of the reflecting boundary is calculated by the formulas

где x₁ и х₂ - расстояние между антеннами, a t₁ и t₂ - время прихода отраженных волн.where x ₁ and x ₂ - the distance between the antennas, at ₁ and t ₂ - the arrival time of the reflected waves.

При определении t_{1, 2} могут возникать трудности с выявлением сигнала, отраженного от минерального дна. Для предварительной идентификации отражений следует воспользоваться данными ручного бурения и вычислить время прихода отраженной волны по формулеWhen determining t _{1, 2} , difficulties may arise in detecting a signal reflected from the mineral bottom. For preliminary identification of reflections, you should use manual drilling data and calculate the arrival time of the reflected wave using the formula

Либо воспользоваться таблицами перевода t (нс) в h (м).Or use the conversion tables t (ns) to h (m).

После определения расстояния до отражающей границы и скорости распространения волн в залежи следует откалибровать прибор по глубине и начать работу по методу радиолокационного профилирования торфяной залежи. Вычисление средней глубину торфяной залежи и запасов сырья по радиолокационным данным требует контроля за изменением скорости распространения электромагнитных волн на различных участках месторождения. Для этого необходимо создать опорную сеть непосредственных измерений глубины залежи или радиолокационных зондирований.After determining the distance to the reflecting boundary and the wave propagation velocity in the deposits, the device should be calibrated in depth and work should begin using the method of radar profiling of peat deposits. Calculation of the average depth of the peat deposit and the stock of raw materials from radar data requires monitoring the change in the propagation speed of electromagnetic waves in different parts of the field. For this, it is necessary to create a reference network of direct measurements of the depth of the reservoir or radar soundings.

Однако этот радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.However, this radar method for studying peat and sapropel deposits does not provide for its application to determine the boundaries of the active local underground source of burning of a peat fire, which is carried out by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits arising due to different dielectric constants named deposits, and related to their moisture saturation.

Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и снижении материальных затрат при проведении разведывательных работ на торфяниках в зонах особого риска.The objective of the proposed technical solution is to increase the detection efficiency of the boundary of a local underground peat fire and reduce material costs when conducting reconnaissance operations on peatlands in high-risk areas.

Сущность заявляемого способа по пункту 1 формулы изобретения заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.The essence of the proposed method according to paragraph 1 of the claims is that in a method for detecting the boundary of a local underground peat fire, which includes georadar subsurface sounding of all layers of deposits of a peat formation, consisting in the emission of pulses of electromagnetic waves and registration of signals reflected from the interfaces of the layers of the probed environments with various electrophysical properties, the definition of the boundary of the active local underground fire of peat fire lyayut by comparing the speed of propagation of electromagnetic waves in the burning and burning peat layers Fat formation occurring due to the different permittivity of said deposits, and related to their moisture saturation.

Сущность заявляемого способа по пункту 2 формулы изобретения заключается в том, что в способе доставки на поверхность торфяника портативного георадара и приема данных зондирования в режиме реального времени, заключающемся в доставке названного устройства на поверхность торфяника, установке его в контролируемой зоне и передаче данных зондирования, доставку прибора георадиолокационного подповерхностного зондирования осуществляют на беспилотном летательном аппарате или аэростате, производят фиксацию его местоположения на патрульной карте, а передачу данных зондирования с названного прибора производят по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров.The essence of the proposed method according to paragraph 2 of the claims is that in a method for delivering portable ground penetrating radar to a peat surface and receiving sensing data in real time, which consists in delivering the said device to a peat surface, installing it in a controlled area and transmitting sensing data, delivery the device of georadar subsurface sounding is carried out on an unmanned aerial vehicle or aerostat, fix its location on the patrol map, and the transmission of sounding data from the named device is carried out via Wi-Fi network to an unmanned aerial vehicle or aerostat during patrol flight of all portable georadars located in the controlled area.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом по пункту 1 формулы изобретения, обуславливается следующим.The technical effect realized by the claimed method according to paragraph 1 of the claims is determined by the following.

Определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью позволяет:Determination of the boundary of the active local underground burning center of a peat fire by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits, arising from the different dielectric constants of the said deposits, and associated with their moisture saturation allows:

- применить новый способ георадиолокационного подповерхностного зондирования при определении подземного очага горения торфяного пожара с минимальными материальными затратами;- apply a new method of georadar subsurface sounding in determining the underground burning area of a peat fire with minimal material costs;

- осуществлять постоянный мониторинг подземного очага горения торфяного пожара с помощью стационарно размещенного на поверхности торфяника портативного георадара.- carry out continuous monitoring of the underground burning center of a peat fire using a portable GPR stationary on the surface of a peat bog.

Ранее было установлено (https://www.studsell.com), что скорость электромагнитных волн - наиболее важный для радарных исследований параметр среды, поскольку отраженные волны, которые мы регистрируем, возникают на границах сред с разными скоростями. С другой стороны, разрешающая способность волновых методов определяется длиной волны (λ).It was previously established (https://www.studsell.com) that the speed of electromagnetic waves is the most important medium parameter for radar research, since the reflected waves that we register arise at the boundaries of media with different speeds. On the other hand, the resolution of wave methods is determined by the wavelength (λ).

Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, и скорость распространения электромагнитных волн незначительно зависят от частоты и типа грунтов, а определяется, главным образом, их влагонасыщенностью.The dielectric constant and, consequently, the propagation velocity of electromagnetic waves slightly depend on the frequency and type of soil, and is determined mainly by their moisture saturation.

В сейсморазведке скорости определяют по годографам отраженных волн. В радиолокации таким способом определить скорости очень трудно. Электромагнитные волны быстро затухают, и регистрировать сигналы на большом расстоянии между источником и приемником практически невозможно. Реальные скорости можно определить либо используя априорную информацию о строении разреза, либо по дифрагированным волнам, возникающим на неоднородностях разреза.In seismic exploration, velocities are determined from the travel time curves of reflected waves. It is very difficult to determine speeds in radar in this way. Electromagnetic waves decay quickly, and it is almost impossible to register signals at a large distance between the source and receiver. Actual velocities can be determined either using a priori information about the structure of the section, or from diffracted waves arising from the inhomogeneities of the section.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом по пункту 2 формулы изобретения, обуславливается следующим.The technical effect realized by the claimed method according to paragraph 2 of the claims is determined by the following.

Размещение портативного георадара на поверхности торфяника в контролируемой зоне позволяет установить его в таких местах, в которых все ранее известные из уровня техники приборы и оборудование смонтировать невозможно или крайне опасно.Placing a portable georadar on the surface of a peat bog in a controlled area allows it to be installed in places where it is impossible or extremely dangerous to mount all devices and equipment previously known from the prior art.

В настоящее время все известные портативные георадары имеют малый вес, многие из них имеют большую площадь опоры на исследуемую поверхность, поэтому при их использовании для обнаружения границы локального подземного торфяного пожара они будут оказывать на поверхность торфяника минимальное удельное давление.Currently, all known portable georadars are lightweight, many of them have a large area of support on the surface under study, so when they are used to detect the boundary of a local underground peat fire, they will exert minimal specific pressure on the surface of the peat.

Так, например, портативный георадар «Лоза» (Обнаружение пожара. / Георадар Лоза. Изыскания.mht) имеет малый вес (до 3 кг) и отличается высокой мобильностью, портативный георадар Питон-3 (Обнаружение пожара. / ПИТОН-3 ГЕОСИГНАЛ - производство сейсмостанций, инженерно-геофизические исследования.mht) приспособлен для работы в сложных условиях тайги, тундры, на сопках, на снегу, на льду и т.д.So, for example, the Loza portable georadar (Fire Detection. / Loza Georadar. Surveys.mht) is lightweight (up to 3 kg) and is highly mobile, the Python 3 portable georadar (Fire Detection. / PITON-3 GEOSIGNAL - production seismic stations, engineering and geophysical surveys.mht) is adapted to work in difficult conditions of the taiga, tundra, on hills, on snow, on ice, etc.

Доставка прибора георадиолокационного подповерхностного зондирования на беспилотном летательном аппарате или аэростате без помощи ранее применяемой тяжелой техники позволяет:Delivery of a subsurface sensing device using an unmanned aerial vehicle or balloon without the help of previously used heavy equipment allows you to:

- оперативно произвести мониторинг подземного очага горения торфяного пожара с минимальными материальными затратами;- promptly monitor the underground burning site of a peat fire with minimal material costs;

- установить этот прибор без участия людей;- install this device without the participation of people;

- произвести фиксацию местоположения георадара на патрульной карте.- fix the location of the georadar on the patrol map.

Следует отметить, что аэростат имеет возможность доставить к месту возможного локального подземного очага горения торфяного пожара такое количество георадаров за один полет, которое соответствует возможностям его грузового отсека, а беспилотный летательный аппарат - только один портативный георадар за один рейс.It should be noted that the balloon has the ability to deliver to the site of a possible local underground source of peat fire burning such a number of ground penetrating radars per flight that corresponds to the capabilities of its cargo compartment, and an unmanned aerial vehicle - only one portable ground penetrating radar per flight.

Передача данных зондирования с портативного герадара по сети Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат или аэростат при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне названных приборов позволяет определить в режиме реального времени картину развития пожара каждого подземного очага горения торфяного пожара в контролируемой зоне.The transmission of sounding data from a portable gerardar over a Wi-Fi network to an unmanned aerial vehicle or an aerostat during patrol flight of all of the above-mentioned devices located in the controlled zone allows you to determine in real time the picture of the fire development of each underground peat fire burning area in the controlled zone.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».Thus, the distinguishing features of the proposed technical solution are new and meet the criterion of "novelty."

При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с обнаружением границы локального подземного торфяного пожара.When determining the conformity of the distinguishing features of the invention with the criterion of "inventive step", the prior art and, in particular, known methods and devices related to technical solutions related to detecting the boundary of a local underground peat fire were analyzed.

Известно устройство для определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов (Авторское свидетельство SU №1562883, МПК G01V 3/12, опубл. 07. 05.1990).A device for determining the subsurface structure of layered earth covers (Copyright certificate SU No. 1562883, IPC G01V 3/12, publ. 07. 05.1990).

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, например торфяных месторождений, песчаных грунтов, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднопроходимых условиях и при ограниченной видимости.The invention relates to geophysics and can be used for remote study of the Earth's surface and subsurface rock structure, for example peat deposits, sandy soils, as well as to improve the trouble-free movement of vehicles in difficult conditions and with limited visibility.

Сущность изобретения заключается в определении подповерхностной структуры слоистых земных покровов благодаря компенсации сигналов помех, приходящих с двух разнесенных в пространстве антенн. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, линию задержки, генератор видеоимпульсов, два переключателя прием-передача, две антенны, приемный блок, индикатор.The essence of the invention is to determine the subsurface structure of layered earth cover due to the compensation of interference signals coming from two antennas spaced in space. The device comprises a clock generator, a frequency divider, a delay line, a video pulse generator, two transmit-receive switches, two antennas, a receiving unit, and an indicator.

Однако этот способ не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.However, this method does not provide for its application to determine the boundary of an active local underground burning center of a peat fire, which is carried out by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits, arising due to different dielectric constants of these deposits, and associated with their moisture saturation.

Известен способ геоэлектроразведки методом зондирования становлением поля в ближней зоне (Авторское свидетельство SU №1684768, МПК G01V 3/12, опубл. 15. 10.1991).A known method of geoelectrical exploration by sensing the formation of a field in the near field (Copyright certificate SU No. 1684768, IPC G01V 3/12, publ. 15. 10.1991).

Сущность этого способа заключается в обеспечении возможности изучения строения геоэлектрического разреза на участках ограниченных размеров. Через вертикально расположенный генераторный контур пропускают импульсы тока и в паузах между этим интервалом через 0,01-5 мс после выключения импульса тока в точках наблюдений на расстоянии 0-10 м от генераторного контура измеряют одну или несколько компонент электромагнитного поля, определяют зависимость величины кажущейся продольной проводимости и кажущейся глубины залегания электропроводящего пласта от времени измерений, затем путем решения прямых задач для горизонтально слоистой среды синтезируют такой разрез, для которого теоретическая зависимость величины указанных кажущихся параметров совпадает с экспериментально полученной зависимостью. The essence of this method is to enable the study of the structure of the geoelectric section in areas of limited size. Current pulses are passed through a vertically arranged generator circuit, and in the pauses between this interval, 0.01–5 ms after the current pulse is turned off, at the observation points at a distance of 0–10 m from the generator circuit, one or several components of the electromagnetic field are measured, and the dependence of the apparent longitudinal value is determined conductivity and apparent depth of the conductive layer from the measurement time, then by solving direct problems for a horizontally layered medium, a section is synthesized for which The physical dependence of the magnitude of the indicated apparent parameters coincides with the experimentally obtained dependence.

Например, в районах Крайнего севера нередко возникает задача оценки теплового состояния грунта (талый или мерзлый) под зданиями и сооружениями, построенными на сваях (свайном поле), существенно ограничивающими размещение рамок по площади и пространству, то есть нет условий для свободного размещения рамок в каком-либо определенном направлении. Тогда неизбежно размещение рамок так, как позволяют стесненные условия. В этом случае местоположение и ориентация генераторной рамки фиксируется и принимается за начало цилиндрической системы координат, по отношению к ней определяется измеряемая компонента поля и по соответствующим формулам параметры разреза. При этом акцент ставится на измерении одной компоненты, которую возможно измерить в стесненных условиях, двух, трех и более компонент, если нет площадных ограничений для более детального изучения горизонтально-неоднородных сред или для обычных импедансных (относительные измерения) исследований.For example, in areas of the Far North, the task often arises of assessing the thermal state of soil (thawed or frozen) under buildings and structures built on piles (pile field), significantly limiting the placement of frames by area and space, that is, there are no conditions for the free placement of frames in which in any particular direction. Then the inevitable placement of the frames as constrained conditions allow. In this case, the location and orientation of the generator frame is fixed and taken as the beginning of the cylindrical coordinate system, with respect to it the measured field component and the section parameters are determined by the corresponding formulas. The emphasis is on the measurement of one component, which can be measured under confined conditions, two, three or more components, if there are no area restrictions for a more detailed study of horizontally inhomogeneous media or for ordinary impedance (relative measurements) studies.

Однако этот способ геоэлектроразведки не предусматривает его применение для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.However, this method of geoelectrical exploration does not provide for its application to determine the boundary of the active local underground burning site of a peat fire, which is carried out by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits, which arises due to different dielectric constants of these deposits, and associated with their moisture saturation.

Известен способ определения глубины расположения объектов с летательного аппарата (Патент RU №2349937, МПК G01V 3/17 (2006.01), опубл. 20.03.2009).A known method for determining the depth of the location of objects from an aircraft (Patent RU No. 2349937, IPC G01V 3/17 (2006.01), publ. 20.03.2009).

Сущность этого способа заключается в следующем. Сигнал декаметрового диапазона излучают с летательного аппарата. Выполняют квадратурную обработку отраженного сигнала. В результате квадратурной обработки получают комплексную огибающую, фильтруют ее и получают сигнал, соответствующий радиолокационному изображению объекта. Определяют комплексное число, вещественная и мнимая части которого равны средним значениям вещественной и мнимой частей комплексной огибающей. Определяют аргумент комплексного числа. Вычитают из вещественных и мнимых значений комплексной огибающей средние значения. Определяют аргумент полученной комплексной функции. Вычитают полученные аргументы и определяют глубину расположения объектов. Технический результат: возможность определения глубины расположения объектов.The essence of this method is as follows. The decameter range signal is emitted from the aircraft. Perform quadrature processing of the reflected signal. As a result of quadrature processing, a complex envelope is obtained, it is filtered and a signal corresponding to the radar image of the object is obtained. The complex number is determined, the real and imaginary parts of which are equal to the average values of the real and imaginary parts of the complex envelope. The argument of a complex number is determined. The mean values are subtracted from the material and imaginary values of the complex envelope. The argument of the resulting complex function is determined. Subtract the obtained arguments and determine the depth of the objects. Technical result: the ability to determine the depth of the location of objects.

Данный способ не решает задачи, поставленные перед заявляемым техническим решением.This method does not solve the tasks posed to the claimed technical solution.

Известен мобильный георадар для дистанционного поиска местоположения подземных магистральных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте (Патент RU №2256941, МПК G01V 3/17, G01S 13/88, опубл. 20.07.2005).Known mobile georadar for remote search for the location of underground trunk lines and determine their transverse size and depth in the ground (Patent RU No. 2256941, IPC G01V 3/17, G01S 13/88, publ. 20.07.2005).

Сущность изобретения заключается в том, что антенны георадара выполнены в виде коллимирующих решеток, шарнирно закрепленных снаружи, например на днище фюзеляжа летательного аппарата с возможностью синхронного качания каждой антенны в плоскости поперечного сечения фюзеляжа на угол 1…5°. Антенны сфокусированы в сторону поверхности земли. Длительность зондирующих электромагнитных импульсов фиксирована в пределах диапазона 10…0,2 нс.The essence of the invention lies in the fact that GPR antennas are made in the form of collimating arrays pivotally mounted externally, for example, on the bottom of the fuselage of an aircraft with the possibility of synchronous swinging of each antenna in the plane of the cross section of the fuselage at an angle of 1 ... 5 °. Antennas are focused towards the surface of the earth. The duration of the probe electromagnetic pulses is fixed within the range of 10 ... 0.2 ns.

Георадар работает следующим образом. При взлете летательного аппарата включают в бортовую электрическую сеть блоки георадара, а при выходе аппарата на предполагаемый топографический маршрут трассы начинают сканировать поверхность земли передающей и принимающей антеннами.Georadar works as follows. When the aircraft takes off, the georadar blocks are included in the on-board electrical network, and when the device enters the proposed topographic route, the tracks begin to scan the earth's surface with transmitting and receiving antennas.

Зондирующие поверхность земли короткие электромагнитные импульсы, проникая через толщу грунта, отражаются обратно от поверхности земли и от границ раздела фракций, находящихся в грунте. По отраженным сигналам от поверхности земли, границ фракций среды грунта и искусственно вложенного в грунт протяженного трубопровода формируется картина профиля грунта с массивным протяженным объектом. Границы раздела фракций грунта и трубопровода отображаются на экране видеомонитора в виде ярко-темных линий, а однородность среды - одним цветом ровной тональности, степень которой зависит от электрофизических свойств структуры грунта. Чем выше коэффициент поглощения, тем темнее тональность. По разности контрастности участков, их габаритам и резким ярко-темным границам, высвечиваемым на экране монитора, судят о наличии трубопровода и его поперечном размере, а по времени прихода соответствующих отраженных сигналов от поверхности грунта земли и границы раздела трубопровода с фракциями грунта до принимающей антенны судят о глубине залегания трубопровода в грунте.The short electromagnetic pulses probing the earth's surface, penetrating through the soil, are reflected back from the earth's surface and from the interface between the fractions in the soil. Based on the reflected signals from the surface of the earth, the boundaries of the fractions of the soil medium and the extended pipeline artificially inserted into the soil, a soil profile picture with a massive extended object is formed. The boundaries between the fractions of the soil and the pipeline are displayed on the screen of the video monitor in the form of bright dark lines, and the homogeneity of the medium is shown in a single color of even tonality, the degree of which depends on the electrophysical properties of the soil structure. The higher the absorption coefficient, the darker the tonality. The difference in the contrast of the sections, their dimensions and the sharp bright dark borders displayed on the monitor screen are used to judge the presence of the pipeline and its transverse size, and the time of arrival of the corresponding reflected signals from the ground surface of the earth and the interface between the pipeline fractions and the ground fractions to the receiving antenna is judged about the depth of the pipeline in the ground.

Однако это устройство имеет узкую область применения не предусматривает его использования для определения границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, которое осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.However, this device has a narrow scope of application does not provide for its use to determine the boundary of the active local underground source of burning of a peat fire, which is carried out by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in the burning and non-burning layers of the peat formation deposits, arising due to the different dielectric permittivity of these deposits , and related to their moisture saturation.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step", and the invention itself is new.

При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.When implementing the proposed technical solution, the following information must be considered.

Известна (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group) система FIRMS (Fire Information for Resource Management System - Пожарная информационная система для целей управления природными ресурсами) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), разработанную группой специалистов Университета штата Мэриленд в сотрудничестве с Национальным агентством США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Система охватывает весь мир и позволяет получать информацию о местоположении крупных и средних лесных пожаров за предшествующие 24 или 48 часов (по выбору пользователя), в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.The well-known (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group) FIRMS system (Fire Information for Resource Management System) is a publicly accessible forest fire monitoring system based on MODIS satellite imagery (satellites Terra and Aqua, USA), developed by a team of specialists from the University of Maryland in collaboration with the United States National Agency for Aeronautics and Space Research (NASA). The system covers the whole world and allows you to receive information about the location of large and medium forest fires for the previous 24 or 48 hours (at the user's choice), including in Google Earth format. Allows you to receive information about forest fires with an area of about 1 hectare in ideal conditions; the degree of reliability of the data is highly dependent on cloud cover, smoke, and a number of other factors.

Система ИСДМ-Рослесхоз (Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства) представляет собой ведомственную систему мониторинга лесов, лесных пожаров и лесопользования, оперативное управление которой осуществляет ФГУ "Авиалесоохрана". Система разработана специалистами Института космических исследований РАН при участии других российских научных организаций. Блок мониторинга пожарной опасности основывается на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США), но использует и некоторые другие источники дистанционных данных. Система не является полностью открытой, часть информации предоставляется только пользователям из специально определенного Рослесхозом перечня или на коммерческой основе. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов.The ISDM-Rosleskhoz system (Remote Monitoring Information System of the Federal Forestry Agency) is a departmental monitoring system for forests, forest fires and forest management, which is managed by the Federal Aviation Forest Protection Agency. The system was developed by specialists of the Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences with the participation of other Russian scientific organizations. The fire hazard monitoring unit is based on MODIS satellite imagery (Terra and Aqua satellites, USA), but also uses some other remote data sources. The system is not completely open, some of the information is provided only to users from a list specially defined by the Federal Forestry Agency or on a commercial basis. Allows you to receive information about forest fires with an area of about 1 hectare in ideal conditions; the degree of reliability of the data is highly dependent on cloud cover, smoke, and a number of other factors.

Система SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service - система мониторинга лесных пожаров, разработанная компанией СканЭкс) представляет собой общедоступную систему мониторинга лесных пожаров, основанную на космических снимках MODIS (спутники Terra и Aqua, США) и некоторых других, разработанную компанией СканЭкс (Москва). Система охватывает Россию и некоторые сопредельные территории и позволяет получать информацию о пожарах за длительный период времени с разбивкой по дням, в том числе в формате Google Earth. Позволяет получать информацию о лесных пожарах площадью примерно от 1 гектара в идеальных условиях; степень достоверности данных сильно зависит от облачности, задымления и ряда других факторов. Имеет ряд пользовательских настроек, для доступа к которым необходима регистрация (она бесплатна). Данные системы SFMS используются рядом федеральных министерств (МПР, МЧС) для мониторинга пожарной опасности на природных территориях.ScanEx Fire Monitoring Service - a forest fire monitoring system developed by ScanEx, is a publicly accessible forest fire monitoring system based on MODIS satellite images (Terra and Aqua satellites, USA) and some others, developed by ScanEx (Moscow). The system covers Russia and some neighboring territories and allows you to receive information on fires over a long period of time, disaggregated by day, including in Google Earth format. Allows you to receive information about forest fires with an area of about 1 hectare in ideal conditions; the degree of reliability of the data is highly dependent on cloud cover, smoke, and a number of other factors. It has a number of user settings, access to which requires registration (it is free). SFMS data are used by a number of federal ministries (MPR, MES) to monitor the fire hazard in natural areas.

Данные этих систем мониторинга пожаров, за исключением последней, общедоступны и бесплатны, и ими, при наличии компьютера и доступа к сети Интернет, может пользоваться любой желающий.The data from these fire monitoring systems, with the exception of the latter, is publicly available and free of charge, and anyone with access to a computer and Internet access can use it.

Следует особо отметить, что дистанционными методами все-таки невозможно выявить все травяные палы на поверхности торфяников - часть палов остается незамеченной. Кроме того, весной возможно возникновение очагов тления торфа и от других причин (брошенных костров, окурков и т.д.). Поэтому крайне важно организовать наземное обследование не только тех участков, где дистанционными методами были выявлены палы сухой травы, но и других особо опасных участков осушенных торфяников (а именно - торфяников, примыкающих к населенным пунктам, дачным поселкам, объектам инфраструктуры, а также к местам массового отдыха, охоты, рыбалки и браконьерства на краях или в границах осушенных торфяников).It should be especially noted that it is still impossible to detect all grass fossils on the surface of peat bogs using remote sensing methods - some of the bollards go unnoticed. In addition, in the spring, the appearance of foci of peat decay is also possible from other causes (abandoned bonfires, cigarette butts, etc.). Therefore, it is extremely important to organize a ground-based survey not only of those areas where dry grass debris was detected by remote sensing, but also of other particularly dangerous areas of drained peatlands (namely, peatlands adjacent to settlements, summer cottages, infrastructure, and also to places of mass recreation, hunting, fishing and poaching at the edges or within the borders of drained peatlands).

Для инструментальной проверки надежности тушения, и для обнаружения скрытых очагов тления торфа, можно использовать торфяные щупы-термометры (специальные датчики-термопары в стальной трубке длиной до полутора метров, соединенные с дисплеем, показывающим температуру на конце щупа). Если такой щуп есть, то целесообразно выделение одного человека специально для работы с ним, для помощи в определении реальных границ очага тления, которые не всегда хорошо определяются с поверхности, и для определения качества тушения. Тлеющими следует считать участки, на которых температура торфа превышает 40 градусов. Кроме того, щупом-термометром необходимо пользоваться при определении безопасных подходов и подъездов к очагам тления торфа, при определении, есть ли под полотном дороги прогары и очаги тления торфа (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group).For instrumental verification of the extinguishing reliability, and for the detection of hidden peat smoldering foci, you can use peat thermometer probes (special thermocouple sensors in a steel tube up to one and a half meters long connected to a display showing the temperature at the end of the probe). If there is such a probe, then it is advisable to single out one person specifically for working with him, to help determine the real boundaries of the smoldering area, which are not always well defined from the surface, and to determine the quality of the fire. Smoldering areas should be considered where the peat temperature exceeds 40 degrees. In addition, a probe-thermometer should be used to determine safe approaches and approaches to peat smoldering sites, when determining whether there are burnouts and peat smoldering sites under the roadway (Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group).

Известно, что торфяные пожары создают опасность провала в прогоревший грунт (прогар) людей и техники, в связи с чем рекомендуется соблюдать осторожность и не находиться на выгоревшей территории (Указания по тушению лесных пожаров (для невоенизированных формирований гражданской обороны). Министерство обороны СССР, 1977 г.)Peat fires are known to create the danger of people and equipment falling into burnt ground (burnout), and therefore caution is advised not to be on burned out territory (Guidelines for extinguishing forest fires (for non-militarized civil defense units). USSR Ministry of Defense, 1977 g.)

Отсюда, исходя из приведенных научных данных и исследованного уровня техники, авторы изобретения считают, что наиболее перспективным способом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара является георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, при котором определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.Hence, based on the above scientific data and the investigated prior art, the inventors believe that the most promising method for detecting the boundary of a local underground peat fire is georadar-tracking subsurface sounding of all layers of peat bed deposits, in which the boundary of the active local underground peat fire burning is determined by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits ikayuschey due to differences in the permittivity of said deposits, and associated with their moisture saturation.

Широко известен метод георадиолокационного подповерхностного зондирования (метод георадар), который основан на изучении распространения электромагнитных волн в среде (https://studsell.com/view/79082).The radar subsurface sounding method (GPR method) is widely known, which is based on the study of the propagation of electromagnetic waves in a medium (https://studsell.com/view/79082).

Идея метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами.The idea of the method is to emit pulses of electromagnetic waves and register signals reflected from the interfaces of the layers of the sensed medium having various electrophysical properties. Such interfaces in the studied media are, for example, contact between dry and moisture-saturated soils (groundwater level), contacts between rocks of different lithological composition, between rock and material of artificial construction, between frozen and thawed soils, between bedrock and loose rocks.

Все задачи, решаемые с помощью георадара, могут быть разделены на две большие группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов. Первая группа включает в себя геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи:All problems solved with the help of georadar can be divided into two large groups with research methods typical for each group, processing methods, types of display of research objects in the field of electromagnetic waves and presentation of the results. The first group includes geological, hydrogeological and engineering-geological tasks:

картирование геологических структур - поверхности коренных пород под рыхлыми осадками, уровня грунтовых вод, границ между слоями с различной степенью водонасыщения;mapping of geological structures - bedrock surfaces under loose sediments, groundwater level, boundaries between layers with varying degrees of water saturation;

определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений;determination of the thickness of the water layer and mapping of sediment deposits;

определение мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов.determination of the thickness of the layer of seasonal freezing / thawing, outlining areas of permafrost, taliks.

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:The second group of tasks includes the search for local objects, inspection of engineering structures, violation of the standard situation, for example:

картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);mapping of communications (pipelines and cables);

исследование участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных земель, засыпанных выемок.investigation of sections of a section with disturbed natural occurrence of soil - reclaimed land, filled with excavations.

Таким образом, в настоящее время георадар широко применяется в исследованиях при относительно небольшой глубине залегания целевых объектов (0.5-10 метров) за исключением изучения ледников и мерзлых пород, в которых глубинность повышается благодаря высоким сопротивлениям.Thus, at present, GPR is widely used in research at a relatively shallow depth of the target objects (0.5-10 meters), with the exception of the study of glaciers and frozen rocks, in which the depth increases due to high resistances.

Ранее было установлено (М.И. Филькенштейн, В.А. Кутаев, В.П. Золатарев. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Под ред. М.И. Филькенштейна. М.: Недра, 1986 г. Глава 4. Результаты практического использования радиолокационного зондирования с поверхности земли. Подраздел 4.1. Радиолокационная аппаратура для зондирования с поверхности земли, с. 103; http://www.pseudology.org/science/finkelshteynmi_podpoverhnoezondirovanie 2.pdf), что при решении задач, связанных с детальными исследованиями ограниченных и труднопроходимых районов, возникает необходимость применения радиолокационной аппаратуры, предназначенной для использования как с наземного транспорта, так и в ручном варианте. В обоих случаях приемная и передающая антенны находятся в непосредственной близости от поверхности зондируемой среды, которая оказывает существенное влияние на их свойства. Было установлено (разд. 1.3), что характер изменения поля вблизи границы раздела зависит как от диэлектрической проницаемости зондируемой среды, так и от высоты расположения антенн. Приближение антенн к поверхности зондируемой среды приводит к уменьшению амплитуды поля в верхнем полупространстве при одновременном возрастании ее в зондируемой среде. Вследствие этого наиболее целесообразным является размещение антенн непосредственно на поверхности, что обеспечивает снижение интенсивности прямого сигнала и увеличение уровня подповерхностных отражений. Вместе с тем такое размещение антенн связано с необходимостью обеспечения высокой механической прочности при их транспортировке в непосредственном контакте с земной поверхностью. При использовании радиолокационной аппаратуры в ручном варианте особое значение приобретают ее габарит и масса. Поэтому целесообразно использование при зондировании магнитной записи сигналов с последующей обработкой результатов зондирования в стационарных условиях. Требуемое согласование по полосе частот может быть обеспечено применением стробоскопического преобразования сигналов в приемном тракте.It was previously established (M.I. Filkenstein, V.A. Kutaev, V.P. Zolatarev. The use of radar subsurface sounding in engineering geology. Edited by M.I. Filkenstein. M .: Nedra, 1986, Chapter 4. The results of the practical use of radar sensing from the surface of the earth, Section 4.1: Radar equipment for sensing from the surface of the earth, p. 103; http://www.pseudology.org/science/finkelshteynmi_podpoverhnoezondirovanie 2.pdf), which is used to solve problems associated with detailed studies of limited and difficult areas, there is a neo the convergence of the use of radar equipment intended for use both from land transport and in the manual version. In both cases, the receiving and transmitting antennas are in close proximity to the surface of the probed medium, which has a significant effect on their properties. It was established (Section 1.3) that the nature of the field change near the interface depends both on the dielectric constant of the probed medium and on the height of the antennas. The approach of the antennas to the surface of the probed medium leads to a decrease in the field amplitude in the upper half-space while increasing it in the probed medium. As a result of this, it is most appropriate to place the antennas directly on the surface, which ensures a decrease in the intensity of the direct signal and an increase in the level of subsurface reflections. However, this arrangement of antennas is associated with the need to ensure high mechanical strength during their transportation in direct contact with the earth's surface. When using radar equipment in the manual version, its size and weight acquire special significance. Therefore, it is advisable to use signals when sensing magnetic recordings, followed by processing the results of sensing in stationary conditions. The required coordination in the frequency band can be achieved by applying stroboscopic signal conversion in the receiving path.

При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения повышении эффективности обнаружения границ локального подземного торфяного пожара далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизмах георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта показал большую перспективу размещения на поверхностиь торфяника портативных георадаров, осуществляющих в намеченных точках контролируемой зоны зондирование активных локальных подземных очагов горения торфяного пожара за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.When creating the present invention, it was taken into account that the possibilities of increasing the efficiency of detecting the boundaries of a local underground peat fire are far from exhausted. In particular, the analysis of modern theoretical ideas about the mechanisms of georadar subsurface sounding of all layers of peat formation deposits showed a great prospect of placing portable georadars on the surface of the peat bog that carry out probing of active local underground foci of burning peat fire at the designated points of the controlled zone by comparing the propagation velocity of electromagnetic waves in burning and non-burning layers of peat bed deposits resulting from different die the permeability of these deposits, and related to their moisture saturation.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации.The invention is further illustrated by an example of its implementation.

На фиг. 1 представлена схема доставки на поверхность торфяника портативного георадара на беспилотном летательном аппарате (автономном квадрокоптере), на фиг. 2 - схема доставки на поверхность торфяника портативного георадара с помощью аэростата, на фиг. 3 - схема обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и приема данных зондирования на беспилотном летательном аппарате в режиме реального времени, на фиг. 4 - схема обнаружения границы локального подземного торфяного пожара и приема данных зондирования на аэростате в режиме реального времени.In FIG. 1 shows a delivery diagram of a portable GPR on an unmanned aerial vehicle (autonomous quadrocopter) to a peat bog surface; FIG. 2 is a diagram of the delivery of a portable GPR to a peat bog surface using an aerostat; FIG. 3 is a diagram of detecting the boundary of a local underground peat fire and receiving sensing data on an unmanned aerial vehicle in real time, FIG. 4 is a diagram for detecting the boundary of a local underground peat fire and receiving sensing data on a balloon in real time.

Перед началом обнаружения границы локального подземного торфяного пожара (фиг. 1) производят следующие действия.Before starting to detect the boundary of a local underground peat fire (Fig. 1), the following actions are performed.

После проведенной разведки с помощью космических аппаратов, самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов или аэростататов определяют места возможных локальных подземных очагов горения торфяного пожара, которые наблюдаются по видимому задымлению.After reconnaissance with the help of spacecraft, airplanes, helicopters, unmanned aerial vehicles or balloons, the places of possible local underground foci of burning a peat fire are detected, which are observed by apparent smoke.

Затем намечают на карте точки контролируемой зоны, в каждую из которых доставляют на поверхность торфяника 1 портативный георадар 2 (прибор георадиолокационного подповерхностного зондирования). Доставку названного прибора производят на беспилотном летательном аппарате 3 (автономном квадрокоптере) с помощью троса 4.Then, points of the controlled zone are marked on the map, into each of which portable georadar 2 (a device for georadar subsurface sounding) is delivered to the surface of peat bog 1. Delivery of the named device is carried out on an unmanned aerial vehicle 3 (autonomous quadrocopter) using a cable 4.

Затем производят фиксацию его местоположения на патрульной карте.Then fix its location on the patrol map.

После приземления на поверхность торфяника 1 георадара 2 его освобождают от троса 4.After landing on the surface of peat bog 1 GPR 2 it is released from the cable 4.

Доставку на поверхность торфяника 1 портативного георадара 2 на аэростате 5 (фиг. 2) производят в каждую точку контролируемой зоны с помощью троса 6.Delivery to the surface of peat bog 1 of a portable GPR 2 on a balloon 5 (Fig. 2) is carried out at each point of the controlled area using a cable 6.

После приземления на поверхность торфяника 1 георадара 2 его освобождают от троса 6.After landing on the surface of peat bog 1 GPR 2 it is released from the cable 6.

Следует отметить, что аэростат имеет преимущество перед беспилотным летательным аппаратом, так как последний может доставить к месту возможного локального подземного очага горения торфяного пожара только один портативный георадар, а возможности аэростата по доставке этого прибора ограничены только вместимостью его грузового отсека, поэтому названный летательный аппарат может практически «расставить» по точкам контролируемой зоны все георадары за один полет.It should be noted that the balloon has an advantage over an unmanned aerial vehicle, since the latter can deliver only one portable ground penetrating radar to the site of a possible local underground peat fire, and the balloon’s ability to deliver this device is limited only by the capacity of its cargo compartment, so the named aircraft can practically “arrange” all GPR in one flight at the points of the controlled zone.

Георадар 2 (прибор георадиолокационного подповерхностного зондирования) работает следующим образом.Georadar 2 (a device for georadar subsurface sounding) works as follows.

После установки в каждой точке контролируемой зоны георадар 2 по команде оператора с земли или с наблюдательного пункта, а также в автоматическом режиме, начинает свою работу: производит георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн 7 и регистрации сигналов 8, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, причем определение границы 9 (фиг. 3, 4) активного локального подземного очага горения 10 торфяного пожара осуществляют за счет сравнения скорости распространения электромагнитных волн в горящих и не горящих слоях отложений торфяного пласта, возникающей из-за разной диэлектрической проницаемости названных отложений, и связанных с их влагонасыщенностью.After installing a ground penetrating radar 2 at each point of the controlled zone by command of an operator from the ground or from an observation point, as well as in automatic mode, it starts its work: it performs georadar subsurface sounding of all layers of peat formation deposits, consisting in the emission of electromagnetic waves 7 and the registration of signals 8 reflected from the interface between the layers of the sensed medium having different electrophysical properties, moreover, the definition of the boundary 9 (Fig. 3, 4) of the active local underground focus g rhenium peat fire 10 is effected by comparing the rate of propagation of electromagnetic waves in the burning and burning peat layers Fat formation occurring due to the different permittivity of said deposits, and related to their moisture saturation.

Передачу данных зондирования с названного прибора производят по сети 11 Wi-Fi на беспилотный летательный аппарат 3 (фиг. 3) или аэростат 5 (фиг. 4) при патрульном облете всех размещенных в контролируемой зоне портативных георадаров 2.Sensing data is transmitted from the said device via a Wi-Fi network 11 to an unmanned aerial vehicle 3 (Fig. 3) or an aerostat 5 (Fig. 4) during patrol flight of all portable GPRs 2 located in the controlled zone.

Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано для обнаружения границ локального подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа.The claimed technical solution is simple in operation and can be used to detect the boundaries of a local underground peat fire with any depth of peat.

Claims

A method of delivering portable ground penetrating radar to the surface of a peat bog and receiving sensing data in real time, which consists in delivering the said device to the surface of a peat, installing it in a controlled area and transmitting sensing data, characterized in that the delivery of the GPR device is carried out on an unmanned aerial vehicle or aerostat, fix its location on the patrol map, and transfer sensing data from the named device drive over Wi-Fi network on an unmanned aerial vehicle, or the balloon when a patrol flight over all placed in the controlled area of portable ground penetrating radar.