研究人员使用无人机和激光精确定位温室气体泄漏

随着越来越多的证据表明天然气钻井和下水道系统泄漏的温室气体比以前认为的要多得多，普林斯顿大学的一组研究人员已经开发出一种方法，可以查明大大小小的泄漏，以便快速修复。

他们基于激光的传感方法，在发表在《环境遥感》上的一篇论文中详细介绍，可以准确检测和量化大型温室气体泄漏和泄漏，泄漏量比使用其他方法在天然气设施中检测到的泄漏小25倍，将排放源定位在一米以内。

由于它利用了激光的遥感能力和无人机的敏捷性，新技术还可用于快速发现难以进入的区域的其他看不见的泄漏，研究人员表示，这项创新释放了改变游戏规则的潜力大气传感。

“目前检测泄漏的方法通常依赖于手持式红外热像仪，这些红外热像仪操作劳动密集型且对小泄漏不敏感，或者他们使用需要提前建立广泛测量基础设施的方法，”安德林格能源与环境中心电气和计算机工程副教授Gerard Wysocki说。“但是有了无人机，你可以完全自由地设置你的感应区域。

研究人员的方法包括一架仅配备逆向反射器的小型无人机，一种将入射光直接反射回光源的镜子，以及一个能够在飞行过程中跟踪无人机运动的气体传感设备基站。当无人机飞到可疑泄漏周围的设定点时，将激光束从无人机上反弹，使操作员能够查明泄漏源并测量其强度。

“这真的是泄漏检测的圣杯，”该研究的共同作者，土木与环境工程教授以及安德林格能源与环境中心的相关教师Mark Zondlo说。

虽然存在基于无人机的大气传感技术，但它们通常需要将气体传感器直接安装在无人机上，Zondlo说这种做法很快就遇到了一些主要障碍，这些障碍与无人机可以承载多少重量以及在危险环境中飞行装有昂贵传感器的无人机有多大风险有关。

“你真的不能一次在无人机上安装多个气体传感器，否则它只会变得太大和笨重而无法飞行。而且你可能不想冒险将昂贵的传感器飞越废水处理厂的泻湖或压缩机站的燃烧，“Zondlo说。

普林斯顿小组没有让无人机负担过重的传感器，而是将昂贵的气体传感组件卸载到基站，基站可以安装在货车等移动平台上，这意味着无人机只需要携带一面小镜子。这一变化使研究人员能够使用更小、更便宜、飞行时间更长的无人机来收集大面积高度详细的排放数据，从而可能解锁在一次无人机飞行中监测整个天然气输送和分配设施的能力。

“我们的方法使我们能够绕过使用无人机的主要限制，并使我们能够充分利用它们的潜力，”Zondlo说。“这实际上是我们如何使用无人机进行大气传感的范式转变。

该传感方法还可以同时测量多种气体，由于尺寸、重量和功率方面的考虑，这一壮举在其他基于无人机的方法中非常困难。

该研究的第一作者、电气和计算机工程研究生迈克尔·索斯金德(Michael Soskind)表示，增加测量二氧化碳和氨等其他气体以及甲烷的能力就像向基本系统添加其他不同波长的激光器一样简单。“你需要做的就是在系统中添加一个辅助激光器，”他解释说。“系统的其余部分已经建成来完成这项工作。

由于它为用户提供了极大的灵活性，Wysocki表示，他认为该团队的方法是一个技术平台，可以刺激甲烷泄漏检测以外的未来创新和应用。

“最令人兴奋的不仅仅是我们开发的技术的甲烷传感能力，”他说。“这实际上是为了释放研究人员和从业者使用无人机和其他遥感技术对小泄漏进行详细测量并重建排放羽流的能力。这项技术为有效的泄漏检测和修复打开了大门，可以帮助生产商减轻这些泄漏的安全和环境危害，同时节省时间和金钱。