Imagen 3D de una nube de gas filtrada superpuesta en un mapa digital. La superposición proporciona información detallada sobre la fuga, como la ubicación, el volumen y la concentración, que podría usarse para proporcionar alertas tempranas, evaluar el riesgo o determinar la mejor manera de reparar la fuga. El rojo más oscuro indica una mayor concentración de CH4 dentro de una nube. Crédito:Yunyou Hu, Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Anhui, Academia de Ciencias de China
Los investigadores han desarrollado una forma de crear una imagen en 3D de una nube de gas filtrada que proporciona información detallada sobre la fuga, como la ubicación, el volumen y la concentración. El nuevo enfoque de detección automatizada podría usarse para proporcionar alertas tempranas, evaluar el riesgo o determinar la mejor manera de reparar la fuga.
"Con el rápido desarrollo de la sociedad, ahora hay grandes instalaciones ubicadas en todo el mundo donde se almacenan productos químicos tóxicos, dañinos, inflamables y explosivos", dijo el líder del equipo de investigación, Liang Xu, del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Anhui, Academia China. de Ciencias. "Si hay una fuga en una de estas instalaciones, es importante comprender rápidamente su composición, concentración, ubicación y distribución".
Los investigadores describen su nuevo método en Optics Express . Combina información de dos sistemas remotos de imágenes de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) con información de posicionamiento precisa de GPS y sensores de giroscopio para crear una imagen 3D de la nube de gas superpuesta en un mapa digital de Google Earth.
"Anteriormente, cuando ocurrían fugas, no se podía determinar la ubicación específica y la dirección en que se movía el gas", dijo Yunyou Hu, primer autor del artículo. "Nuestro método para crear una reconstrucción en 3D de una nube de gas se puede usar para encontrar con precisión la latitud y la longitud del gas filtrado. Esta información es importante para determinar quién podría estar expuesto y detener rápidamente la fuga para que se libere menos gas en el ambiente."
Agregar una tercera dimensión
La espectroscopia FTIR se usa ampliamente en la detección cuantitativa remota de contaminantes gaseosos debido a su alta sensibilidad, alta resolución y capacidad para realizar mediciones en tiempo real con un rango de detección de aproximadamente 5 kilómetros. Sin embargo, un solo sistema de imágenes de detección remota FTIR solo proporciona información 2D sobre una fuga de gas.
Para obtener una imagen en 3D, los investigadores utilizaron dos sistemas para obtener mediciones en 2D de una nube de gas desde diferentes perspectivas. Luego, esta información se registró espacialmente con la información de ubicación obtenida mediante GPS y sensores de giroscopio. Poner los datos en un algoritmo de imágenes de tomografía computarizada llamado técnica de reconstrucción algebraica simultánea (SART) produce una reconstrucción 3D de la nube de gas.
"Cada vóxel, o píxel 3D, en la nube de gas reconstruida en 3D contiene información en 3D sobre la longitud, latitud, concentración y altura del gas en relación con el suelo", dijo Hu. "El posicionamiento preciso del espacio monitoreado usando GPS y sensores de giroscopio fue clave para hacer posible la reconstrucción cuantitativa en 3D de las nubes de gas".
Capturar una fuga de gas
Los investigadores probaron su método en un experimento de campo al aire libre en el que utilizaron dos sistemas de imágenes de detección remota FTIR para realizar un seguimiento remoto de pequeñas cantidades de hexafluoruro de azufre y metano liberados durante dos minutos en un espacio de unos 315 metros cúbicos. Pudieron generar con éxito recreaciones en 3D de las nubes de gas con distribución de longitud, latitud, altitud y concentración para ambos gases.
"Para aplicar nuestra técnica en un escenario del mundo real, se necesitarían instalar dos o más sistemas de imágenes FTIR de escaneo alrededor del área monitoreada para formar una red de escaneo cruzado", dijo Hu. "Nuestro método propuesto podría usarse para crear una reconstrucción en 3D de una nube de gas con fugas que, a su vez, podría usarse para encontrar la fuente de la fuga y proporcionar información de alerta temprana".
Los investigadores ahora están trabajando para optimizar el método de reconstrucción y planean probar el sistema en entornos industriales reales. Ampliación de la microespectroscopia infrarroja con el método de reconstrucción computacional Lucy-Richardson-Rosen
