Bepiločių orlaivių sistemų taikymas metano sklaidai sąvartyne stebėti ir modeliuoti

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamas nuotolinis tyrimų metodas, kuris gali būti taikomas sąvartyno aplinkos oro taršos vietoms identifikuoti ir stebėti. Analizuojamos matavimo priemonės, padedančios nustatyti metano sklaidą. Pagrindinis tyrimo objektas – metano emisija sąvartyne tiriant visą plotą, stebint žemės paviršių ir pievų augmeniją. Disertacijos tikslas – nuotolinius tyrimų metodus pritaikyti metano išsiskyrimo vietoms sąvartyno teritorijoje identifikuoti bei sukurti daviklį metano emisijai matuoti. Galimos sąvartyno dujų nuotėkio vietos identifikuotos nuotoliniais tyrimų metodais pagal teorinius, eksperimentinius bei skaitinio modeliavimo rezultatus. Darbe sprendžiami šie uždaviniai: teoriškai išnagrinėti metano emisijos aptikimo metodus tiesiogiai ar per poveikį aplinkai; atlikti eksperimentinius fotografavimo, apdorojimo procesus, taikant skirtingas bepiločio orlaivio sistemas; sukonstruoti metaną matuojantį daviklį, sukalibruoti, paruošti valdymo algoritmą, juo ištirti metano emisiją sąvartyno teritorijoje; taikant autokoreliacijos ir tarpusavio koreliacijos algoritmą, iš nuotoliniu metodu gautų palydovinių nuotraukų nustatyti metano, azoto dioksido ir deguonies dujų koncentracijų kaitą bei tarpusavio ryšį kintant laikui; sudaryti metano emisijos vietų identifikavimo metodiką. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai bei šeši priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose, taip pat disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje apžvelgiama mokslinė literatūra, tyrimai, susiję su metano matavimo būdais, bepiločių orlaivių sistemomis (tipai, techninės charakteristikos, fotoaparatų jutikliai), įvairių spektrų fotokameromis, pasaulyje paplitę nuotolinių tyrimų ir GIS metodai, taikomi aplinkos apsaugos stebėsenai. Antrajame skyriuje aprašyti teoriniai ir eksperimentiniai metano nustatymo nuotoliniu būdu metodai, modeliavimo galimybės taikant GIS technologijas. Trečiajame skyriuje pateikiami atliktų tyrimų rezultatai ir jų analizė. Disertacijos tema paskelbta 10 mokslinių straipsnių: keturi – mokslo žurnaluose, referuojamuose Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazėje, du – konferencijų straipsnių rikiniuose, referuojamoje Conference Proceedings Citation Index (Web of Science) duomenų bazėje, keturi – recenzuojamuose Lietuvos konferencijų straipsnių rikiniuose, įtrauktuose į Index Copernicus duomenų bazę. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo paskelbti trijose respublikinėse ir trijose tarptautinėse mokslinėse konferencijose.

The dissertation deals with a remote sensing method that can be used to identify and monitor environmental air pollution in landfill sites. Methane measurement methods and RPAS are also examined. The main object of the research is methane emissions in the landfill by studying the whole territory, monitoring the land surface and meadow vegetation. The main goal of the dissertation is to apply remote sensing methods in the landfill area to identify methane emission sites and to create a sensor to measure methane emissions. Potential gas leak areas were identified by remote sensing methods based on theoretical, experimental and numerical modeling results. The work solves several tasks: to theoretically examine the methods of methane emission detection, directly or through environmental impact; to perform experimental photography and data processing using different RPAS; construct a methane measuring sensor, calibrate, prepare an algorithm for aplication; to investigate methane emissions in the landfill area; use the auto-correlation and cross-correlation algorithm, to determine the change and correlation of methane, nitrogen dioxide and oxygen gas concentrations in the remote-sensing satellite images over a time scale. The dissertation consists of an introduction, three chapters, a summary of the results with conclusions, lists of used literature and the author's publications on the topic of the dissertation and appendices. The introductory chapter discusses the research problem, the relevance of the work, describes the object of research, formulates the aim and objectives of the work, describes the research methodology, scientific novelty of the work, the practical significance of the results, defended statements. At the end of the introduction, the author's publications and conference papers on the topic of the dissertation and the structure of the dissertation are presented. The first chapter reviews methane measurement techniques, unmanned aerial vehicle systems (types, specifications, camera sensors), multispectral cameras, global remote sensing, and GIS techniques for environmental monitoring. The second chapter describes theoretical and experimental methods of remote methane identification and modeling possibilities using GIS technologies. The third chapter presents the results of the performed research and analysis. 10 scientific articles have been published on the topic of the dissertation: four in scientific journals referenced in the Clarivate Analytics Web of Science database, two in conference proceedings referenced in the Conference Proceedings Citation Index (Web of Science) database, and five in peer-reviewed Lithuanian conference proceedings included in the Index Copernicus database. The results of the research conducted in the dissertation have been published in three republican and three international scientific conferences.