Оно охраняет объекты и борется с кражей алмазов: как российский стартап использует оптоволокно
Когда возникла идея Реализация научной идеи занимает немало времени. Впервые о применении принципа когерентной рефлектометрии (это исследование рассеяния света в оптическом волокне) мы стали задумываться еще в 1990-х. Я, будучи в то время аспирантом МФТИ, и мои коллеги в 1997 году написали статью для журнала Аplied Optics (1998, Vol. 37, Issue 24 pp. 5600-5604) о возможности применения этого принципа на практике для мониторинга окружающей среды. Однако в те годы заниматься разработкой реального прибора в России было почти невозможно, и нам пришлось отложить работу по созданию прибора на 10 лет. Сейчас, когда мир опутала тончайшая оптопаутина, а волокно стоит дешевле рыболовной лески (по нашим данным, $7 за километр) – настало время для нового применения волоконной инфраструктуры. Полезные свойства оптоволокна Поясню, как можно «заставить» выполнять стандартный кабель, который используется для передачи интернет-сигнала, еще и другие задачи. Представьте принцип работы оптоволоконного кабеля. Оптическое волокно – это проводящая свет кварцевая нить толщиной примерно с человеческий волос. Такие волокна переносят свет на сотни и даже тысячи километров путем полного внутреннего отражения. Если посветить фонариком на один конец нити, свет почти мгновенно «выйдет» из другого конца. Оказалось, что у волокна есть еще одно полезное свойство – высокая чувствительность к акустическим воздействиям очень слабой вибрации. Предположим, над кабелем прошел человек или проехала машина, при этом в волокне происходят микродеформации. Параметры сигнала, которые идут через нить, чуть-чуть меняются. По этим микровоздействиям можно определить, что происходит в радиусе от 5 до 300 метров от кабеля, а длина участка мониторинга может быть 50 или даже 75 километров. При этом можно использовать один и тот же волоконный кабель для передачи информации и мониторинга. В 2007 году мы стали создавать систему, которая может подсоединяться к оптоволоконному кабелю и определять, что происходит вокруг него. А затем распознавать сигналы и выдавать на пульт управления данные о происходящем за сотни километров. Однако создать реальный прибор – сложная задача. Фонд «Сколково» поддержал наш проект и мы стали его резидентом. Это позволило ускорить разработку продукта. Сейчас мы выпускаем уже третье поколение такой системы мониторинга, которое обладает высокой чувствительностью. Встроенная в прибор нейросеть способна обучаться распознаванию сигналов разных классов. При этом точность распознавания превышает 90-95%. Кому и зачем это нужно Несколько крупных международных компаний используют новые возможности оптоволокна для разных целей. На первом месте стоит вертикальное сейсмопрофилирование. Это когда с помощью виброакустических сигналов специалисты определяют, сколько в пробуренной скважине воды, нефти и так далее. На втором месте – мониторинг трубопроводов на предмет аварий и незаконных действий. Крупными игроками в секторе можно считать компании Halliburton и Schlumberger, которые поставляют различное оборудование для нефтегазовых компаний. Они работают и на российском рынке. Все чаще оптоволокно используется для охраны различных объектов. Здесь можно выделить австралийскую компанию Future Fibre Technologies. У них есть завод в Индии, где производится оборудование. Организация установила свою систему охраны в нескольких аэропортах Индии. Вибромониторинг используется для обеспечения контроля безопасности и улучшении логистики в транспорте. В частности, речь идет о мониторинге поездов (можно отслеживать его точное нахождение) и слежении за состоянием железнодорожного полотна. Этим занимается австрийская компания Frauscher Sensor Technology. Сейчас их оборудование закупает и «РЖД». Как еще может применяться оптоволокно Кому еще в нашей стране нужны системы виброакустического мониторинга? Сейчас телекоммуникационные компании меняют медные кабели на оптоволоконные. Однако демонтажем занимаются не только они. В последнее время снова активизировались мошенники, которые срезают медные провода и сдают их в металлолом. Часто делается это варварским способом: ночью открывается колодец, медный провод цепляется к грузовику и вырывается. При этом такие «копатели» разрушают другие коммуникации, которые проложены в кабельной канализации. Разработанная нами система позволяет предотвращать такие ЧП. Еще на этапе открытия люка оптоволоконный сенсор сигнализирует о возможности несанкционированного проникновения. И пока «черные копатели» будут забираться в колодец, их успеет обезвредить служба безопасности или полиция. Собственно, это и произошло в конце прошлого года в Санкт-Петербурге, где была установлена наша система. С ее помощью уже удалось предотвратить проникновение в коммуникации оператора связи. Как я уже говорил, технология может применяться в различных секторах промышленности. Например, для мониторинга трубопроводов. Вдоль каждого нефте- или газопровода сейчас прокладывают оптоволоконный кабель. Это делают для автоматического перекрытия трубопровода при аварии. С его помощью можно поймать злоумышленников, которые решили сделать незаконную врезку, еще на этапе, когда они подгоняют технику. Уже сейчас нашу технологию использует «Газпром трансгаз Уфа». Система подходит и для охраны периметров больших объектов. Оператор видит в режиме реального времени, кто пересекает охранный периметр – человек, автомобиль или тяжелая техника. При этом обнаружить оптоволокно невозможно даже с помощью металлодетектора. Несколько таких систем успешно используется для охраны аэропорта «Домодедово». Кстати, у нас есть и достаточно необычные заказы. Например, алмазодобывающая компания De Beers сейчас рассматривает возможность покупки системы для установки на своих месторождениях в ЮАР. Так они собираются бороться с незаконными добытчиками, которые пытаются найти алмазы на их месторождениях. Оптоволокно можно использовать для мониторинга землетрясений Когда мы только начинали работу над системой, то полагали, что она будет применяться в основном для обеспечения безопасности. И, соответственно, нам придется работать на узком рынке. Но потом оказалось, что сфера применения оптоволокна гораздо шире. Сейчас мы ведем переговоры с правительством Перу. Они рассматривают возможность создания системы сейсмического мониторинга возле Мачу-Пикчу. Сейсмодатчики, сколько бы их ни было установлено, менее эффективны при приеме сейсмического сигнала, чем волокно. В Японии работает около 1200 сейсмостанций. Если бы в Японии использовали всего 1% оптоволокна для мониторинга землетрясений – это бы соответствовало миллиону датчиков и вывело сейсмомониторинг на качественно новый уровень. В нашей стране вопрос предсказания землетрясений, к счастью, не так актуален. У нас много других задач. Например, создание глобальной системы мониторинга железных дорог в режиме реального времени. Она нужна для того, чтобы отслеживать повреждение полотна и следить за состоянием поездов. Но главная цель – помочь в организации более эффективной системы движения составов. Диспетчеры смогут получить информацию о прохождении поезда с точностью до нескольких метров. Это снизит риски аварии, повысит пропускную способность дороги и сэкономит миллионы рублей. Скоро мы увидим новых игроков на рынке Рынок услуг виброакустического мониторинга в России и мире сейчас только формируется. По данным консалтингового агентства Persistence Market Research, каждый год он будет расти примерно на 20% и к 2025 году составит более $2 миллиардов (Persistence Market Research, 2015). В нашей сейчас в этой сфере работают всего около десяти компаний. К сожалению, мало кто имеет реальный коммерческий продукт, большинство из этих компаний находится на стадии опытно-конструкторских работ. Но можно выделить российские оптоволоконные системы «Волкодав», «Ворон» и «Петролайт». Однако, так как этот рынок только готовится к скачку, думаю, что в ближайшее время мы увидим рост интереса к этой технологии и появление новых игроков. Материалы по теме: 15 вещей, которые были изобретены совершенно случайно 10 российских учёных и просветителей, за которыми стоит следить Ветроэнергетика не экологична и совсем не делает мир лучше — обозреватель Spectator Как устроен мир с точки зрения физика: рассказывает Лоуренс Краусс Ученые опросили сотни экспертов о том, когда ИИ сможет превзойти человека на конкретных работах
