Studenci wymyślili, jak szybko wykrywać i gasić pożary na lotniskach

Projekt Emergency Guard System (EGS) to dzieło Studenckiego Koła Naukowego Transportu Lotniczego z Wydziału Transportu PW. Dzięki temu pomysłowi nasz zespół zajął drugie miejsce w Hackathonie Lotniczym AviaTech Challenge 2024.

Podkarpacki Hackathon Lotniczy AviaTech Challenge to największy w kraju lotniczy maraton dla programistów i projektantów. Uczestnicy wydarzenia z 2024 roku spotkali się w Mielcu w dniach 18–19 maja. Mieli stworzyć projekt dotyczący transportu lotniczego. Do wyboru było pięć kategorii: bezzałogowe statki powietrzne, ekologia transportu lotniczego, dual-use defence, bezpieczeństwo transportu lotniczego oraz kategoria open. Przyznano po wyróżnieniu w każdej z kategorii, a na finał nagrodzono trzy najlepsze projekty całego hackathonu. Drugie miejsce zajął tu pomysł Studenckiego Koła Naukowego Transportu Lotniczego, przygotowany w kategorii bezpieczeństwo transportu lotniczego – Emergency Guard System (EGS). Nasi studenci otrzymali także wyróżnienie w konkursie na najbardziej pomysłowe zdjęcie.

Sukcesy to zasługa zespołu w składzie: Jakub Kowalski, Daniel Czagan, Justyn Górski, Olga Karaś, Stanisław Sarnowski oraz mgr inż. Andrzej Skoczylas. 

Czas to klucz

Nagrodzony projekt EGS (Emergency Guard System) ma na celu zwiększenie bezpieczeństwa na lotniskach poprzez szybkie wykrywanie i gaszenie pożarów z użyciem nowoczesnej technologii armatek przeciwpożarowych. EGS umożliwia szybkie i skuteczne gaszenie pożaru już w czasie dojazdu służb ratunkowych, co jest kluczowe dla minimalizacji ryzyka oraz zapewnienia maksymalnego bezpieczeństwa dla wszystkich użytkowników lotniska. Dodatkowo, efektywność pracy systemu będzie większa niż straży pożarnej dzięki wykorzystaniu kamer termowizyjnych i natychmiastowej reakcji, co pozwoli na szybsze i skuteczniejsze działania w przypadku pożaru lub innego zagrożenia wynikającego z usterek mechanicznych. 

– Lotniskowa straż pożarna ma ograniczony czas na dojazd do płonącego statku powietrznego – maksymalnie 180 sekund dla lotnisk kategorii 9 – wyjaśnia Jakub Kowalski, jeden z twórców pomysłu. – W tym krótkim okresie wiele może się wydarzyć, dlatego kluczowe jest, aby w tym czasie móc podjąć działania gaśnicze bezpośrednio u źródła pożaru, minimalizując straty i ryzyko dalszego rozprzestrzeniania się ognia. Dodatkowo, zamierzeniem EGS jest również profilaktyczne działanie w celu zapobiegania szkodom wyrządzonym przy awaryjnym lądowaniu samolotu bez wysuniętego podwozia, m.in. poprzez pokrycie środkiem gaśniczym nawierzchni drogi startowej.

Działanie systemu obejmuje 4 elementy. Pierwszy to szybkie wykrywanie pożaru na drodze startowej przy pomocy kamer termowizyjnych. Drugi to półautomatyczne kierowanie armatek przeciwpożarowych – po wykryciu pożaru system wykorzystuje sztuczną inteligencję oraz triangulację pomiędzy wieloma kamerami do optymalnego skierowania strumienia wody na źródło pożaru, minimalizując czas reakcji i skutecznie gasząc ogień. Ponadto posiada możliwość kontroli manualnej przy występowaniu niesprzyjających systemowi okoliczności. Trzeci punkt to koordynacja działań pomiędzy armatkami przeciwpożarowymi oraz innymi jednostkami ratowniczymi, takimi jak lotniskowa straż pożarna. Celem jest tu optymalizacja procesu gaszenia pożaru i minimalizowanie ryzyka dla osób i mienia. Wreszcie element nr 4 – monitorowanie i raportowanie. System ciągle monitoruje sytuację pożarową oraz inne anomalie temperaturowe na drodze startowej i w jej pobliżu. Dostarcza w czasie rzeczywistym informacje o zmianach, co umożliwia szybką reakcję i podejmowanie odpowiednich działań.

Budowa systemu

W skład systemu bezpieczeństwa i ochrony przeciwpożarowej wchodzą armatki, zasilający ją zbiornik oraz podłączona do niej kamera z podczerwienią. 

– Armatki zamocowane są na systemie mechanicznym kół zębatych, umożliwiającym obrót o pełne 360 stopni – wyjaśnia Jakub Kowalski. – Osadzone są w ziemi, tak aby nie zakłócać operacji naziemnych i przestrzegać norm i zaleceń z załącznika nr 14 do Konwencji o międzynarodowym lotnictwie cywilnym lotniska – „Projektowanie i eksploatacja lotnisk”. Podczas gdy system nie funkcjonuje, przykrywany jest elementem, który chroni go przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi, np. warunkami atmosferycznymi.

Samą armatkę zasila zbiornik znajdujący się w kontenerze, który zawiera środki gaśnicze doprowadzane poprzez rury. Ciśnienie jest w tym systemie kluczowym elementem odpowiadającym za prawidłowe działanie urządzenia.

– Do armatki podłączona jest również kamera z podczerwienią, która służy do wykrywania źródeł ciepła – opowiada dalej Jakub Kowalski. – W momencie wykrycia pożaru, sztuczna inteligencja systemu automatycznie uruchamia armatki gaśnicze, kierując strumień środka gaśniczego w kierunku ognia. Dodatkowo, wspomaga obieranie celu, aby praca armatki była jak najbardziej efektywna, minimalizując straty i zapewniając szybkie ugaszenie pożaru. Zakładając działanie armatki przy pełnym ciśnieniu, jest ona w stanie od 30 do 40 sekund wystrzeliwać pianę gaśniczą na odległość aż 150 metrów, zapewniając bezpieczeństwo nie tylko na drodze startowej, ale także dookoła niej.

W EGS kamera termowizyjna odgrywa kluczową rolę w szybkim wykrywaniu pożarów na drodze startowej.

Informacje zebrane przez kamerę termowizyjną są przesyłane do komputera, gdzie zachodzi obróbka danych. W specjalnie przygotowanym programie kamera analizuje temperaturę badanych obszarów, wykrywając pożar poprzez identyfikację temperatury powyżej ustalonej normy. Gdy taka temperatura zostaje wykryta, program natychmiast wysyła informację do armatki przeciwpożarowej, która zostaje wycelowana w punkt o najwyższej temperaturze. Sztuczna inteligencja wykorzystana w systemie umożliwia pominięcie w analizie temperatury silników, które ze względu na ich naturę działania mogą generować wysokie temperatury.

Dodatkowo, dzięki zaawansowanym algorytmom sztucznej inteligencji, wycelowanie armatki uwzględnia wiele czynników, co pozwala na skuteczne gaszenie pożaru na drodze startowej. Co więcej, po całkowitym zatrzymaniu się statku powietrznego, strumień piany kierowany jest tak, by nie kolidował z drogami ewakuacji w postaci napełnionych trapów. Dzięki temu kamera termowizyjna stanowi niezastąpione narzędzie w szybkiej reakcji na zagrożenie pożarowe i minimalizacji ryzyka dla wszystkich użytkowników lotniska.

– W zaprojektowanej instalacji EGS wykorzystaliśmy piany typu FFFP – piany fluoroproteinowe tworzące film wodny, które składają się z białka i fluorowanych związków powierzchniowo czynnych – wyjaśnia Jakub Kowalski. – Tworzą dzięki temu cienkie warstwy filmów wodnych na powierzchni cieczy łatwopalnych i zwiększają właściwości oleofobowe (czyli olejoodporne) piany. 

FFFP są skuteczne w akcjach gaśniczych przeprowadzanych na lotniskach, ponieważ zanieczyszczona paliwem piana nie zmniejsza efektywności działania. Skutecznie tłumi łatwopalne opary, ponieważ szybko rozprzestrzenia się i działa jako powierzchniowa bariera niedopuszczająca powietrza oraz zapobiega parowaniu. Powłoka filmu, która się wytworzy, rozpływa się po powierzchni paliwa oraz ma właściwości samouszczelnienia. Metoda wytwarzania piany bazuje na efekcie Venturiego – to wykorzystanie przewężenia (zwężki) o wyraźnie mniejszym przekroju niż główny kanał, co powoduje zwiększenie prędkości przepływu i spadek ciśnienia. W przypadku EGS podciśnienie zasysa powietrze do roztworu przechodzącego przez zwężkę.

Co z wdrożeniem?

– System EGS to dobre rozwiązanie dla lotnisk o dużej przepustowości i natężeniu ruchu, gdzie prawdopodobieństwo wystąpienia sytuacji awaryjnej jest większe – podkreśla Jakub Kowalski. – Stąd też warto zaimplementować system na jednej (i z uwagi na koszty oraz zapotrzebowanie – jedynej) drodze startowej, która w sytuacji awaryjnej byłaby przygotowana do przyjęcia statku powietrznego.

Według twórców rozwiązania, koszty wdrożenia wahają się znacznie z uwagi na różnorodność i wyjątkowość lotnisk. Projekt zawiera schemat kosztów stałych, niepodlegających uwarunkowaniom związanym z infrastrukturą lotniska – to 4 374 000 zł (armatka 60 000 zł za sztukę, zbiornik 60 000 zł za sztukę, kontener 7 000 zł za sztukę, kamera termowizyjna 35 000 zł za sztukę – wszystko pomnożone przez 27).