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.

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.

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.

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