Лекція 6. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом довкілля (2 год)
Сайт: | Навчально-інформаційний портал НУБіП України |
Курс: | Методи вимірювання параметрів навколишнього середовища |
Книга: | Лекція 6. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом довкілля (2 год) |
Надруковано: | Гість-користувач |
Дата: | середа, 27 листопада 2024, 09:36 |
1. Загальні відомості
Перші кроки до створення автоматизованих систем контролю за станом довкілля проклали дистанційні метеорологічні станції, які були призначені для оперативного вимірювання швидкості та напрямку вітру, температури і вологості повітря. Вибір параметру контролю здійснювався за допомогою оператора, а надалі стали більш поширенішими метеорологічні станції з автоматизованим вибором контрольованого параметру.
З часом з'явилась радіотелеметрія для проведення різного роду телевимірювань метеорологічного напрямку. Була розроблена дрейфуюча автоматична радіометеорологічна станція, призначена для автоматичної передачі по радіо стану погоди з дрейфуючого льоду. Пізніше були створені метеорологічні ракети типу МР-1 та супутники різного метеорологічного призначення.
Спостереження за зміною стану довкілля, які відбувається з природних причин, тривають вже досить давно, оскільки суттєві зміни біосфери відбуваються впродовж тривалого часу. На відміну від них зміни під впливом діяльності людини можуть відбуватися досить швидко. Для спостереження і контролю за ними необхідні сучасні методи вимірювання, де особливе місце займають фізичні, фізико-хімічні та біологічні методи. На основі цих методів було створено багато різноманітних приладів і систем вимірювання параметрів навколишнього середовища.
Антропогенний вплив на довкілля, постійно зростає, спричиняючи соціально-економічні втрати і порушення екологічної рівноваги. Освіта, наука і техніка повинна стати більш доцільними на шляху зменшення антропогенного навантаження довкілля і направити свої зусилля на розробку сучасних методів і засобів контролю навколишнього середовища з використанням сучасних ЕОМ.
Автоматизовані системи контролю забруднення атмосферного повітря (АСКЗП) почали створюватись вперше в найбільше промислово розвинених країнах – США та Японії – ще в 60-х роках 20 століття, а в теперішній час функціонують в Австрії, Болгарії, Бразилії, Великобританії, Угорщині, Канаді, Мексиці, Франції та ін.
З часом були розроблені системи контролю забруднення води земельних ресурсів. Всі ці автоматичні системи побудовані за принципом дії інформаційно–вимірювальних систем різного призначення, в залежності від вимог контролю та вимірювань параметрів атмосферного та водного середовищ.
2. Автоматизовані системи контролю забруднення атмосферного повітря
Автоматизовані системи спостереження і контролю атмосферного повітря (АСКНС-АГ) або (АНКОС-АГ) призначені для постійного контролю за змінними у часі та просторі характеристиками забруднення і метеорологічними параметрами повітряного простору. Залежно від характеру та об’єму робіт їх поділяють на такі типи:
1) промислові системи. Вони контролюють викиди промислових підприємств, ступінь забруднення промислових майданчиків і прилеглих до них територій. Оснащені датчиками для фіксування характерних інгредієнтів викидів підприємств, а також метеодатчиками, які розміщують з урахуванням шкідливості викидів, рози вітрів, особливостей розміщення житлових масивів. Такі системи, як правило, функціонують у структурі підприємств;
2) міські системи. Їх призначено для контролювання рівня забруднення повітря міста викидами підприємств, транспорту, для вимірювання метеопараметрів. Завдяки їх функціонуванню встановлюють розмір забруднення територій з урахуванням сезону року і кліматичних факторів, параметри і частку кожного джерела забруднення, прогнозують небезпечність ситуації. Системи формуються з двох рівнів. На І рівні здійснюють вимірювання концентрацій забруднювальних речовин і деяких метеопараметрів, перетворення виміряних значень фізичних величин, реєстрацію цих значень на машинних носіях, формування повідомлень і збереження інформації. На цьому рівні типові автоматичні станції визначають основні забруднювачі: СО – оксид вуглецю (0…160 мг/м3); SО2 – діоксиду сірки (0…5 мг/м3); NО2, NO та суму оксидів азоту (0…7,5 мг/м3); суму вуглеводнів за винятком метану (0…45 мг/м3); О3 – озон (0…0,15 мг/м3); метеопараметри: швидкість, напрямок вітру, температуру повітря. Завершується перший рівень передачею даних в центр обробки інформації.
На II рівень інформація надходить від пересувних постів, стаціонарних газоаналітичних лабораторій. На цьому рівні обробляють результати, прогнозують небезпечні ситуації, розраховують необхідні результати і передають споживачам.
Міська система автоматичного спостереження і центр оброблення даних забезпечують систематичне вимірювання заданих параметрів, автоматичний збір інформації з автоматизованих станцій, збирання інформації від неавтоматизованих ланок спостереження, оперативне оцінювання ситуації, короткостроковий прогноз.
Аналіз даних про концентрацію домішок триває не менше 20-30 хв., що відповідає терміну відбору проб в поглинальні прилади.
Видавання автоматизованою системою інформації може тривати від кількох хвилин до кількох годин.
У міську систему включені промислові автоматизовані підсистеми;
3) регіональні системи. Переважно вони не мають своїх контрольно-замірювальних станцій, а отримують інформацію з міських і промислових систем. Призначені для статистичної обробки і аналізу даних про забруднення навколишнього природного середовища на значних територіях, на базі яких проводять дослідження та прогнозування, розробляють науково обґрунтовані рекомендації щодо його охорони;
4) загальнодержавні системи. Вони отримують відомості про забруднення та стан атмосферного повітря від регіональних систем, супутників Землі та космічних орбітальних станцій;
5) глобальні системи. Їх використовують для досліджень атмосферних змін на основі міжнародних спостережень.
Автоматизовані системи спостереження і контролювання атмосферного повітря різних типів обов’язково оснащені автоматичними системами відбору проб та приладами автоматичного визначення забруднювальних речовин (газоаналізаторами).
3. Автоматизовані системи контролю забруднення води
Для оперативного контролю та управління якістю поверхневих вод розробляються і впроваджуються автоматизовані системи спостереження типу АНКОС-ВГ, які включають автоматичні станції і пересувні гідрохімічні лабораторії, призначені для оперативного контролю забруднення поверхневих вод , стаціонарні гідрохімічні лабораторії, що дозволяють виконувати більш складний і точний аналіз природних вод, центр обробки інформації, що надходить. Такі системи здатні контролювати за допомогою всіх своїх ланок близько 50 показників та інгредієнтів, з яких 17 вимірюються автоматично.
Системи типу АНКОС-ВГ об'єднують організаційно і методично всі підрозділи контролю води в зоні її дії. Структура такої системи побудована за ієрархічним принципом і підрозділяється на три рівні.
Перший рівень системи представляють засоби оперативного отримання інформації, автоматичні станції і пересувні гідрохімічні лабораторії, які призначені для оперативного контролю забруднення поверхневих вод. Основним завданням першого рівня є безперервно-дискретний цілодобовий контроль, попередня обробка і передача даних про стан поверхневих вод на диспетчерський пункт системи.
З огляду на те, що завдання оперативного контролю забруднення поверхневих вод як зараз, так і в найближчі 15-20 років не можуть бути вирішені повністю навіть за наявності розгалуженої і чітко працюючої мережі автоматичних станцій контролю та ряд найбільш важливих показників неможливо визначати автоматично, до складу системи та її першого рівня включені неавтоматичні ланки - пересувні гідрохімічні-гідробіологічні лабораторії (ПГХЛ-1), які отримують необхідну гідрохімічну і гідробіологічну інформацію на водному об'єкті і одночасно доставляють проби для детального аналізу в стаціонарні лабораторії.
Другий рівень - стаціонарні гідрохімічні-гідробіологічні лабораторії. Основним завданням їх є отримання гідрохімічний і гідробіологічної інформації про стан водного об'єкта, яку автоматичні станції і пересувні гідрохімічні-гідробіологічні лабораторії не видають, з метою детального з'ясування причин, що призвели до підвищення рівня забрудненості поверхневих вод.
Третій рівень системи - центр обробки інформації, що надходить від автоматичний станцій, пересувних та стаціонарних лабораторій. До складу центру входять диспетчерський пункт з вузлом зв'язку, обчислювальний комплекс, лабораторія з ремонту, налагодження устаткування і метрологічного забезпечення. Завданнями цього рівня є організація зв'язку з усіма ланками системи і споживачами інформації; технічне обслуговування засобів; збір, перевірка на достовірність, обробка, зберігання і видача різних видів інформації, включаючи оперативний короткостроковий прогноз стану водного об'єкта всім зацікавленим споживачам.
За даними систематичних спостережень за якістю вод оцінюється з забрудненість, виділяються ділянки, найбільш схильні техногенному впливу, тобто проводиться спеціальна оцінка та класифікація якості вод.
4. Комп’ютеризовані вимірювальні системи віброакустичних процесів
Сучасне виробництво, транспорт формує умови праці із значними шумовими та вібраційними навантаженнями.
Наслідком шкідливої дії виробничого шуму та вібрацій можуть виникати професійні захворювання.
Шум та вібрації можуть оцінюватись за допомогою різних приладів, а в теперішній час створені і діють комп’ютеризовані вимірювальні системи віброакустичних процесів.
Для досліджень віброакустичних процесів застосовуються багатоканальні аналізатори сигналів такі як “SIGLAB” (DSP Technology, США). Система “SIGLAB” працює разом з ПЕОМ (наприклад варіант – SIGLAB плюс ноутбук), що забезпечує керування процесом вимірювань, візуалізацію результатів на екрані і зберігання даних у власній пам’яті.
5. Спектрометричні та радіологічні комплекси
Останніми десятиліттями дедалі актуальнішою стає проблема біологічної дії іонізуючого випромінювання. Це зумовлене невпинним зростанням кількості радіоактивних речовин у довкіллі й підвищенням інтенсивності ультрафіолетових променів, внаслідок чого людина й будь-які інші організми (тварини, рослини, мікроорганізми, віруси) зазнають усе більшого впливу іонізуючих випромінювань. До підвищення радіоактивності навколишнього середовища призводять насамперед подальший розвиток ядерної енергетики, розширення використання джерел іонізуючих випромінювань у медицині й промисловості, а також радіоактивних речовин у техніці і наукових дослідженнях. Радіоактивне забруднення біосфери відбувається в результаті випробувань ядерної зброї, аварій на об’єктах ядерної енергетики, під час експлуатації уранових копалень та переробки ядерного палива.
Отже, людині необхідно вміти протидіяти негативному впливові іонізуючих випромінювань на біологічні системи.
Радіаційний моніторинг місцевості, населених пунктів, АЕС тощо, потребує на ряду з приладами відповідного спрямування більш ефективні технічні засоби вимірювання, які спроможні виконувати вимірювання на відстані, проводити діагностику, зберігати та оброблювати вимірювальну інформацію за допомогою ПЕОМ.
До таких технічних засобів вимірювання в першу чергу відносяться радіологічні та спектрометричні комплекси.
Спектрометричний лабораторний комплекс (СЛК) «СЕГ- 40К- Ge
Комплекс, на основі Ge (Li) – детекторів і детекторів з надчистого Ge, призначений для проведення прецизійних вимірювань і досліджень в області ядерної спектрометрії. Комплекс дозволяє з дуже великою точністю визначати питому і об’ємну активність g- випромінювань нуклідів в пробах води, продуктів харчування, грунту, будівельних матеріалів тощо.
«СЕГ-40К-Sc» - спектрометричний комплекс на основі сцинтиляторів CsI, NaI призначений для визначення питомої активності g- випромінюючих нуклідів в пробах води, продуктів харчування, грунту, будівельних матеріалів з малим вмістом радіонуклідів. Наприклад, вимірювання активності штучного ізотопу 137 Cs на фоні природного нукліду 40К, вимірювання питомої активності нуклідів 226 Ra, 232Th та 40К в будівельних матеріалів.
«СЕГ- 40К- Ge (Sc)» - спектрометрична вимірювальна система польової спектрометрії на основі портативних детекторів з надчистого Ge або сцинтиляційних детекторів CsI, NaI (характеристики визначаються типом детектора).
Пересувна радіологічна лабораторія «Пошук»
Лабораторія призначена для радіаційного моніторингу місцевості, населених пунктів, АЕС в нормальних умовах і при радіаційній аварії.
Технічні спроможності лабораторії:
· ефективна робота на всіх етапах радіаційного контролю;
· визначення джерел радіоактивного забруднення;
· пробовідбір і визначення щільності забруднення;
· локалізація джерел радіоактивного забруднення;
· радіаційна гама – спостереження місцевості з координатною прив’язкою результатів вимірювання до місцевості за допомогою супутників навігаційної системи;
· визначення радіонуклідного складу випромінювання при гама-дослідженнях;
· повністю автономна система живлення з підзарядкою акумуляторів від електрогенератора автомобіля;
· цифрова індикація швидкості прокачки і об’єму повітря, що прокачується, який визначається за допомогою термоанемометра;
· позитивні результати випробування на міжнародних випробуваннях в «Полярних Зорях» і полігоні ВМФ.
Склад лабораторії:
1. Автомобіль.
2. Сцинтиляційний гама-спектрометр з ПЕВМ типу “Notebook” або “Мікро РС”.
3. Установка для радіаційного гама-дослідження місцевості «Гамма-сенсор» з детекторами “NaI (TI)”
4. Супутникова навігаційна система“Trimble navigation” з виносною магнітною антеною.
5. Пристрій для пробовідбору повітря на аерозольний фільтр і вугільні картриджи.
6. Спектрометр випромінювання людини типу «Модуль МРК».
7. Радіометр і/або дозиметр.
8. Система автономного живлення /+12 і ~220 В/.
До складу лабораторії може бути застосовано допоміжне обладнання по проханню Замовника.
Шрифти
Розмір шрифта
Колір тексту
Колір тла