Тема: Необходимость создания системы дистанционного зондирования выбросов загрязняющих веществ от СЭУ

19 мая 2005 г. вступило в силу Приложение VI к Конвенции МАРПОЛ 73/78 – «Правила предотвращения загрязнения атмосферы с судов». В приложении выдвинуты требования по ограничению выбросов: озоноразрушающих веществ, оксидов азота (NOx) судовых дизелей, оксидов серы (SOx), летучих органических соединений с танкеров. Резолюция Комитета ИМО по защите морской среды МЕРС.176(58), принятая 10.10.2008 г. значительно ужесточает требования к выбросам в атмосферу с судов начиная с 1 января 2011 года. Так, ограничения по выбросам диоксида азота от судовых дизелей в зависимости от числа оборотов следующие:

- Tier I: с 01.01.2000 по 01.01.2011 – от 9,8 до 17,0 г/(кВт·ч);

- Tier II: с 01.01.2011 по 01.01.2016 – от 7,7 до 14,4 г/(кВт·ч);

- Tier III: после 01.01.2016 года – от 2,0 до 3,4 г/(кВт·ч).

За период с 2011 по 2016 годы концентрация диоксида азота, выбрасываемого в атмосферу от судовых дизелей, должна быть уменьшена в 5 раз. Следовательно, администрации портов должны иметь информацию о качестве выбросов в атмосферу от судов, находящихся на рейде и у причалов.

Ведущийся в настоящее время эпизодический контроль загрязнения атмосферы непосредственно в устье источника выброса, а также контроль воздуха рабочей и санитарно-защитной зон не дает полной картины загрязнения. Для выработки эффективных и своевременных мероприятий по снижению вредного воздействия на природу необходимо обладать объективной качественной и количественной информацией о текущем состоянии окружающей среды и динамике его изменения. Такую информацию могут дать дистанционные методы контроля и особенно метод лазерного зондирования [77, 78].

Высокая чувствительность лидаров при обнаружении малых аэрозольных и газовых примесей в атмосфере, дистанционность и большая оперативность получения данных дают реальную основу их использования для контроля распространения загрязнений в атмосфере [79].

Практическая потребность в лазерной системе обусловлена ее преимуществами по сравнению с традиционными химическими методами. Это возможность проведения непрерывного дистанционного анализа, большой радиус действия, оперативность получения результатов измерений, с их выводом на монитор или принтер, меньшая трудоемкость измерений.

Лидар, внешний вид которого показан на рисунке 4.1, состоит из следующих частей: лазера, передающей оптики, приемного телескопа, спектроанализатора, фотоприемника и электронной измерительной системы. Импульс лазерного излучения, сформированный передающей оптикой, направляется в мишень.

Излучение, рассеянное мишенью назад, собирается приемным телескопом и через спектроанализатор направляется на фотоприемник. Электрический сигнал с фотоприемника обрабатывается измерительной системой по заданному алгоритму.

Способность лидаров проводить в реальном масштабе времени дистанционный анализ дает возможность для мгновенного обнаружения любых избыточных концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

В настоящее время лидары применяются для решения следующих задач [79]:

- получения карт параметров рассеяния шлейфами выбросов и их эволюции во времени;

- порогового обнаружения некоторых параметров загрязнения, как правило, контроль аварийных ситуаций;

- измерения концентраций как основных, так и малых составляющих атмосферы (контроль загрязнений).

Рисунок 4.1 – Внешний вид лидара дифференциального зондирования

Эти наблюдения можно проводить дистанционно с наземных платформ или судов, самолетов или спутников, с получением большого пространственного и временного разрешения.

По результатам выполненных исследований различных типов лидаров (см. главу 3), предназначенных для зондирования загрязняющих веществ в газовых потоках или чистой атмосферы, установлено, что для обнаружения концентраций ЗВ порядка 10¹⁵ см^-3 и ниже в атмосфере наиболее предпочтительным будет использование систем дифференциального поглощения.

Тема: Принципы построения и структурная схема системы мониторинга загрязнений

При построении системы мониторинга выбросов на первый план выдвигается задача установления связи характеристик загрязненной атмосферы (концентрации газовых молекул и аэрозоля, плотности частиц, спектральных размеров) или водного объекта с оптическими параметрами, измеряемыми с помощью лидара, в зависимости от метеопараметров.

Система должна удовлетворять следующим требованиям:

1) прием и обработка разноплановой первичной информации от измерительных систем;

2) эффективное и надежное хранение полученных данных;

3) возможность удаленного управления измерительными системами;

4) обеспечение выдачи данных в удобном для пользователя формате вне зависимости от его местоположения;

5) анализ ситуации, своевременное определение источников выбросов с оценкой масштабов распространения загрязнения;

6) формирование краткосрочных и долгосрочных прогнозов развития состояния окружающей среды при помощи математических моделей;

7) обеспечение поддержки принятия решений на управленческом уровне.

Схема системы представлена на рисунке 4.2. Система состоит из трех блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Первый блок представлен наземной лидарной системой (НЛС), которая располагается таким образом, чтобы суммарный радиус действия охватывал весь наблюдаемый район. Местоположение и количество НЛС определяется исходя из особенностей наблюдаемого района. НЛС состоит из лидара и компьютера, объединенного с лидаром посредством специально разработанной интерфейсной платы, кроме того, компьютер соединен с Центром управления системой (ЦУС) выделенным интернет-каналом.

Из Центра управления системой приходит информация о заданных параметрах работы лидара. Специально разработанное программное обеспечение обрабатывает полученную информацию и приводит в действие лидар. Данные, полученные в результате работы лидара, упаковываются и транзитно отправляются в ЦУС.

Рисунок 4.2 – Структурная схема лидарной системы контроля загрязнений

Второй блок представлен системой метеослужб, обеспечивающих своевременное получение метеопараметров района, как от служб Роскомгидромета, так и от метеослужб, расположенных в районе мониторинга.

Третий блок – Центр управления системой, состоящий из совокупности модулей, каждый из которых имеет определенный набор функций.

Модуль управления и администрирования. Осуществляет управление системой, авторизацию пользователей и является связующим звеном, регулирующим взаимодействие и совместную работу всех компонентов системы.

Модуль обработки первичной информации. Обеспечивает дистанционное управление и связь с первичными источниками информации (лидары, метеослужбы); организацию канала передачи данных от первичных источников данных, а также первичную обработку входящей информации.

Модуль моделирования и выдачи прогнозов. В модуле с использованием имитационного моделирования происходит оценка уровня текущего загрязнения атмосферы и формирование сообщений при достижении заданных концентраций загрязняющих примесей.

Модуль хранения данных. Служит для хранения первичной информации, поступающей от подсистемы сбора информации и внешних информационных систем, хранения картографической информации для данной местности, организации хранения и доступа к имеющимся знаниям в области исследования атмосферных и экологических процессов, необходимых для оценки экологической ситуации в контролируемой области, хранения данных внешних систем. Построение такого модуля целесообразно выполнить с использованием одного из SQL-серверов, таких как Oracle, Postgres или Sybase.

Модуль связи с пользователями обеспечивает взаимодействие системы с пользователями: принимает команды управления, получает информацию, выдает результаты. Для связи с удаленными машинами пользователей используется стек протоколов TCP/IP. Модуль построен по принципу "тонкого клиента", то есть используется мощный Web-сервер, а на рабочих станциях пользователей — любой доступный Web-браузер.

Модуль управления лидарными системами принимает информацию от модуля моделирования и выдачи прогнозов и производит расчеты параметрических данных для каждой НЛС, обеспечивает связь с НЛС.

С целью обеспечения функционирования предложенной лидарной системы контроля загрязнений создана единая система по экологическому мониторингу, в основе которой лежит система управления базой данных (СУБД) MySQL [81 – 89].

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: