CC BY
37
УДК 621.371:53.082.74
АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ФАСАДУ И В ПОМЕЩЕНИИ ЗДАНИЯ ОТ ВНЕШНЕГО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
R3 =
R4 = Я5 =
R6 =
(X + X 0)2 + (Y + Y0)2
(X + X0)2 + (Y - Y0)2
1/2
1/2
(X + X0)2 + (2H - Y - Y0)2
1 /2
(X - X0)2 + (2H - Y - Y0)2
1/2
НЕФЕДОВА А.Л., САХАЦКИЙВ.Д., АЛЬ-ТАХХАНБ, АЛБ-ХЕЯРИА.
Анализируется распределение электромагнитного поля по фасаду здания при условии, что источник излучения находится вне помещения, а также его распределение внутри помещения при различных расположениях окон.
Электромагнитное поле (ЭМП) в помещении может возникать от внешнего источника излучения, если помещение находится вблизи радиотелецентра или в непосредственной близости от источников индустриальных помех.
Предположим, что вблизи железобетонного здания высотой Н, на расстоянии Х0 от него и на высоте Y0 от поверхности Земли расположен источник ЭМП в виде горизонтального электрического диполя. Де-картовая система координат X, Y, Zвыбрана таким образом, чтобы фасад здания располагался в плоскости Y0Z. Если длина здания гораздо больше длины волны, то напряженность электрического поля в произвольно заданной точке со стороны фасада здания определяется уравнением [ 1]:
Е = Еі - Е2 + Е3 - Е4 + Е5 - Еб + Еб - Е8. (1)
Здесь значения составляющих напряженности поля Ej вычисляются по формуле (2), в которой расстояние R принимается равным Д :
E = j
Z 0 ie l 2Х
/9 sin
1 - j
k0 R
1
(k0 R)2
r7
(X + X 0)2
+ (2H - Y + Y0)2
1/2
R8 =
(X -X0)2 + (2H - Y + Y0)2
1/2
В процессе расчета создающаяся напряженность поля (Е) в точке (X, Y) сравнивалась с напряженностью поля (Ед) того же источника, расположенного в свободном пространстве на тех же расстояниях до точки наблюдения.
Результаты численного анализа распределения ЭМП по высоте здания для различных мест расположения источника излучений показали, что существуют определенные расстояния между ним и стеной здания, при которых высокий уровень ЭМП имеет максимальную протяженность по высоте здания. В частности, дня наземного излучателя (Y0 = 1 м) при его расположении на расстояниях 3 < X0/l < 8 эта область (Е / Ед > 2) составляет 70% от высоты здания, начиная с верхних этажей.
Кроме того, здание, высота которого больше или соизмерима с длиной волны, формирует направленное излучение подобно уголковому отражателю. Проведенные расчеты показали, что это излучение представляет опасность прежде всего для жителей верхних этажей других близлежащих зданий [1].
Заметим, что полученные нами теоретические результаты согласуются с экспериментальными исследованиями других авторов. Так, в [2] установлено, что в условиях города наибольшая напряженность ЭМП наблюдается на верхних этажах зданий.
- /R cos
j
k0 R
j
k0 R
1
(k0 R)2
exp(-jkp R) R
(2)
где Z0=120k — волновое сопротивление свободного пространства; Iе — ток электрического диполя; X —
длина диполя; X—длина волны; /q , iR — единичные
орты в сферической системе координат; 9 — угол места, отсчитываемый от вертикальной оси диполя;
k 0 = 2% / X — постоянная распространения в свободном пространстве; R — расстояние от точки наблюдения до центра диполя. Для i = 1,8 Rj определяется из следующих уравнений:
R1
(X - X0)2 + (Y - Y0)2
1/2
R2
(X -X0)2 + (Y + Y0)2
1/2
Таким образом, используемые в строительстве железобетонные конструкции и материалы не способствуют снижению уровня ЭМП в окружающей среде. Поэтому в местах расположения радиовещательных и телевизионных станций, источников мощных индустриальных помех близлежащие здания необходимо строить из радиопоглощающих кирпичей и бетонов. Асфальтовые и бетонные покрытия земельных участков вокруг зданий также должны быть выполнены из полупроводящих материалов. В этом случае уровень ЭМП в окружающей среде будет снижаться до уровня ЭМП источника излучений в свободном пространстве.
Рассмотрим теперь, какую опасность возникшее перед зданием ЭМП будет представлять для населения или производственного персонала, находящегося внутри этого здания. Если железобетонные стены зданий могут экранировать ЭМП, то через оконные проемы они проникают почти беспрепятственно.
РИ, 2000, № 1
147
Рассмотрим характер распределения ЭМП внутри помещения при проникновении в него электромагнитного излучения через окно. Длина помещения Ао, его ширина — Во , стены помещения будем считать выполненными из железобетона. Предположим, что помещение имеет одно окно шириной W = 1,3 м и высотой L = 1,5 м, а координатная плоскость (X, Y) проходит через середину окна. Распределение напряженности ЭМП будем искать в плоскости (X, Y). Согласно [3], в метровом и более диапазонах длин волн железобетонные стены существенно (до 30 дБ) ослабляют внешние ЭМП и потому в первом приближении их можно считать идеально проводящими. Таким образом, уровень ЭМП в помещении будет определяться экранирующими свойствами окна. Как отмечено в [4], при дифракции на малом (меньше 1) прямоугольном отверстии поле за металлическим экраном определяется комбинацией полей, эквивалентных электрическому и магнитному диполям, причем магнитный диполь тангенциален, а электрический нормален плоскости отверстия. Для нормального падения волны на отверстие поле за ним будет вызываться только эквивалентным магнитным диполем с дипольным моментом
Pm =-2S3'2VxEq4^ , (4)
Для горизонтального (относительно поверхности Земли) поляризованного ЭМП азимутальную составляющую электрического поля вертикального магнитного диполя можно записать в виде [4]:
Е
Ф
S Ъ'2УХЕ о X
А А
R R2.
,-jkoR
(5)
Применяя к рассматриваемой модели помещения метод “зеркальных изображений” при условии, что источник ЭМП расположен на стене помещения, получим результирующую напряженность поля в наблюдаемой точке (X,Y):
+N +N
Е = Z Z Еа,р > (6)
а=-N р=-N
Значение Еа$ для каждого расстояния опреде-
ляется из уравнений (3) для R] и (5). Фазу возбуждающего тока можно не учитывать, так как все зеркально изображенные диполи возбуждаются в фазе. При суммировании ряда (6) значение а выбирается только четным, поскольку при расположении диполя на поверхности стены (х0=-А/2) положения диполей по координате ха для четных и нечетных а совпадают.
где S — площадь отверстия; VX — коэффициент, зависящий от размеров окна (для W/ L = 0,86 он равен 0,57); Е0 — напряженность электрической составляющей падающего на отверстие ЭМП; є, ц— абсолютная диэлектрическая и магнитная проницаемость среды.
Как показали результаты численного анализа, ряд (6) с точностью до двух десятичных знаков может быть ограничен значением N=30.
На рис.1 показаны картины распределения ЭМП (Х=3 м) при расстояниях от центра окна, Х/4 и Х/2 (а,б) расположении окна в центре широкой стены (поз. в).
На рис .2 аналогичная картина представлена при расположении окна на узкой стене помещения. Если падающее на окно излучение имеет напряженность поля Е0, то зачерненные на рисунках области показывают зоны, в которых напряженность поля в помещении превышает Е0, а заштрихованные — превышает 0,707Е0.
Анализируя результаты расчета, можно отметить, что вблизи окна и на расстоянии в несколько метров от него напряженность поля внутри помещения будет больше, чем снаружи. Кроме того, минимальная площадь повышенных напряженностей ЭМП наблюдается при расположении окна на узкой стене помещения, а максимальная — при расположении его на широкой стене.
Рис. 1. Распределение ЭМП в помещении при расположении окна на фасаде здания; стрелка указывает положение центра окна
Рис. 2. Распределение ЭМП в помещении при расположении окна на торце здания стрелка указывает положение центра окна
148
РИ, 2000, № 1
Полученные результаты нашли экспериментальное подтверждение в работах других авторов. Так, в [5] указано, что при размещении железобетонных зданий фасадом к передающей телевизионной антенне напряженность поля внутри помещения снижается в 5,1 раза, а торцом — в 11,7 раза. Описанные в [2] результаты эксперимента показывают, что в обычном помещении максимум интенсивности ЭМП наблюдается на расстоянии 1,5—2 м от оконного проема; отмечается возрастание уровня ЭМП в дальних углах комнаты, что соответствует результатам расчета (рис.1 и 2). А в работе [6] отмечается, что в непосредственной близости к отверстию экрана проникшие поля имеют тот же порядок, что и внешние.
Литература: 1. СахацкийВ.Д., Запорожцев С. Ю, Нефедова А.Л. Графоаналитический метод моделирования электромагнитной обстановки вблизи фасада здания / / АСУ и приборы автоматики. 1997. Вып. 105. С.86-90. 2. Оманская С. И. Градостроительные мероприятия по защите городской среды от влияния электромагнитных полей, создаваемых обзорными радиолокаторами аэропортов / / Архитектура. Районная планировка. Градостроительство. 1985. Вып.14. С.40-45. 3. Короленков А. В. Влияние железобетонных стен городских зданий на прохождение радиоволн // Труды НИИР. 1979. N 2. С. 74-77. 4.
УДК 681.3:553.98 "
ОПИС ІНФОРМАЦІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА ПРИ МОДЕЛЮВАННІ НАФТОГАЗО-ВИДОБУВНИХ ОБ’ЄКТІВ
ЮРЧИШИН В.М._____________________________
Дається визначення інформаційного середовища, що утворюється в процесі пошуку, розвідки та розробки нафтогазових родовищ. Описуються можливості інформаційного моделювання нафтогазовидобувних об-’єктів,які є слабоструктурованими системами,що вимагає обробки як кількісної, так і якісної інформації.Роз-глядається процес зняття інформаційної напруженості в ході діалога користувача з персональним комп’ютером на основі інформаційних запитів в експертній системі.
1. Поняття про моделювання інформаційного середовища
В процесі пошуку, розвідки та розробки нафтогазових родовищ доводиться мати справу з нафтогазовидобувними об’єктами, які описуються неповною, нечіткою, а інколи і протиречивою інформацією. Інформаційне середовище, яке створюється на основі геолого-геофізичних даних та знань кваліфікованих фахівців вимагають впровадження в нафтогазовій галузі, нових інформаційних технологій.
Роботи по моделюванню інформаційного середовища ведуться вже більше 30 років. За цей час для моделювання інформаційного середовища була запропонована значна кількість підходів. Це метод функціонального операційного аналізу, аналізу норм вироблення рішення, модуль-метод, семантичний аналіз, побудова схем інформаційних зв’язків, матричне моделювання [1,2]. Зауважимо, що запропоно-
Короленков А. В. Ослабление поля радиоволн железобетонным препятствием с прямоугольным отверстием // Радиотехника. 1981. T.36, N 7. С.67-70. 5. Сердюк Л.М. Взаимодействие организма с электромагнитными полями как с фактором окружающей среды. К.: Наук. думка, 1977. 228с. 6. Мырова.Л.0, Чепиженко Л.З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М.: Радио и связь, 1988. 29бс.
Поступила в редколлегию 13.12.99
Рецензент: д-р техн. наук Алипов Н.В.
Нефедова Анжелика Леонидовна, аспирант кафедры БЖД ХГАГХ. Научные интересы: эргономика. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Революции, 12, тел. 45-90-28.
Сахацкий Виталий Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент кафедры радиоэлектроники УИПА. Научные интересы: радиоэлектроника. Адрес: Украина, 61003, Харьков, ул. Университетская, 18, тел. 20-63-89.
Аль-Таххан Биляль, аспирант кафедры информатики ХГТУСА. Научные интересы: охрана труда. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Сумская, 40.
Аль-Хеяри Али, аспирант кафедры информатики ХГТУСА. Научные интересы: охрана труда. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Сумская, 40.
вані методи були розроблені для застарілої в даний час технології обробки даних та знань і потребують вдосконалення такою методикою, в якій враховані сучасні вимоги ефективного використання інформаційних технологій.
Інформаційне середовище — строго системне, специфічне поняття, що зв’язане з оптимальним використанням інформаційного ресурсу[3].
Методологічне значення поняття інформаційного середовища полягає в тому, що воно обумовлює перехід від формально-математичного до змістова-ного аналізу інформаційних моделей,які описують слабоструктуровані нафтогазовидобувні об’єкти [4]. Відомо, що якщо математична модель майже повністю описує усі особливості реального нафтогазовидобувного об’єкта, то вона як правило є досить великою, громіздкою і вимагає значних труднощів і зусиль при моделюванні. Проте друга крайність — дуже спрощена і узагальнена модель — не менше небезпечна,так як вона не буде адекватно описувати нафтогазовидобувний об’єкт.
В будь-якій моделі (фізичній, математичній, логічній, семантичній і т.і.) використовується інформація про об’єкт, що моделюється, а ціллю реалізації моделі є формування нової інформації відносно яких-небудь властивостей, поведінки, розвитку об’єкта, що моделюється при деяких заданих умовах. В цьому розумінні будь-яка модель є інформаційною, однак далеко не будь-яка модель за призначенням і, перш за все за можливостями дозволяє описати інформаційне середовище, промоделювати інформаційні потоки,що описують нафтогазовидобувні об’єкти.
Під інформаційним моделюванням будемо вважати функціонування всіх елементів інформаційного середовища — усіх факторів, що забезпечують появу
РИ, 2000, № 1
149
