CC BY
35
Balinskaya Maria Vladimirovna, postgraduate, mbalinskaya91@,gmail. com, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Chukarin Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mbalinskaya91@,gmail. com, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Communications
УДК 004
ЛИДАРНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА
М.С. Ивлиева
Рассмотрены вопросы, касающиеся дистанционного зондирования воздушного бассейна в автоматическом режиме при помощи лидара. Приведены основные формулы, определяющие основные параметры преобразования лазерного излучения и поглощения примесей атмосферы. Показаны разные варианты лидарных систем, в зависимости от решаемых экологических задач.
Ключевые слова: примеси, загрязнение, трансформация, лидар, закон Бугера-Ламберта-Бэра, дифференциальное поглощение, экологический мониторинг.
Основные примеси атмосферы, к числу которых относятся водяной пар, озон, окислы азота и серы, углекислый и угарный газ, и целый ряд других, являются оптически активными компонентами атмосферы. Они оказывают влияние на протекание таких процессов, как погодообрзование, загрязнение воздушного бассейна, трансформация солнечного излучения, распространение оптических волн. Вследствие этого возникает проблема разработки соответствующих приборов и методов анализа газового состава атмосферы, при этом преимущество принадлежит дистанционными методами, которые в отличие от стандартных контактных методов газоанализа, обеспечивают возможность получения данных с оперативностью выполнения измерений в значительных пространственных масштабах с высоким пространственным разрешением [1].
Такими требованиями больше всего удовлетворяют система дистанционного зондирования воздушного бассейна города в автоматическом режиме - лидар. Она основана на использовании на спектроскопических эффектах взаимодействия лазерного излучения с атмосферой, как резонансное поглощение, комбинационное рассеяние и флуоресценция.
Явления, возникающие при взаимодействии лазерного излучения с мишенью, представляют следующее: при распространении лазерного излучения через такую мишень его интенсивность уменьшается за счёт поглощения (или абсорбции) излучения веществом мишени при преобразовании энергии световой волны в другие виды энергии по закону Бугера-Ламберта-Бэра:
1=1оехр(-кх),
где х - толщина поглощающего слоя, к-коэффициент поглощения, зависящий от длины волны лазерного излучения, химической природы и состояния вещества.
Для обнаружения концентраций загрязняющих веществ порядка 1015 см-3 и ниже в атмосфере будет наиболее предпочтительным использование систем дифференциального поглощения. Это объяснятся тем, что сечение поглощения значительно превышает эффективное сечение флуоресценции и комбинационного рассеяния света. В связи с этим на основе ослабления лазерного излучения с соответствующим подбором длины волны можно создать чувствительный метод измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосфере.
Системный анализ, управление и обработка информации
Основные параметры, определяющие сигнал дифференциального поглощения, описываются ДП-коэффициентом:
X=OoNaAR,
где X - ДП-коэффициент; О0 - сечение резонансного поглощения; № - концентрация атомов; AR - толщина поглощающего слоя.
Автоматизированная система состоит из базового стационарного поста - БП, мобильного лидарного комплекса и каналов передачи измерительной информации. Управление лидаром и обработка сигнала с фотоприемника осуществляется специализированным электронным устройством, работающим на линии с ПК.
В зависимости от решаемых задач экологического мониторинга существует несколько вариантов лидарных систем. Например, на промышленном объекте лазерная система может быть представлена одним или несколькими типами лидаров, реализующих методы дифференциального поглощения и рассеяния и комбинационного рассеяния света, что определяется типом загрязняющих веществ и особенностями наблюдаемого района [21.
Лидар кругового обзора (ЛКО) представляет собой импульсный лазерный локатор атмосферного аэрозоля, использующий твердотельный лазер на иттрий-алюминиемый гранат, излучающих световые импульсы на длине волны 532 нм. Рассеянный на аэрозоле сигнал подается на фотоприемник, а затем на аппаратуру обработки лидарного сигнала. Вычислительный управляющих комплекс вырабатывает управляющие сигнал для аппаратуры ЛКО, получает информацию с АОЛС, обрабатывает её, затем передает по системе связи в ГУ по делам ГОЧС. Результаты работы ЛКО отображаются на мониторе ПК в виде эпюр относительного распределения аэрозоля по трассе зондирования или поля аэрозольного загрязнения совмещенного с картой города иди дорожно-транспортной сетью.
Телевизионная система кругового обзора, предназначенная для визуального контроля состояния атмосферы над городом, включает в себя: оптико-механический блок, содержащий 10 цветных телевизионных камер, который позволяет наблюдать круговую панораму контролируемого пространства на экране мониторинга ПК в виде мозаичного изображения ТВ-кадров одновременно со всех десяти телекамер, а также в виде последовательно сменяющихся ТВ-кадров на экране цветного монитора.
Тепловизионная система состоит из тепловизионной камеры, сканирующего устройства, блока управления сканирующим устройством, ВК анализа и отображения ИК-информации, оснащенного специальным программным обеспечением.
Система связи представляет собой радиорелейную линию, предназначенную для оперативного обмена аналоговой видео и звуковой информацией и цифровой передачей данных между стационарным постом и центром управления кризисных ситуаций.
Мобильный лидарный комплекс, входящий в состав автоматизированной системы мониторинга, предназначен для определения содержания газовых компонент, измерения вертикального профиля скорости ветра и параметров атмосферного аэрозоля в режиме реального времени. Разработанная система позволяет проводить дистанционный мониторинг в районе чрезвычайных ситуаций [31.
Таким образом, развитие автоматизации экологического мониторинга повышает качество, скорость, объем обработки информации, возможность высококачественного отображения. Разработка программных средств является самостоятельной и непростой задачей, но очень перспективной и значимой [4].
Список литературы
1. Бочковский Д. А. Лидарное зондирование малых газовых составляющих атмосферы методом дифференциального поглощения: результаты моделирования и экспериментов // Известия ТПУ. Математика и механика. Физика. Томск, 2014. Т. 325. №2. С. 127 - 136.
2. Привалов В.Е., Фотиади А.Э., Шеманин В.Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. СПб., Москва, Краснодар, 2013.
3. Андрущак Е.А., Грязных И.В. Автоматизированная система дистанционного мониторинга «АСДМ-Лидар» и опыт её применения для мониторинга кризисных ситуаций в Москве. М., 2002.
4. Бойченко И.В., Катаев М.Ю. Программная система обработки данных ли-дарного зондирования стратосферы. Томск, 2007.
Ивлиева Маргарита Сергеевна, магистр, jody kaamail.rii, Россия, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LIDAR ATMOSPHERIC AIR QUALITY CONTROL M.S. Ivlieva
Issues related to remote sensing of the air basin in automatic mode using a lidar are considered. Basic formulas are given that determine the main parameters of conversion of laser radiation and absorption of atmospheric impurities. Different variants of lidar systems are shown, depending on the environmental problems to be solved.
Key words: impurities, pollution, transformation, lidar, Bouguer-Lambert-Beer law, differential absorption, environmental monitoring.
Ivlieva Margarita Sergeevna, master, jody kaamail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 537.311 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-3-342-347
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
М.Н. Орешина, Е.Ю. Савенко
Приведен анализ исследований по воздействию электромагнитного излучения на организм человека. Выявлено, что электромагнитные поля, создаваемые различными источниками, вызывают негативное воздействие на сердечно-сосудистую, нервную, иммунную и эндокринную системы. Разработана модель на основе расчета оптимальных значений суммарной функции воздействия электромагнитного излучения при заданных граничных условиях, определяемой как результирующей показатель суммы вклада каждого фактора электромагнитного излучения в зависимости от вида его источника.
Ключевые слова: электромагнитное излучение, интенсивность электрического поля, электромагнитная индукция, источники электромагнитного поля, информационные технологии.
Организм человека - сложная биологическая система, характеризующаяся огромным количеством процессов для обеспечения жизнедеятельности, которые сложно описать обычными линейными методами моделирования. Анализ предметной области по медико-биологическим исследованиям показал, что даже непродолжительное электромагнитное воздействие малой интенсивности приводит к отклонениям
342
