CC BY
142
УДК 621.311.22
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-69-75
ОБЗОР СТАНЦИЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
В.М. Панарин, А.А. Маслова, К.В. Гришаков, О.В. Гришакова, Д.А. Логунов
Рассмотрены действующие системы экологического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в России, измеряемые ими вещества, их расположение, а также рассмотрены основные правила установки постов мониторинга. Приведено описание структуры автоматизированной системы экологического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, разработанной на кафедре охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета, оборудование для поста мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
Ключевые слова: экологический мониторинг, прогнозирование, загрязнение атмосферы, промышленно развитая территория, пост экологического мониторинга.
Загрязнение воздуха приводит к развитию сердечно-сосудистых, и онкологических заболеваний. Вредные вещества накапливается в организме с другими факторами, в частности с последствиями курения, что со временем приводит к хроническим заболеваниям. Сейчас загрязнение воздуха убивает больше человек, даже чем СПИД и туберкулёз вместе взятые. Больше всего от грязного воздуха страдает население стран со средним и низким уровнем дохода [1].
По данным Всемирной Организации Здравоохранения, 92% населения планеты живут в зонах неудовлетворительного состояния воздуха, и это загрязнение способствует 1 из 8 смертей [2].
В России в августе 2021 года разработан Федеральный проект «Чистый воздух», призванный улучшить экологическую обстановку страны. Данный проект призывает снижать количество выбросов вредных веществ, оказывающих наиболее негативное влияние на воздух и здоровье людей. Наибольшее внимание получают следующие города России: Братск, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец и Чита. В проекте предлагается создание для предприятий благоприятных условий для модернизации процессов с применением современных технологий для соблюдения нормативных требований.
Системы экологического мониторинга предназначены для непрерывного автоматизированного контроля загрязнения воздуха в больших городах. Составной частью таких систем являются посты экологического мониторинга, которые осуществляют сбор информации и передачу ее на сервер. Наиболее часто производиться мониторинг следующих параметров: оксид азота (NO), диоксид азота (NO2), аммиак (NH3), диоксиды серы (SO2), оксиды углерода (CO), сероводород (H2S), озон (O3), формальдегид (CH20), аэрозольные частицы (PM10 и PM2,5).
В основном посты экологического мониторинга используются в районах с неблагоприятным климатом. Экологические посты можно разделить на передвижные и стационарные.
Данные станции устанавливают по следующим правилам:
стационарные пункты наблюдений за атмосферным воздухом размещаются в местах, выбранных на основе предварительного исследования атмосферного воздуха;
пункт наблюдений за атмосферным воздухом размещается на открытой площадке с ровным покрытием: асфальте, твердом грунте;
посты наблюдений, создаваемые в зоне влияния загрязняющих объектов, размещаются на выделенном участке в области наибольшей количества населения;
приоритет при выборе мест размещения постов мониторинга имеют плотность проживания населения, густонаселенные районы.
Для контроля за выполнением проекта «Чистый воздух», оперативного принятия важных решений и снижения экологических проблем осуществляется внедрение станций экологического мониторинга для получения информации о качестве атмосферного воздуха.
В настоящие время для контроля загрязнений существует огромное разнообразие постов экологического мониторинга. Ниже описаны распространенные и передовые системы постов.
Платформа «МегаФон Экология». Среди задач внедрения платформы экологического мониторинга от компании «МегаФон» - автоматизация процессов получения сведений о состоянии окружающей среды (атмосферного воздуха) и об изменениях субъектов деятельности человека. Цель - обеспечение чистоты атмосферного воздуха на выбранной территории.
Платформа наблюдает за экологической обстановкой в режиме реального времени, анализирует полученные данные и передает их в службы организации. Данные предоставляются в виде отчетов, для того чтобы можно было оценить динамику процессов, предугадать их изменения. Платформа «МегаФон Экология» позволяет собирать данные из разных источников: автоматизированных и неавтоматизированных постов мониторинга, принадлежащих собственникам. Можно вводить вручную данные точечных исследований. При выявлении случаев превышения установленных норм платформа уведомляет об этом.
Платформа «МегаФон Экология» задействована в таких городах как Великий Новгород, Дзержинск, Калининград, Калуга, Нижний Новгород, Ноябрьск, Саратов, Глазов, а также в Республиках Коми, Удмуртии.
Данная платформа измеряет: оксид азота, диоксид азота, аммиак, диоксиды серы, оксиды углерода, сероводород, озон, формальдегиды, аэрозольные частицы (РМ10 и РМ2,5) [3].
Платформу «МегаФон Экология» внедряют в вышки сотовой связи (рис.1).
Рис. 1. Карта постов «Мегафон Экология»
Контроль воздуха «Газпром добыча Астрахань». Добыча сероводородсодержащего природного газа ООО «Газпром добыча Астрахань» сопряжена с выбросами загрязняющих веществ (пластовый газ, в состав которого входит до 25 % сероводорода).
В целях контроля атмосферного воздуха проектными решениями предусмотрены посты на Астраханском газовом комплексе (АГК). Они проводят следующие мероприятия: все технологические процессы по добыче сырья были модернизированы до производства в закрытых системах, сокращают объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Проектные решения предусмотрены для расширения и реконструкции объектов промысла с целью увеличения мощностей по добыче газа, экологической безопасности производства с сохранением допустимого уровня воздействия на окружающую среду.
На предприятии действует одна из первых в России комплексная автоматизированная система контроля загрязнения воздуха.
НПО «Тайфун» — один из ведущих российских государственных научно-исследовательских и производственных центров в области метеорологии атмосферы. Центр расположен в городе Обнинск Калужской области. Одно из учреждений Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета).
Научное объединение создало станцию контроля загрязнения атмосферного воздуха МР-28. Станция контроля атмосферного воздуха автоматическая МР-28 является многоканальным средством измерения, предназначенным для непрерывного контроля загрязнения слоя атмосферного воздуха. Станция представляет собой блочно-модульную конструкцию: павильон с системой жизнеобеспечения, устройства отбора проб на газовые примеси, сертифицированные средства измерения параметров загрязнения с отправкой информации, вспомогательное оборудование (рис.2) [4].
Станция МР-28 может быть использована в составе наблюдательной сети Росгидромета, на крупных промышленных предприятиях и других объектах, передавая накопленную информацию в аппаратно-программный комплекс обработки данных (АПК).
Рис. 2. Станция экологического мониторинга МР-28
Станция выполняет такие функции как: непрерывное измерение концентраций загрязняющих веществ (СО, NO, NO2, SO2, О3) в атмосферном воздухе, обеспечивает при этом подогрев анализируемого воздуха в газовой магистрали, непрерывное измерение концентрации взвешенных веществ с диаметром частиц (РМ2,5) и (РМ10), непрерывное автоматическое измерение основных метеорологических величин, выявление превышения ПДК (предельно допустимая концентрация), непрерывное измерение мощности амбиентного эквивалента гамма-излучения, передача результатов обработки по запросу АПК по различным каналам связи.
Мобильная экологическая лаборатория для анализа атмосферного воздуха (МЭЛ-А). МЭЛ-А задействуется для обеспечения экспедиционных обследований загрязнения атмосферного воздуха (рис.3).
Рис. 3. Мобильная экологическая лаборатория для анализа атмосферного воздуха (МЭЛ-А)
Основные функции: автоматическое измерение массовых концентраций примесей загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (оксид азота, диоксид азота, аммиак, оксид углерода, диоксид серы); обработка и хранение информации; передача информации по телефонным линиям.
Посты экологического мониторинга СкуА1г. Цели мониторинга: обеспечение администрации региона, руководителей промышленных предприятий и образовательных организаций информацией, необходимой для принятия управленческих решений, сбор, хранение и анализ данных о качестве воздуха в населённых пунктах области для решения задач городского планирования, маркетинга территории, развития туризма, оперативное информирование жителей, формирование сознательного отношения граждан к охране окружающей среды.
Данные станции уже установлены в таких городах России как Братск, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец и Чита (рис.4).
Данный пост измеряет: Взвешенные вещества (РМ2.5 и РМ10), газы (СО, N02, 03, S02, H2S) (рис.5).
шгщ
ж я
ЩГ
L; Ш
ш
■F* шР
¥ ™f * Р
___„i
MlI
■ж Щг
m КЫ г - : щ
J
Vo CiiT-ш.
щ •
м
м/ ■р в
J Л 1 ' Я Ли jf ЩЛ
Л
"Ш II
Г Hr J V. I Щ
Рис. 4. Карта место положения постов CityAir
С помощью постов экологического мониторинга решают следующие задачи: расширение территории, покрытой сетью мониторинга, определение тенденций и масштабов загрязнения воздуха в режиме реального времени, повышение эффективности выездных проверок с использованием мобильной лаборатории, определение наиболее вероятного расположения источников примесей при эпизодах загрязнения атмосферы, валидация прогнозов качества воздуха [5].
Сотрудниками Тульского государственного университета совместно с группой компаний «Сервис Софт» разработана автоматизированная система экологического мониторинга, которая предназначены для сбора данных о погодных условиях и загрязнении атмосферы. Кроме того, предусмотрена возможность прогнозирования погодных условий с учетом координат размещения поста мониторинга, времени года, концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и радиационного фона, температуры и влажности воздуха, количества осадков, текущих показателей давления в атмосфере и его изменении, скорости и направления ветра, состоянии почвы и др. Информация передается по беспроводному каналу GSM/GPRS на сервер [6-7].
В системе выделяют экологическую информацию (концентрация загрязняющих веществ); метеорологическая информация (скорость и направление ветра, давление, температура воздуха, влажность); сведения об опасном производственном объекте; комплекс датчиков для измерений; метеостанцию и т.д.[8-9].
На рис.6 представлена структура автоматизированной системы экологического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха. На рис.7 показано оборудование для поста мониторинга загрязнения атмосферного воздуха [10].
ты 15?
ÎAPM * ЦДС * БД
Локальная сеть предприятия
Стаиионарный ПОСТ
Рис. 6. Структура автоматизированной системы экологического мониторинга
загрязнения атмосферного воздуха
КОМПЛЕКС ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА
Рис. 7. Оборудование для стационарного поста мониторинга загрязнения
атмосферного воздуха
Сбор экологической информации на сервере выполняется при помощи постов экологического мониторинга, которые соединены с сервером по определенным каналам связи. Разработано дополнительное программно-аппаратное обеспечение, которое устанавливается на персональных компьютерах и позволяет диспетчерам наблюдать и контролировать актуальную экологическую информацию.
Исследования проводились и финансировались в рамках гранта правительства Тульской области в сфере науки и техники 2022 года «Совершенствование автоматизированной системы экологического мониторинга на основе разработки модуля прогноза загрязнения окружающей среды и модуля поддержки принятия управляющих решений по обеспечению экологической безопасности промышленно развитых регионов».
Список литературы
1. Sofia D., Giuliano A., Gioiella F. Air quality monitoring network for tracking pollutants. The case study of Salerno city center // Chemical Engineering Transactions. 2018. № 68, Р. 67-72. doi: 10.3303/CET1868012
2. Ложкин В.Н., Ложкина О.В. Повышение качества информационного обеспечения мониторинга загрязнения воздуха от транспортных средств (на примере Санкт-Петербурга)// Вода и экология. 2021. № 2(86). С. 65-74. doi: 10.23968/2305-3488.2021.26.2.65-74
3. Устинов В.В., Потапов В.П., Счастливцев Е.Л., Царев Д.С., Харлампенков И.Е., Крисанова А.М. Информационно-вычислительная система экологической безопасности ООО "Сибэнергоуголь": подходы, методы, модели.// Уголь. 2018. № 3(1104). С. 84-90. doi: 10.18796/0041-5790-2018-3-84-90.
4. Гегер Э.В., Золотникова Г.П., Капцов В.А. Методы оценки санитарно-экологического состояния территорий // Гигиена и санитария. 2019. № 98(12). С.1338-1341. doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-12-1338-1341.
5. Колобанов К.А., Филатова М.Ю., Бубнова М.Б., Ромашкина Е.А. Улучшение оценки загрязнения экосферы горнодобывающими отходами с использованием математических инструментов// Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 4. С. 85-99. doi: 10.25018/0236_1493_2021_4_0_85.
6. Панарин В.М., Рыбка Н.А., Маслова А.А., Сергеечев В.В., Загуменнов И.Ю. Оснащение стационарных источников вредных (загрязняющих) веществ автоматическими средствами контроля промышленных выбросов объектов 1-ой категории // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2019, № 4 (30). С. 13-20. doi: 10.21685/2307-5538-2019-4-2.
7. Маслова А.А., Панарин В.М., Гришаков К.В., Рыбка Н.А., Котова Е.А., Селезнева Д.А. Применение искусственных нейронных сетей для прогнозирования уровней загрязнения воздуха и водных объектов // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 8. С. 36-41. doi: 10.18412/1816-0395-2019-8-36-41.
8. Панарин В.М., Рыбка Н.А., Маслова А.А., Савинкова С.А. Определение составляющих информационного потока в системе мониторинга загрязнения атмосферного воздуха промышленного региона // Экологические системы и приборы. 2021. № 6. С. 9-14. doi: 10.25791/esip.06.2021.1231.
9. Панарин М.В., Маслова А.А., Савинкова С.А., Панарин В.М. Автоматизированная система контроля выбросов загрязняющих веществ на источниках промышленных предприятий // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 6. С. 44-48. doi: 10.18412/1816-03952021-6-44-4.
10. Панарин В.М., Шейнкман Л.Э., Маслова А.А., Царьков Г.Ю., Гришаков К.В., Рыбка Н.А. Информационно-измерительная система прогнозирования и предупреждения аварийных выбросов газа в атмосферу // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 5. С. 913. doi: 10.18412/1816-0395-2020-5-9-13.
Панарин Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, panarin-tsu@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маслова Анна Александровна, д-р техн. наук, профессор, anna_zuykova@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гришаков Кирилл Владимирович, канд. техн. наук, директор Центра экологического мониторинга, grishakoff.kirill@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гришакова Ольга Владимировна, аспирант, olya.grischakova@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Логунов Дмитрий Андреевич, студент, dmitriy.logunov01@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
OVERVIEW OF AUTOMATIC AIR POLLUTION MONITORING STATIONS
V.M. Panarin, A.A. Maslova, K.V. Grishakov, O.V. Grishakova, D.A. Logunov
74
The current systems of environmental monitoring of atmospheric air pollution in Russia, the substances they measure, their location, and the basic rules _ for installing monitoring posts are considered. The description of the structure of the automated system _ for environmental monitoring of atmospheric air pollution, developed at the Department of Labor and Environmental Protection of the Tula State University, equipment for the monitoring post of atmospheric air pollution is given.
Key words: environmental monitoring, forecasting, atmospheric pollution, industrialized area, environmental monitoring post.
Panarin Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, panarin-tsu@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Maslova Anna Aleksandrovna, doctor of technical sciences, professor, an-na_zuykova@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Grishakov Kirill Vladimirovich, candidate of technical sciences, director of the center for environmental monitoring, grishakoff.kirill@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Grishakova Olga Vladimirovna, postgraduate, department of occupational safety and environment, olya.grischakova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Logunov Dmitry Andreevich, student, dmitriy.logunov01@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.624
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-75-83
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОТИВОРАДИОЛОКАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ РАКЕТНО-АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ВООРУЖЕНИЯ
Х. Рекрук, А.В. Полянсков
Рассмотрена методика обоснования использования противорадиолокационных материалов для образцов ракетно-артиллерийского вооружения (РАВ). В основу методики положена разработанная нами математическая модель процесса дифракции электромагнитной волны на образце РАВ с радиопоглощающим покрытием на основе смеси из перхлорвиниловой эмали, резиновой крошки и графитной дисперсии.
Ключевые слова: методика, эффективная площадь рассеивания, трёхмерная модель, метод интегральных уравнений, метод моментов, генерирование сетки, электродинамический расчёт.
Техническая задача расчёта эффективной площади рассеивания (ЭПР) [1] образцов ракетно-артиллерийского вооружения (РАВ) является достаточно трудоёмкой и, как правило, решается путём проведения натурных лётно-экспериментальных исследований [2]. Решение такой задачи на практике сопряжено с большими экономическими затратами. Вследствие этого, нами рассмотрен и реализован альтернативный способ расчёта ЭПР образцов РАВ.
На первом этапе в среде трёхмерного твердотельного моделирования SolidWorks нами разработана трёхмерная модель самоходной гаубицы 2С19М1 [3], изображённая на рис. 1.
Далее построенная трёхмерная модель (рис.1) импортирована в программную среду CST MICROWAVE STUDIO (рис. 2). В программной среде выполнены предварительные настройки и выбрана область решения электродинамической задачи (рис.3). После этого выбирается тип исследуемой ЭПР образца (рис. 4).
В дальнейшем, выполнено задание свойств материала самоходной гаубицы 2С19М1. Для выполнения реального моделирования в Microwave Studio имеется возможность учитывать различные свойства материалов. Двумя базовыми материалами являются вакуум (Vacuum) и идеально проводящий материал (Perfect Electrically Conducting, PEC). Другие более сложные материалы могут быть заданы в диалоге параметров материала (Material Parameters).
