CC BY
74
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
References
1. Kut’eva E.V Otsenka vozmozhnostey razvitiya i potentsiala vnutrigorodskikh zelenykh territory na osnove sravnitel’nykh pokazateley rezul ’tativnosti [Assessment of development opportunities and potential intra-green areas on the basis of comparative performance indicators]. Moscow: MSUF, 2013, pp. 60-63.
2. Erokhina V.I., Zherebtsova G.P., Vol’ftrub T.I. Ozelenenie naselennykh mest: [Gardening of places: Directory ]. Moscow: Stroyizdat, 1987. p. 6-9.
3. Rysin L.P., Rysin S.L. Urbolesovedenie [Urbolesovedenie] Moscow.: Tovarishchestvo nauchnykh izdaniy KMK, 2012, pp. 233.
4. Skvortsov A.K. Predystoriya [Background ] Priroda Publ., 2005. № 12. pp. 4-6.
5. Demidov A.S., Shatko V.G. Glavnyy sadRossii [The main garden Russia ] Priroda Publ. 2005. № 12. pp.7-24.
6. Standart otrasli OST 56-100-95 Metody i edinitsy izmereniya rekreatsionnykh nagruzok na lesnye prirodnye kompleksy [Methods and units recreational pressure on the natural complex] utv. prikazom Rosleskhoza ot 20 iyulya 1995 g. № 114.
7. Ofitsial’nyy sayt OAO Moskovskaya kol ’tsevaya zheleznaya doroga [Moscow Ring Railway] http://mkzd.ru/project/proekty-tpu/ severo-vostochnyy-administrativnyy-okrug.php.
8. Teodoronskiy V.S., Zherebtsova G.P. Ozelenenie naselennykh mest. Gradostroitel’nye osnovy [Greening populated areas. Town planning framework.] Moscow: Akademiya Publ, 2010. 256 p.
9. Ofitsial’nyy sayt upravy Marfino [Official site of the council Marfino ] [elektronnyy resurs] :http://mosopen.ru/region/marfino
10. Frolova V.A., Kut’eva E.V. Osobennosti formirovaniya kommercheskikh tsentrov prityazheniya posetiteley v botanicheskikh sadakh [Features of formation of the commercial centers of attraction of visitors to the botanical gardens]. Materialy VI nauchno-prakticheskoy konferentsii «Landshaftnaya arkhitektura v botanicheskikh sadakh i dendroparkakh». Nikitskiy botanicheskiy sad» [Proc. 6th Int. Symp. «Landscape Architecture in the botanical gardens and arboretum.» Nikita Botanical Garden ] Yalta, Respublika Krym, 2014, pp. 94.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ОТ ПРИРОДНЫХ ПОЖАРОВ
В.Ф. ДАВЫДОВ, проф. каф. БЖДМГУЛ, канд. техн. наук,
Ю.П. БАТЫРЕВ, доц. каф. ИИС и ТПМГУЛ, канд. техн. наук
batyrev@mgul.ac.ru
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ
Существующие способы оценки состояния атмосферного воздуха с точки зрения определения объема выбросов от природных пожаров имеют ряд ограничений - невозможность непосредственного использования для площадных источников, к которым относится природный пожар, большая величина методической ошибки, равная сумме относительных ошибок каждого параметра исходной формулы, локальность получаемых результатов измерений, привязанная только к трассе узкого луча зондирования, однокомпонентная оценка загрязнения атмосферы углекислым газом, в то время как выбросы природного пожара содержат множество вредных веществ, в основном высокодисперсные аэрозоли.В статье рассматривается способ определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров дистанционным методом с использованием цифровой видеосъемки и гиперспектрометра, установленных на борту космического аппарата. Обработка полученных изображений состоит в выделении методами пространственного дифференцирования функции яркости I(x,y) градиентного контура пожара на видеоизображении и расчет концентрации q£ (мг/м3) вредных выбросов от пожара по измеренному гиперспектрометром эталонному затуханию светового луча, построение гистограммы яркости пикселей внутри контура и их калибровку в значениях измеренной концентрации для пикселей центрального участка кадра видеоизображения.
Ключевые слова: природные пожары, дистанционный мониторинг, объем выбросов, загрязнение атмосферы, функция яркости.
Промышленный прогресс неизбежно связан с увеличением выбросов в атмосферу, так называемых «парниковых газов», вызывающих положительный тренд средней температуры Земли. Последнее обуславливает значительный рост природных пожаров в глобальном масштабе. Последствия природных пожаров (лесных, торфяных) привели к образованию смогов в европейской части России в 2010 г. продолжительностью до 2 месяцев, повысивших уровень ежедневной смертности в Москве в несколько раз.
Контроль загрязнения атмосферы является составной частью обязанностей государств, подписавших Киотский протокол по экологическому мониторингу природных сред.
Оценка состояния атмосферы проводится путем расчета индекса состояния. Обычно индекс состояния q^ рассчитывают для пяти составляющих, определяющих основной вклад в загрязнение атмосферы [1]
;=1
ся.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
127
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
где т . - средняя за год концентрация /-го вещества в атмосфере, мг/м3;
СН. - предельно допустимая санитарная норма /-го вещества в атмосферном воздухе, согласно [2]; j - показатель степени изоэффективности вредного вещества, равный 0,85; 1; 1,3; 1,5 для веществ, соответственно, IV, III, II и I классов опасности.
Существует способ решения обратных задач по определению мощности выброса источника М (мг/с) по заданному уровню максимальной приземной концентрации Ск (г/м3) при прочих фиксированных параметрах выброса [3]
м =
скн2
A-F-т-п-ц
где Н - высота источника выброса (для наземных источников Н = 2 м);
А - метеорологический коэффициент высотной стратификации атмосферы, при котором концентрация вредных веществ в атмосфере максимальна. Для Московской, Тульской, Рязанской, Костромской, Владимирской, Ивановской обл. A = 140;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере [для мелкодисперсных аэрозолей F = 1, для крупнодисперсных F ~ 3];
т, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья (для природных пожаров т,
n^1);
П - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для перепада высот до 50 м д^Г);
V1 = nD2/4 х ю0 - расход газовоздушной смеси, D (м) - диаметр устья, ю0 - средняя скорость выхода газов воздушной смеси;
АТ - разность между температурами газовоздушной смеси и окружающего воздуха.
Недостатками такого подхода являются: - невозможность непосредственного использования формулы для площадных источников, к которым относится природный пожар;
- большая величина методической ошибки, равная сумме относительных ошибок каждого параметра исходной формулы, что делает неприемлемым непосредственное использование такого подхода.
Существуют также другие способы определения концентрации выбросов в атмосферном воздухе, в том числе дистанционными методами [4-9]. Так в [4] путем лабораторных наземных измерений выбирают равное количество смежных спектральных полос поглощения кислорода О2 и углекислого газа СО2 в ближнем инфракрасном диапазоне, осуществляют с космического носителя спектрометрические измерения на выбранных спектральных полосах светового потока, отраженного от подстилающей поверхности и дважды прошедшего атмосферу, рассчитывают энергию регистрируемых сигналов в полосе кислорода
и
и углекислого газа
W(C02) = Z
Цо2)
М°г).
1,{со2) I2 Mco2)J ’
вычисляют суммарные потери на затухание в полосах О2 и СО2 как разницу между энергией эталонного, по Планку, солнечного спектра в тех же полосах W (О,) и W (СО) и энергией зарегистрированных сигналов
AW(°2)= ^^тад(О2) - W(°2);
АW(С02)= W^m^ - w^),
а концентрацию углекислого газа в атмосфере по трассе полета носителя в каждом кадре спектрометрических измерений рассчитывают из соотношения
СО2 (%) = О2 (%) А W(CC2)/ а W(C2), где О2(%) - концентрация кислорода в атмосфере, равная 21 %,
/.(O2), /.(CO2) - амплитуды регистрируемых сигналов каждого из газов,
V - средняя длина волны спектральной линии,
n - количество спектральных линий в каждой полосе.
Недостатками такого подхода можно считать:
- локальность получаемых результатов измерений, привязанная только к трассе узкого луча зондирования;
128
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 1. Исходное видеоизображение пожара с соосным положением щели спектрометра в кадре Fig. 1. Starting a fire with the video coaxial position of the spectrometer slit in the frame
Тя, °Kf
550 500 450
400 350 300 250 200
100 200 300 400 500 R
AVM
Рис. 2. Характерный профиль радиояркостных температур над пожаром Fig. 2. The typical profile of brightness temperature over a fire
- однокомпонентность оценки загрязнения атмосферы углекислым газом, в то время как выбросы природного пожара содержат множество вредных веществ, в том числе, в основном, высокодисперсные аэрозоли.
Способ, предлагаемый авторами, состоит в выделении контура пожара на генерализованном изображении подстилающей поверхности с калибровкой пикселей яркости внутри контура пожара по эталонным спектрометрическим измерениям в значениях суммарного загрязнения атмосферы q^ (мг/м3) и
расчет объема выбросов V (т) как произведения площади S контура пожара, на среднестатистическое значение m2 (мг/м3) суммарного загрязнения и метеорологический коэффициент стратификации атмосферы А = 140 и высоту Н (м) источника выбросов.
Таким образом, предлагаемый способ определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров включает синхронную съемку подстилающей поверхности цифровой видеокамерой и гиперспектрометром, установленными на космическом носителе,
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
129
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
с положением входной щели спектрометра соосно центральному участку кадра видеоизображения. Дальнейшая обработка состоит в выделении методами пространственного дифференцирования функции яркости I(x,y) градиентного контура пожара на видеоизображении и расчет концентрации q^ вредных выбросов от пожара по измеренному гиперспектрометром эталонному затуханию светового луча, дважды прошедшего атмосферу в полосе поглощения кислорода 761-767 нм, концентрация которого в атмосфере считается известной, и его затуханию в видимом диапазоне, построение гистограммы яркости пикселей внутри контура и их калибровку в значениях измеренной концентрации для пикселей центрального участка кадра видеоизображения. Определение объема выбросов производится по формуле
V = m^SAH, т
где m^ - средняя концентрация суммарного загрязнения по всем прокалиброванным пикселям контура пожара, мг/м3, S - площадь контура пожара, м2,
А - метеорологический коэффициент высотной температурной стратификации атмосферы,
Н - высота источника выбросов, м.
Природные пожары возникают при антициклональных условиях, малооблачной или безоблачной погоде. Селектируемым признаком лесного (торфяного) пожара является шлейф дыма, который хорошо просматривается на изображении при безоблачной погоде и площадь которого в десятки раз превышает площадь возгорания. В отраженном солнечном излучении шлейф дыма представляется более светлой (белесой) полосой, начинающейся от фронта пожара (рис. 1). Кроме шлейфа дыма пожар характеризуется раскаленной поверхностью горящей древесины (пламя фронта) и остывающими углями (выгоревшая, тыловая часть).
В соответствии с законом смещения Вина, длина волны, соответствующая максимуму теплового излучения нагретого тела, определяется из соотношения Xmax (мкм) = = (с = 2898 (мкм))/Ттах(Х). Более 99 % энергии излучения пожара приходится на не-
видимую инфракрасную область спектра. Максимум теплового излучения пожара T е [1000°.. .1500°] приходится на интервал 2-3 мкм. Поэтому в диапазоне длин волн X < 2 мкм пожар не оказывает влияние на отраженное солнечное излучение. Дымы пожаров - это высокодисперсные аэрозоли с твердыми частицами. По изменению спектральной яркости определяют полосу размывания дыма по мере удаления от фронта источника. Изображение пожара содержит всю информацию о мощности источника: размер площади задымления, концентрации аэрозолей и других вредных продуктов горения.
Визуальное восприятие образа чело-веком-оператором происходит на уровне контурного рисунка. Контурный рисунок шлейфа дыма от пожара получают путем вычисления градиента скалярной функции яркости I(xy) видеоизображения в каждой точке изображения как [10]
grad I(x,y) =
ах ау
Производные по направлению функции яркости задают векторное поле градиентов. Для получения контурного рисунка выбирают регулярный оператор с апертурой окна |2*2| элемента
i,j ij+1
i+1,j i+1,j+1
Элементы окна связаны по диагоналям (двум взаимно ортогональным направлениям) операцией вычитания. Вычисляют оператор Робертса в каждой точке R(i, j) = |I(ij) - I(i+1, j+1)| - |I(i+1j) - I(ij+1)| и выводят на экран точки, для которых R(ij) > порог [11].
При больших значениях пороговой величины возможна потеря существенной информации, пропадание края контурного рисунка. При малых значениях порога появляется недопустимое число ложных линий, многоконтурность. Величину порога в каждом конкретном случае выбирают исходя из интервала значений функции яркости изображения. Выделенные контуры на изображении пожара (рис. 1) иллюстрируются рис. 3. Исходя из масштаба изображения, определяют разрешение одного пиксела. Число пикселей изображения пожара,
130
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 3. Выделенные контуры градиентов функции яркости видеоизображения Fig. 3. Path Selection gradients of brightness video
выделенного на фоне подстилающей поверхности, определяет площадь (S) распространения продуктов горения и мощность источника выбросов.
Яркость пикселей внутри выделенного контура зависит от мощности выбросов, размеров пожара и шлейфа, фронтальной или тыловой части пожара, отображаемых в кадре [12]. Следующей задачей является калибровка пикселей яркости в значениях концентрации вредных выбросов от пожара. В заявленном способе измерение концентрации вредных выбросов осуществляют по операциям ближайшего аналога на основе анализа поглощения светового луча, дважды прошедшего атмосферу в полосе поглощения кислорода (О2), концентрация которого в атмосфере равна 21 % , и его поглощения вредными выбросами в видимом диапазоне. Способ спектрометрических измерений поглощения светового потока, дважды прошедшего атмосферу, иллюстрируется рис. 4. Для исчисления абсолютной величины затухания сигналов по трассе распространения в спектральных полосах измерений необходим эталон для сравнения. В качестве эталона используют функцию солнечного спектра I(^) по Планку. Эталонная (по Планку) функция солнечного спектра, нормированная по интенсивности, иллюстрируется графиком рис. 5.
Энергию затухания светового потока за счет поглощения вредными выбросами по
Рис. 4. Метод измерений затухания светового потока, дважды прошедшего атмосферу Fig. 4. The method of measuring the attenuation of the light flux, twice the atmosphere of the past
Рис. 5. Эталонный, по Планку, солнечный спектр (1), нормированный относительно максимума, и спектрограмма (2) реального пожара (одна из реализаций) Fig. 5. benchmark by Planck, the solar spectrum (1), normalized relative to the maximum, and spectrogram (2) real fire (an implementation)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
131
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
0,7669 0,7663 0,7657 0,7651 0,7645 0,7639 0,7634 0,7628 0,7622 0,7616 мкм
Рис. 6. Полоса поглощения светового потока молекулами кислорода атмосферы Fig. 6. The absorption band of the luminous flux of atmospheric oxygen molecules
Рис. 7. Гистограмма пикселей яркости в контуре пожара и их калибровка в значениях концентрации вредных примесей, мг/м3
Fig. 7. Histogram of pixel brightness in the loop of fire and their calibration values of the concentration of harmful impurities, mg/m3
трассе распространения, дважды прошедшего атмосферу, рассчитывают из соотношений ДЖ(02) = W_ - W(02);
Д Щпож) = Жэтал - Щпож), где W(i) - энергия сигналов в спектральных полосах измерений,
W - энергия эталонного (по Планку) солнечного спектра в тех же спектральных полосах.
Энергия одного кванта (по квантовой теории Планка) w = hv, где h - постоянная Планка, v - частота. Поскольку длина волны X = с/v (с - скорость света ), то энергия кванта
w = hc/X. Полную эталонную энергию светового потока вычисляют по соотношению Рэлея [13]
ДХ,)Т
*1 J ’
где /(X.) - амплитуда эталонного сигнала на спектральной линии X.; n - количество спектральных линий в полосе затухания, на которых проводят измерения.
Устойчивость результата измерений, независимого от систематических ошибок, высоты Солнца, азимута зондирования, до-
^этал= £
i
132
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 8. Функциональная схема устройства Fig. 8. Functional diagram of the device
стигается также использованием метода отношений измеряемых величин
qz (%) = O2 (%) А Щпож)/Д W(O2).
С учетом изложенного, приоритетное значение приобретает правильный выбор спектральных полос поглощения для кислорода (О2) и вредных выбросов пожаров.
В качестве канала сравнения выбрана полоса поглощения атмосферного кислорода ~ 764 нм, наиболее близкая к полосе видимого диапазона. Полоса поглощения (пропускания) кислорода иллюстрируется графиком рис. 6.
По расчетной суммарной концентрации вредных выбросов, для пикселей центрального участка кадра видеоизображения, осуществляют их калибровку для всего выделенного контура. Г истограмма яркости пикселей и расчетные значения суммарного загрязнения пикселей центрального участка иллюстрируются графиком рис. 7. Конкретные расчеты величин представлены в примере реализации.
Предложенный способ может быть реализован по схеме, показанной на рис. 8. Функциональная схема устройства содержит космический аппарат (КА) наблюдения 1, типа «Ресурс». На космическом аппарате установлена цифровая видеокамера 2, для получения изображения подстилающей поверхности 3 видимого диапазона (типа «DCS 760») и соосный гиперспектрометр 4 (типа «Астрогон») с положением входной щели, соответствующей центральному участку изображения видеокамеры. Трассовую покадровую съемку запланированных регионов 3 осуществляют по командам от бортового комплекса управления (БКУ) 5 из Центра управления полетом (ЦУП) 6 по радиолинии командного управления 7. Результаты измерений записывают в буферное запоминающее устройство 8 и по командам БКУ, в зонах радиовидимости КА с наземных пунктов, сбрасывают по мобильному каналу связи 9 на пункты приема информации (ППИ) 10. После предварительной обработки
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
133
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Таблица
Расчетные величины параметров The calculated values of the parameters
Тракт измерений Полоса измерений, нм Энергия эталонного сигнала, отн. ед. Энергия регистрируемого сигнала AW, затухание сигнала Концентрация, %
О2 Ближ. ИК диапазон 7 0,14 0,08 0,06 21 %
Выбросы от пожаров Видимый диапазон 300 0,454 0,4494 0,0046 1,6 %
кадров по служебным признакам (номер витка, время съемки, координаты участка) на средствах 11, информацию передают в Центр тематической обработки 12, где через устройство ввода 13 она вводится в ПЭВМ 14 в стандартном наборе элементов: процессор 15, винчестер 16, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 17, дисплей 18, принтер 19, клавиатура 20. Результаты измерений концентрации вредных примесей по трассе полета КА выводятся на сервер 21 сети Интернет.
Гиперспектрометр «Астрогон-1» имеет три параллельных спектральных канала, в видимом 0,3-0,4; 0,4-0,65 мкм и ближнем инфракрасном диапазоне 0,65-0,9 мкм со спектральным разрешением 1-50 нм, разрядностью квантования 12 бит и углом поля зрения 0,11 [14].
Минимальная яркость пикселей внутри контура изображения составила: Imin= 19, максимальная Imax= 242, средняя I = 116. При исходных данных трактов зондирования и полос поглощения кислорода (рис. 6), эталонной по Планку функции солнечного спектра (рис. 5(1)) и измеренным гиперспектрометром амплитудам (рис. 5(2)) расчетные величины параметров приняли значения, представленные таблице.
По измеренному процентному содержанию вредных примесей пожара в атмосфере воздуха рассчитывают их максимальную концентрацию для пикселей центрального участка кадра изображения, в которых измерялось эталонное затухание светового потока в кислороде атмосферы.
Известно, что один моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Молярные веса окислов продуктов горения: СО2 = 44 г, NO2 = 46 г, SО2 = 64 г.
В первом приближении (с учетом высокодисперсных аэрозолей) средний моляр-
ный вес продуктов горения принят равным ~ 50 г/моль. Концентрацию вредных примесей исчисляют из соотношения
mmax (мг/м3) = (1000л = 1 м3) х х молярный вес/22,4 м х (%); m = 1000/22,4 х 50 г/моль х 1,6 % = 3,5 г/м3.
Минимальная концентрация вредных примесей по размытым краям шлейфа дыма m . = 0,29 г/м3. Средняя концентрация вредных примесей внутри контура пожара m-L = 1,72 г/м3.
Масштаб снимка видеоизображения на рис. 1 М:1 см = 1000 м. Площадь контура пожара (количество пикселей х разрешение пикселя) составляет S = 56 • 106 м2. Средняя высота (древостоя) источника выбросов Н = 15 м. Объем выброса загрязняющих веществ пожара V = mSAH ~ 1,45 1 03 т.
Эффективность предлагаемого способа характеризуется возможностью дистанционного определения объема выбросов от природных пожаров и документальностью (регистрограммы измерений + видеоизображение пожара) результатов оценок.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.
Библиографический список
1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе веществ, содержащихся в выбросах предприятий: Общесоюзный нормативный документ ОНД-86: Л.: Гидро-метеоиздат, 1987 г. - С. 4-5.
2. ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
3. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе веществ, содержащихся в выбросах предприятий: Общесоюзный нормативный документ ОНД-86: Л.: Гидро-метеоиздат, 1987 г. - С. 17.
4. Давыдов, В.Ф. Способ определения концентрации углекислого газа в атмосфере : Пат. 2422807 РФ / В.Ф. Давыдов и др. - опубл. 27.06.2011 г.
134
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
5. Давыдов, В.Ф. Способ определения загрязнения атмосферы мегаполисов вредными газами : Пат. 2460059 Российская Федерация / Давыдов В.Ф. и др. - опубл. 27.08.2012 г.
6. Давыдов, В.Ф.Способ определения источников выбросов в атмосферу по изображениям мегаполисов : Пат. 2463630 Российская Федерация / Давыдов В.Ф. и др.
- опубл. 10.10.2012 г.
7. Давыдов, В.Ф.Способ верификации системы наземных измерений состояния атмосферы мегаполисов: пат. 2463556 Российская Федерация / Давыдов В.Ф. и др.
- опубл. 10.10.2012 г.
8. Давыдов, В.Ф. Дистанционное определение деградации почвенного покрова / В.Ф. Давыдов, Ю.П. Батырев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2012. - № 9 (92). - С. 115-121.
9. Курбанов, Э.А. Оценка лесных гарей Чувашии методами дистанционного зондирования / Э.А. Курбанов, О.Н.
Воробьев, С.А. Лежнин, Ю.А. Полевщикова // Вестник ИрГСХА. - № 54. - 2013. - С. 80-97.
10. Дифференциальное и интегральное исчисления для ВТУЗов. в 2 т., т.1. / Н.С. Пискунов. - М.: Наука, 1964.
- С. 264-268. - Производная по направлению.
11. Дуда, Р.О. Распознавание образов и анализ сцен / Р.О. Дуда, П.Е. Харт // перев. с англ. - М.: Мир, 1976. - С. 287-288.
12. Чапурский, Л.И. Отражательные свойства природных объектов в диапазоне 400-2500 нм. Ч. I. Мин. Обороны СССР. - 1986. - С. 105-107.
13. Заездный, В.М. Основы расчетов по статистической радиотехнике. - М.: Связьиздат, 1964. - С. 93-94.
14. Малый космический аппарат «Вулкан-Астрогон» с гиперспектрометром высокого разрешения: Инженерная записка: РАКА, ФГУП НИИЭМ, НТЦ Реагент. - 2002.
- С. 8-10.
METHOD FOR DETERMINING THE VOLUME EMISSIONS FROM WILDFIRES Davydov V.F., Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Batyrev Y.P., Assoc. Prof. MSFU, (Tech.)
batyrev@mgul.ac.ru
Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia The existing methods for assessment of the air in terms of determining the volume of emissions from wildfires have certain limitations - the inability to be used directly for area sources, which include natural fire, the large value of systematic error, which is equal to the sum of the relative errors of each parameter of the original formula, the locality of the results of the measurements tied only to the route of the narrow sounding beam, the one-component estimation of the carbon dioxide pollution, while wildfire emissions contain a lot of harmful substances, including, mainly, superfine aerosols. In this paper, a method of calculating the volume of emissions from wildfires with a remote method using digital video and hyperspectrometer installed on board of the spacecraft has been developed. The processing of the image is to streamline the gradient in the video circuit of fire and concentration calculation qf (mg/m3) of harmful emissions ofafire by the measured attenuation ofa hyperspectrometer reference light beam, the calcultion of the brightness histogram of pixels within the contour and their calibration within the values of the measured concentration for the pixels of the central portion of the video frame by a spatial differentiation of luminance I (x, y). Keywords: wildfires, remote monitoring, emissions, air pollution, the function of brightness.
References
1. Obshchesoyuznyy normativnyy dokument OND-86. Metodika rascheta kontsentratsiy v atmosfernom vozdukhe veshchestv, soderzhashchikhsya v vybrosakh predpriyatiy [Method of calculation of concentrations in the air of the substances contained in industrial emissions]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1987, pp. 4-5.
2. GOST 12.1.005-88. Sistema standartov bezopasnosti truda. Obshchie sanitarno-gigienicheskie trebovaniya k vozdukhu rabochey zony. [State Standard 12.1.005-88. Occupational safety standards system. General sanitary requirements for working zone air]. Moscow, Standartinform Publ., 2006, 48 p.
3. Obshchesoyuznyy normativnyy dokument OND-86. Metodika rascheta kontsentratsiy v atmosfernom vozdukhe veshchestv, soderzhashchikhsya v vybrosakh predpriyatiy. [Method of calculation of concentrations in the ambient air of substances contained in industrial emissions]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1987, p. 17. Reshenie obratnykh zadach, formula 2.41.
4. Davydov V.F., e.a. Sposob opredeleniya kontsentratsii uglekislogo gaza v atmosfere. [Method for determining the concentration of carbon dioxide in the atmosphere]. Patent RF, no 2422807, 2011.
5. Davydov V.F., e.a. Sposob opredeleniya zagryazneniya atmosfery megapolisov vrednymi gazami. [Method for determining air pollution megacities harmful gases]. Patent RF, no. 2460059, 2012.
6. Davydov V.F., e.a. Sposob opredeleniya istochnikov vybrosov v atmosferupo izobrazheniyam megapolisov. [Method of determining the sources of emissions to the atmosphere through the images of megacities]. Patent RF, no. 2463630, 2012.
7. Davydov V.F., e.a. Sposob verifikatsii sistemy nazemnykh izmereniy sostoyaniya atmosfery megapolisov. [The process of verification of ground-based measurements of atmospheric conditions megacities]. Patent RF, no. 2463556, 2012.
8. Davydov V.F., Batyrev Yu.P. Distantsionnoe opredelenie degradatsiipochvennogopokrova [Remote identification of degradation of soil]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2012, no 9 (92), pp. 115-121.
9. Kurbanov E.A., Vorob’ev O.N., Lezhnin S.A., Polevshchikova Yu.A. Otsenka lesnykh garey Chuvashii metodami distantsionnogo zondirovaniya [Assessment of forest burnt Chuvashia methods of remote sensing] Vestnik IrGSKhA, no. 54, 2013, pp. 80-97.
10. Piskunov N.S. Differentsial’noe i integral’noe ischisleniya dlya VTUZov [Differential and integral calculus for technical colleges] Vol. 1, Moscow, Nauka, 1964, pp. 264-268. Proizvodnaya po napravleniyu.
11. Duda R.O., Khart P.E. Raspoznavanie obrazov i analiz stsen [Detection and Scene Analysis], Moscow, Mir, 1976, § 7-3 Prostranstvennoe differentsirovanie, pp. 287-288, ris. 7.3.
12. Chapurskiy L.I. Otrazhatel ’nye svoystvaprirodnykh ob»ektov v diapazone 400-2500 nm [The reflective properties of natural objects in the range of400-2500 nm], Vol. I, Min. Oborony SSSR, 1986, pp. 105-107. Rezul’taty izmereniy i raschetov KSYa vozdushnoy dymki.
13. Zaezdnyy V.M. Osnovy raschetov po statisticheskoy radiotekhnike [Basis of calculations by the statistical radio engineering], Moscow, Svyaz’izdat, 1964, pp. 93-94.
14. Malyy kosmicheskiy apparat «Vulkan-Astrogon» s giperspektrometrom vysokogo razresheniya [Small spacecraft «Vulcan Astrogon» with high resolution hyperspectrometer], Inzhenernaya zapiska: RAKA, FGUP NIIEM, NTTs Reagent. 2002, pp. 8-10.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
135
