CC BY
40
УДК 51-7
ВОЗМОЖНОСТЬ СКРЫТОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ АЛКОГОЛЬНОГО ОПЬЯНЕНИЯ ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Е. А. Левитская
Аннотация. В данной работе рассмотрена актуальная проблема обеспечения безопасности на дорогах - вождение автомобиля в недопустимом психофизиологическом состоянии. Предложен способ скрытого дистанционного определения степени алкогольного опьянения.
Ключевые слова: определение концентрации алкоголя в крови, алкозамок, ИК -спектроскопия.
Введение
В последние годы все большую актуальность приобретает проблема обеспечения безопасности на дорогах.
Всеобщая автомобилизация не привела к формированию адекватного отношения общества и каждого человека к проблеме обеспечения безопасности на дороге. Во многом это обусловлено общим состоянием правосознания населения[1]. Участники дорожного движения способны сесть за руль транспортного средства в состоянии чрезмерного возбуждения, алкогольного или наркотического опьянения.
Человек, садящийся за руль транспортного средства и находящийся под воздействием психотропных веществ, представляет большую опасность, как для других участников дорожного движения, так и для самого себя. Он неадекватно оценивает свои возможности, теряет способность быстро приспосабливаться к изменению дорожных условий, снижается его концентрации внимания, происходит ухудшение периферийного поля зрения и искажение восприятия скорости и расстояния. После принятия даже незначительной дозы спиртного в течение часа реакция замедляется на 30-40 %. Установлено, что при содержании 0,05 промилли алкоголя в крови вероятность дорожно-транспортного происшествия повышается в 5 раз, при 1 промилли — в 25 раз[2].
Согласно статистике дорожно-транспортных происшествий, за 2010 год в Российской Федерации их произошло 164036. Более 15 % всех дорожно-транспортных происшествий произошло по вине водителей, находившихся за рулем в состоянии опьянения. Лишь 0,6 % дорожно-транспортных происшествий произошло из-за неисправности технических средств[3].
Сложившуюся ситуацию не изменить, даже если поставить на каждом перекрестке по инспектору ГАИ, так как изъятие прав у ош-
трафованного водителя не гарантирует его отлучение от руля. Выходом из сложившейся ситуации может стать исключение самой возможности управления автотранспортным средством в состоянии алкогольного или наркотического опьянения.
Таким образом, существует настоятельная необходимость создания системы скрытого определения психофизиологического состояния, садящегося за руль водителя. При наличии признаков потребления водителем алкоголя или недопустимого психофизиологического состояния, система должна осуществлять блокировку включения зажигания автомобиля. Кроме того, система должна быть приемлемой, т.е. не должна вызывать чувство дискомфорта у водителя.
Основная часть
В настоящее время, в ряде европейских стран и США, в целях недопущения управления транспортным средством водителем в состоянии алкогольного опьянения, активно используется техническое средство - алкозамок, осуществляющее блокировку включения системы зажигания автомобиля при превышении предельных значений содержания алкоголя в крови водителя. Алкозамок обычно состоит из портативного устройства и блока управления. Блок управления передает информацию по каналу проводной или беспроводной связи на центральный блок управления автомобиля. Ручное устройство снабжено сменным мундштуком и служит для контроля над превышением установленной нормы содержания алкоголя в организме [4].
Основные недостатки существующих методов идентификации психофизиологического состояния водителя - человек знает, что его проверяют и соответственно исключена скрытность проводимой операции; возможна фальсификация результатов теста; функциональная ограниченность и неудобство использования.
Очевидна необходимость разработки способа скрытой дистанционной оценки степени алкогольного опьянения, удовлетворяющего следующим требованиям:
• высокая точность определения психофизиологического состояния;
• относительно несложные алгоритмы, обеспечивающие высокое быстродействие;
• возможность дистанционного проведения процедуры (скрытая идентификация).
С целью решения поставленной задачи возможно использование абсорбиционной ИК-спектроскопии, основанной на существовании определенной функциональной зависимости между концентрацией элемента в поглощающем слое и одним из параметров, характеризующих линию поглощения [5]. Данный метод имеет ряд достоинств: простота и экспресс-ность определения, бесконтактность (следовательно, идентификация может проводиться скрыто, что исключит фальсификацию результатов идентификации).
При прохождении ИК-излучения через выдыхаемый человеком воздух происходит его поглощение на частотах, совпадающих с некоторыми собственными колебательными и вращательными частотами молекул. В результате, интенсивность ИК-излучения на этих частотах падает и образуются полосы поглощения. Длина волны для каждого колебания зависит от того какие атомы в нем участвуют, т.е. для каждой функциональной группы характерны колебания определенной длины волны.
Известно, что в соответствии с законом Бугера-Ламберта [6] плотность потока энергии оптического излучения, прошедшего через поглощающую среду изменяется по экспоненциальному закону (///0) = ехр(-ал • d) и зависит от длины волны х,10 - плотность потока
излучения, падающего на поглощающую среду толщиной Л,ах - спектральный коэффициент поглощения излучения. Для исключения влияния на результат измерения рассеивающих свойств среды, нестабильности источника излучения и др. применяют двухволновую схему. Длина волны излучения второго (опорного) канала не совпадает с полосой поглощения обнаруживаемого ингредиента и находится вблизи нее. Отношение сигналов на выходе опорного и измерительного каналов не зависит от стабильности источника и при-
емника излучения. Если облучать газовую смесь излучением на опорной и измерительной длинах волн, то прошедшие через нее потоки соответственно равны
1Я0 = 10ехР(-«Я0Л),
1Хи = 10ехР (-аХиЛ -аЛиЛ) , где аХи - коэффициент поглощения контролируемой составляющей газа в его полосе поглощения.
Поскольку х0 *Ли, ТО ахи &ах0, логарифм отношения регистрируемых потоков
и а характеризуют
1Я0 "Ли
1п(1Аи 11Л0) = -аЛи • Л ,
ослабление потоков за счет рассеяния на частицах среды.
Коэффициент поглощения связан с концентрацией поглощающего газа С :
а Ли = АЛи • С р ,
где АЛи - коэффициент, характеризующий поглощающие свойств вещества. Тогда Ср =- 1п(1 хи 11x0)1 Л • Ахи П
Физический смысл АЛи заключается в том,
что если принять Ср = 1 моль/л и d = 1 см, то молярный коэффициент поглощения равен оптической плотности одномолярного раствора Р) при толщине слоя 1 см.
Величина АХи зависит от длины волны
проходящего света, природы светопогло-щающего вещества и температуры и не зависит от концентрации искомого вещества, толщины поглощающего слоя и интенсивности излучения.
Оптическая плотность равна десятичному логарифму отношения потока излучения 10, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку 1и, прошедшему через этот слой: Б = 11
Монохроматическая оптическая плотность слоя нерассеивающей среды (без учёта поправок на отражение от передней и задней границ слоя) равна: Б = 0.4343АХиСрЛ [7].
В инфракрасных спектрах оптическая плотность поглощения этанола лежит в области 2,73 - 3,13 мкм (рисунок 1)[8].
1.0 оз
03
I О/ з
о Р* ■ ~ - - :
§
Й 0 1 ■ <и
и-
ы о.з-£
О о :■■
¡Ы
3:3 4
ДЛИН5 волны, мкм
Рис. 1. Оптическая плотность поглощения этанола
Предпочтительнее использование в качестве хи длину волны равную 3 мкм (Б = 0,88),
ввиду более мощной полосы поглощения и наличию в этом диапазоне «окна прозрачности» атмосферных газов (рисунок 2)[9]. Тогда при Ср = 1 моль/л и d=1 см, 0.88
%
0.4343-Ср - d
- = 2.02
Общая формула для расчета концентрации этанола в крови была предложена шведским химиком Эриком Н. П. Видмарком[10].
С =
м
где С - концентрация этанола в крови в про-милли, %0
М - масса выпитого чистого алкоголя в граммах,
т - масса тела человека в килограммах, г - коэффициент распределения Видмарка (0,7 - для мужчин, 0,6 - для женщин).
т
14
а юоо гаои эооо -юоо гооо
Длина волны, нм
Рис. 2. График пропускания оптического излучения атмосферой на дальности 300 м
[энная формула отражает лишь общую закономерность, а не реальную количественную оценку содержания алкоголя в крови, так как не учитывает некоторых факторов. Например, период времени, в течение которого
был употреблен алкоголь; употреблялся алкоголь на «голодный» или «сытый» желудок и др.
На рисунке 3 представлена зависимость концентрации алкоголя в крови мужчины массой 75 кг от количества употребленного им этанола.
Рис. 3 . Зависимость концентрации алкоголя в крови от количества употребленного этанола
В выдыхаемый воздух алкоголь проникает из крови, диффундируя через стенки альвеол. Соотношение концентрации алкоголя в крови и альвеолярном воздухе постоянно, оно определяется разностью плотности сред: крови и воздуха и составляет приблизительно 1:2200. Это означает, что в 2200 см3 альвеолярного воздуха содержится такое же количество алкоголя, как в 1 см3 крови.
Содержание паров алкоголя в выдыхаемом воздухе выражается в миллиграммах на 1 м3 и с учетом отношения плотностей крови и воздуха может быть выражено в промиллях по крови. При этом 0,1 град./00 алкоголя в крови соответствует приблизительно 45 мг/м3 алкоголя в выдыхаемом воздухе, т.е.
0,1- с
C:
45
-p (***)
С учетом, полученных данных, из уравнений (*) , (**) и (***) следует,
2 ... .. ) 0,202 - М - d
2 = -М1 д /1 до) = —-
45 - т - г
После прохождения потоков оптического излучения через поглощающий слой и их отражения от субъекта, сигналы на выходе оптической системы будут иметь вид:
ид = ид и идо = идо , гДе иди,идо -
сигналы на входе оптической системы при 9и и 90 соответственно; - случайная величина,
характеризующая шумы в приемопередающих каналах.
Следовательно, для успешной регистрации величины концентрации алкоголя в выдыхаемом субъектом воздухе необходимо, что
бы отношение < < \.
£
~ ш
При обнаружительной способности детектора равной 5,6*10-8 в идеальном случае
=0) при употреблении 50 грамм алкоголя
мужчиной массой 75 кг на расстоянии 40 см, мы сможем обнаружить концентрацию этанола С= 0,95 0/оо. Заключение
Предложенный способ скрытой идентификации концентрации алкоголя в крови водителя исключает возможность запуска двигателя транспортного средства человеком в состоянии алкогольного опьянения.
Библиографический список
1. Конфликтные ситуации и дорожная аварийность с участием пешеходов на городских магистралях [Текст]/ Ю.А.Рябоконь, М.Г.Симуль// Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2011. - №3 (21). - С. 19-23. -Библиогр.: с.23 (3 назв.)
2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.autodealer.ru/autopedia/charges/ alcohol
3. Официальный сайт ГИБДД МВД России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gibdd.ru/news/615
4. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.alcotest.ru/reg/alcoin.htm
5. Брицке М. Э. Атомно-абсорбиционный спек-трохимический анализ (Методы аналитической химии). - М.: Химия, 1982. - 224 е., ил.
6. Кросс А. Введение в практическую инфракрасную спектроскопию. Перевод с английского канд.хим.наук Ю. А. Пентина. - М.: Изд-во ин. литры, 1961.
7. Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1970. - 680 с.
8. NIST Chemistry WebBookhttp [Electronic resource]. - Mode acess: http://webbook.nist.gov/
9. Прозрачность земной атмосферы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.astronet.ru/
10. Определение содержания алкоголя в крови [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wapedia.mobi/ru
POSSIBLE HIDDEN DISTANCE MEASURING INTOXICATED DRIVER OF THE VEHICLE
E. A. Levitskaya
In this paper, the actual problem of road safety - driving in a valid psychophysiological state. We propose a way to hide the remote determination of degree of intoxication.
Левитская Елена Андреевна - аспирант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, кафедра «Информационная безопасность». Общее количество опубликованных работ: 1. e-mail: [email protected]
УДК 629.084
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АДАПТИВНЫХ КАТКОВ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
С. В. Савельев
Аннотация. Статья посвящена обоснованию параметров перспективных катков с адаптивными рабочими органами для уплотнения грунтов. Приводятся: методика обоснование адаптации параметров катка для каждого этапа уплотнения супесчаного грунта, методика выбора вибрационных параметров. Выводятся практические рекомендации для технологического процесса уплотнения.
Ключевые слова: Адаптация, грунт, уплотнение, параметры, контактные давления, масса, вынуждающая сила.
Введение
Обоснование параметров любого уплотняющего средства должно основываться на данных о свойствах и состоянии обрабатываемой среды. В первую очередь это касается модуля деформации Е, предела прочности апр, жёсткости с2 и коэффициента вязкого трения b2, объёмный веса уФ.
Свойства деформируемых грунтов широко отражены в теоретических и экспериментальных исследованиях Н. Я. Хархуты, В. Ф. Вабкова, В. М. Безрук, Ю. М. Васильева, О. Т. Батракова /1, 2/ и д.р., реологические свойства отражены в трудах С. С. Вялова, Д. Д. Баркана, Н.А. Флорина и д.р. /3, 4/.
Описание задачи
Для адаптивных рабочих органов катков отдельным вопросом стоит обоснование параметров адаптации по реологии (энергоэффективность вибрации) или по площади контакта (контактные давления) в зависимости от этапа процесса уплотнения.
Метод решения: В следствие того, что на первом этапе сопротивление материала деформированию не высокое процесс уплотнения протекает достаточно интенсивно даже в статическом режиме, адаптация может осуществляться по площади контакта. На заключительных этапах статических напряжений, как правило, не достаточно и интенсифика-
ция процесса уплотнения должна осуществляться за счёт использования вибрации. Поэтому главная задача заключается в обосновании правильного соотношения всех характеристик уплотнителя на каждой стадии процесса.
Решить эту задачу возможно введением условного понятия эквивалентная статическая масса тэк. Как известно /ххх/ вибрационные катки с металлическими вальцами по массе как минимум в 3 раза эффективнее статических, т.е. тэк=1/3 тст. В случае использования адаптивных катков данное соотношение действует только тогда, когда жёсткость рабочего органа идентична жёсткости металлического вальца. Выше было отмечено, что это должно происходить на финальной стадии процесса уплотнения. На начальных стадиях жёсткость вальцов уменьшается для увеличения площади контакта и снижения контактных давлений. В этом случае снижается энергоэффективность использования вибрации, а значит эквивалентная масса может быть близка к статической тэк = тСТ.
Данное соотношение можно определить, сравнивая зависимости отношений жёсткости и параметров контакта адаптивного и металлического рабочих органов на разных этапах процесса уплотнения.
