Високомобільна лабораторія екологічного моніторингу

Наукова спільнота України докладає багато зусиль для поліпшення ситуації із захистом довкілля. Проте ця діяльність, її планування та реалізація залежать від правдивої інформації про стан навколишнього природного середовища. Саме для створення такої інформаційної бази пропонується використовувати інформаційно-вимірювальну систему, структурним елементом якої є високомобільна лабораторія екологічного моніторингу

Високомобільна лабораторія екологічного моніторингу (далі – ВЛЕМ) є складовою частиною розподіленої інформаційно-вимірювальної системи (далі – ІВС) екологічного моніторингу.

ВЛЕМ складається з таких блоків:

– інтелектуальна інформаційно-вимірювальна система (далі – ІІВС) експрес-вимірювання базових параметрів стану довкілля;

– сукупність автономних вимірювальних приладів (СП) для вимірювання окремих специфічних параметрів довкілля (наприклад, вимірювання концентрації ртутних випаровувань у заданому середовищі);

– засобів відбору проб (ЗВП) ґрунту, води та повітря;

– вимірювальний дрон (ВД);

– технічні засоби системи позиціювання (GPS);

– технічні засоби системи зв’язку (GSM);

– система управління роботою лабораторії (СУ).

 

Функціональна схема ІІВС

На рис.  представлена функціональна схема ІІВС для експрес-вимірювань базових параметрів довкілля (температури повітря, вологості, атмосферного тиску, напрямку та швидкості вітру, концентрації парникових газів в атмосферному повітрі, рН водних басейнів та ґрунту).

Як працює?

Первинні вимірювальні перетворювачі (F₁…F_к) перетворюють значення вимірювальних фізичних величин в інші фізичні величини, зручні для квантування, які після нормування через мультиплексор (MUX) послідовно поступають на аналоговий вхід мікроконтромера (СРU), до складу якого входить аналого-цифровий перетворювач, де і перетворюються в цифровий код, величина якого відповідає значенню фізичної величини, яка вимірюється.

Отримана сукупність значень виміряних фізичних величин (параметрів довкілля) розміщується в пам’яті СРU, де може бути реалізована попередня обробка цих значень параметрів за заданим алгоритмом.

Надалі сукупність значень виміряних фізичних величин та результати їх попередньої обробки надходять до бази знань експертної системи (ES), яка є важливою складовою частиною ІІВС.

У ES в реальному масштабі часу відбувається комплексне оброблення всіх результатів вимірювання, ідентифікується та класифікується поточний стан довкілля та виконується прогноз можливих змін стану довкілля в коротко- та середньостроковій перспективі.

Результати оброблення через систему зв’язку (GSM) передаються на базову стаціонарну лабораторію розподіленої ІВС екологічного моніторингу для подальшого аналізу (за необхідності), формування бази знань можливих станів довкілля.

Паралельно оператор ВЛЕМ може вивести ці значення на системний моніторинг.

 

Вимірювальні прилади

Сукупність окремих вимірювальних приладів ВЛЕМ може змінюватись залежно від призначення та цільових завдань моніторингу.

У базовому варіанті лабораторії розміщуються такі прилади:

– портативний рН-метр;

– комплекс контролю параметрів води (наприклад МР-551);

– газортутний аналізатор;

– комплекс контролю радіоактивного забруднення;

– спектрофотометр;

– прецизійні ваги лабораторні;

– стандартний набір лабораторного обладнання та інструментів².

 

Частково варіант цієї складової ВЛЕМ описаний у роботах компанії «Автоекоприлад», запропонований канд. техн. наук, В. П. Приміським.

 

Вимірювальний дрон

Важливою складовою ВЛЕМ, що забезпечує її високомобільність – є вимірювальний дрон (ВД).

На шасі вимірювального дрона, крім стандартних засобів (системи керування та відеокамери), розміщено:

– засоби дистанційного вимірювання температури повітря (пірометри);

– засоби вимірювання вологості повітря;

– засоби вимірювання концентрації парникових газів (СО₂, СН₄, N₂О) в атмосферному повітрі;

– засоби відбору проб повітря (при вакуумній місткості об’ємом 10 см³).

Керування роботою вимірювального дрона реалізується оператором ВЛЕМ або спеціальною програмою, що розміщена в ІІВС і яку, за необхідності, можна змінювати.

Радіус дії дрона до 5 км, що дозволяє виконати всі необхідні вимірювальні процедури на локальному рівні екологічного моніторингу.

Необхідний час перебування в повітрі – не менше однієї години. Максимальна вага додаткового вимірювального обладнання – не більше 1,5 кг.

Зчитування результатів вимірювання з вимірювальних приладів дрону та передача їх на ІІВС здійснюється відеокамерою дрона, яка розміщується на спеціальній поворотній платформі.

Із метою більш повного та точного вимірювання окремих параметрів стану довкілля, наприклад, концентрації біоти в орному шарі ґрунту – до складу ВЛЕМ входять стандартні засоби відбору проб, із допомогою яких можна реалізувати необхідний відбір проб з одночасною фіксацією координат точок відбору цих проб. Відібрані проби передаються до стаціонарної лабораторії розподіленої ІВС екологічного моніторингу, яка обладнана повним спектром необхідного вимірювального та контрольного обладнання і може реалізувати всі вимірювання, необхідні для моніторингу стану довкілля.

Таким чином, високомобільна лабораторія екологічного моніторингу суттєво розширює функціональні та метрологічні характеристики розподіленої ІВС екологічного моніторингу і в реальному масштабі часу забезпечує підрозділи ДСНС України перевіреною інформацією про динаміку стану довкілля.

 

Віталій Кропивницький,

канд. техн. наук,

УкрНДІЦЗ,

Микола Павлишин,

д-р. техн. наук, проф.,

Володимир ЧУМАК,

НТУУ (КПІ)