Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 2
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ, ФИЗИКА И ТЕХНИКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 4
1.1. Причины необходимости создания автоматических средств экологического мониторинга 4
1.2. Основные объекты экологического мониторинга 5
1.3. Источники и виды промышленных загрязнений воздуха 6
1. 4. Глобальный и Государственный мониторинг окружающей среды 11
1.5. Инженерно-технический мониторинг и контроль окружающей среды 13
1.6. ЭВМ в составе информационно- измерительных систем (АСЭК) 14
1.7. Основные величины оценок параметров экологического контроля 15
1.8. Особенность автоматических систем экологического мониторинга (АСЭМ) и контроля (АСЭК)- как автоматических систем управления (АСУ) техническими средствами ! 20
1.9. Измерительное приборное обеспечение АСЭК 28
1.10. Особенности выделения первичной измерительной экологической информации на фоне помех 30
1.11. Методы и принципы действия типовых первичных преобразователей и измерителей экологической информации 32
1.11.1 Измерители пылевых загрязнений воздуха 33
1.11.2 Измерители газовых загрязнений воздуха 37
1.11.3 Оптические газоанализаторы 39
1.12. Измерительные устройства для контроля загрязнений вод 41
1.13. Контроль загрязнений грунтов земли и придонных отложений 45
1.13.1 Радиационные измерения загрязнений грунтов 47
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 48
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННО- ПРОТЯЖЕННОЙ РАДИО-ЗАПРОС-ОТВЕТНОЙ АСЭК С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ 50
2.1. Предпосылки цифровых и вычислительных основ построения АСЭК.„50
2.2. Влияние эффекта техногенных отражений на пропускную способность проектируемых АСЭК 53
2.3. Оптимизация запрос- ответных сигналов АСЭК и их выделения на фоне помех 56
2.3.1 Оптимальный прием частотно- импульсных сигналов 57
2.3.2. Оптимальное сжатие сигналов 60
2.3.3. Оценка эффективности сжатия сигналов 63
2.4. Результаты компьютерного моделирования сжатия частотно- модулированных колебаний 65
2.5. Техническое исполнение дискретно- цифровой частотной модуляции сигнала и его сжатия 71
2.5.1. Формирование дискретно-цифровых ЧМ- сигналов 71
2.5.2. Сжатие дискретно цифровых ЧМ- сигналов 75
2.6. Оптимальное выделение сигналов по амплитуде и их обнаружение 76
2.6.2. Оптимальный прием сигналов по амплитуде 76
2.7. Структурное построение АСЭК радио запрос-ответного типа 79
2.8. ЭВМ в составе информационно-измерительных систем 83
2.9. Эксплуатационные особенности КЭП, включающих обзорные локаторы экологических загрязнений 84
2.10. Особенности дистанционных информационных связей в АСЭК 87
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 95
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НОФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ С ДИСТАНЦИОННО ДЕЙСТВУЮЩИМИ ГАЗОАНАЛИЗАТОРАМИ 97
3.1. АСЭК в задачах вычислительной томографии экологических состояний атмосферы 97
3.2. Функциональная схема построения и действия газоанализатора с дифференциальным методом подавления помех и узкополосным выделением полезного сигнала 103
3.3. Узкополосное измерение дистанционно-действующим газоанализатором сигнала экологических загрязнений воздуха 109
3.3.1. Отстройка от синхронных помех при измерении узкополосных составляющих фазовым детектированием 112
3.3.2. Узкополосная фильтрация сигнала на выходе синхронного детектора 113
3.4. Оценка минимально достижимой случайной погрешности измерений концентраций вредных веществ в воздухе 116
3.4.1. Случайная составляющая фазовой ошибки фильтров 119
3.4.2. Фазовые ошибки, вызываемые усилением сигналов 121
3.5. Оптимизация измерений экологическим локатором с применением цифровой корреляции 124
3.6. Корреляционный анализ зашумленньтх узкополосных процессов экологических измерений 126
3.7. Разработка цифрового 64 канального коррелятора 132
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 136
Введение к работе
Среди самых наукоемких областей создания информационно-измерительных и управляющих систем , включающих высшие уровни достижений современной техники приборостроения и информационных технологий следует рассматривать методы и средства создания пространственно-протяженных автоматических систем экологического контроля (АСЭК), являющихся неотъемлемой частью общего экологического мониторинга.
Информационно-метрологические возможности подобных систем напрямую увязаны с решением принципиально важных задач таких как:
- Обеспечение помехоустойчивой передачи, приема и преобразований сложных сигналов в цепях единой структуры с ЭВМ, в условиях многокилометровых каналов радиосвязи с мощными случайными индустриальными и синхронными помехами, из-за возможных многократных отражений от жилых и промышленных объектов.
- Применение измерителей первичной экологической информации локального и дистанционного принципа действия, сопрягающихся с устройствами цифровой и вычислительной техники;
- Реализуемость объемного видения экологических опасностей методом вычислительной томографией и применением специально созданных для этих целей экологических локаторов.
Современные методы построения автоматически действующих систем экологического мониторинга, охватывающих протяженные пространства промышленных и жилых регионов, позволяют придать им качественно новые свойства. Такие системы становятся средствами отображения состояния технологий крупных производств. Это означает, что они из разряда экономически затратных сооружений превращаются в разработки новых информационных технологий по управлению и регулированию техническими структурами предприятий.
Является очевидным, что проблемы экологических загрязнений окружающей природной среды всегда связаны с выбросами вредных веществ из технологических каналов с возможным дефектами и недостаточным качеством работы. Пространственная картина таких выбросов , привязанная на геодезически точных планах к важнейшими промышленными объектам, дает в реальном масштабе времени ценную информацию для принятия управленческих действий.
Новые функции систем экологического мониторинга по этой причине делает их экономически выгодными, а значит нужными для хозяйственного внедрения. С учетом последнего проектирование автоматических систем экологического контроля - АСЭК должно удовлетворять потребительским требованиям рынка. В первую очередь к подобным требованиям можно отнести:
- Мобильность развертывания и установки элементов АСЭК; -Автономность действия без связи с глобальными сетями и структурами других назначений;
- Информационную надежность запроса, передачи и приема необходимых измерительных данных от контролируемых зон экологических загрязнений;
- Дальность действия, в пределах не менее 10 км. по радиусу, соизмеримая с масштабами территорий крупнейших комбинатов;
- Полную автоматизацию работы системы на основе современной цифровой и вычислительной техники. Это требование является исключительным и единственно определяющим устранение субъективного вмешательства человека в результаты контроля его же деятельности.
Основное содержание диссертации посвящено научно-техническим вопросам создания АСЭК протяженных пространств промышленных и жилых регионов радио запрос-ответного типа. Такой вид системы рассматривается универсальным, легко исполнимым в модульном варианте и доступным для предприятий разной технологической направленности.
Важнейшими сторонами научно-технического анализа организованной структуры автоматизации системы экологического контроля окружающей среды рассматриваются:
1. Особенности передачи, приема и фильтрации кодированных шумоподобных сигналов радиосвязи в основе АСЭК, с учетом действия мощных индустриальных помех и проявления многократных волновых переотражений .
2. Построение вычислительного, цифрового и программного комплекса управления системой из единого информационно- вычислительного центра (ИВЦ) АСЭК.
3. Построение оптимального радиоприема и передачи цифровых сигналов кодирования экологических данных от пространственно рассредоточенной системы экологических постов (ЭП).
4. Разработка информационно метрологической основы экологических локаторов с дистанционно действующими газоанализаторами.
5. Анализ возможностей действия АСЭК в режиме экологической томографии.
6. Представление экспериментально-технических результатов, полученных при выполнении диссертационной работы.
Таким образом, в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к диссертационным работам по специальности 05.11.16. информационно-измерительные и управляющие системы ( по отраслям))» в данной диссертации решена важная техническая задача, имеющая перспективы широкого применения, как в экологии, так и в промышленности для целей получения управленческой информации при наблюдении за технологическими процессами и регулировании качества их работы.
