Введение к работе
Актуальность работы. Обеспечение эффективности экологического ониторинга лесных массивов , в частности биомониторинга путем сследования годичных колец дерева , требует увеличения количества сследуемых биомониторов , при условии повышения скорости обработки олученной информации. При этом необходимо изменить методику в горону упрощения техники съема информации, приведения схемы змерения к типовой , появления возможности обработки совокупных шных.
Проблема биомониторинга может быть сведена к решению іедующего перечня типовых задач :
-
Контролю воздействия токсикантов на растение, ібирательно реагирующего на наличие загрязнителей.
-
Оперативному контролю загрязнения в сочетании с тематическим моделированием зависимости между реакцией растения и «центрацией Еещества - загрязнителя .
-
Выявлению закономерностей отклика дерева на воздействие иболее жестких, разрушительных антропогенных факторов.
4. Обеспечению генетической однородности растительного
ітериала , при этом условия роста растений должны быть оптимальными
близкими . Следует также учесть влияние климатических параметров на
зультаты наблюдений.
Дистанция до контролируемого объекта (среза ствола) составляет тичину в пределах десятков сантиметров. Для решения задач перечня с азанными метрологическими параметрами предпочтительно пользование типовой телевизионной измерительной системы (ТВИС) на иборе с зарядовой связью, что определяет важное положительное
-4-свойство — отсутствие непосредственной связи с контролируемым объектом.
Использование ТВИС приводит к расширению функциональных возможностей установки для биомониторинга. В частности, реализуются сверхбыстрые измерения, возможность измерения коэффициента авто - и кросскорреляции, малое взаимное влияние измеряемых объектов.
При использовании таких ТВИС и с последующей обработкой изображения формируются расстояния между годичными кольцами. Для обеспечения методологических требований необходимо разработка и исследование специальных алгоритмов обработки полученного изображения — как общих, так и частных.
При этом под общим алгоритмом измерений полагается следующая совокупность составляющих.
-
Типовая телевизионная измерительная система.
-
Параметры, описывающие оптическую систему , с помощью которой строится изображение на фоточувствительной поверхности телевизионного преобразователя на приборе с зарядовой связью.
-
Параметры видеоусилителя, усиливающего видеосигнал до уровня, определяемого рабочим диапазоном аналого-цифрового преобразователя.
-
Параметры метода фильтрации.
-
Приведение к каноническому виду, полученных числовых значений.
-
Способ определения по нормированным значениям экологической обстановки в регионе.
Под частными алгоритмами полагаются конкретные алгоритмы обработки, определяющие способ измерения параметров изображения среза и учитывающие особенности используемой в приёмном канале позиционно-чувствительной регистрирующей системы.
Известные алгоритмы измерений и последующего анализа расстояний ме>хду годичными кольцами основаны на сложных трудоемких и долгих процессах измерения, использование которых затруднительно в практике телевизионных измерений, либо очень дороги в реализации.
Указанные обстоятельства определили выбор объектом исследования ТВИС, а предметом исследования — реализуемые ими общие и частные алгоритмы измерений и обработки .
В этой связи тема работы , направленная на увеличение эффективности биомониторинга с помощью ТВИС , является актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.
Целью работы является совершенствование известных алгоритмов азмерений расстояний между годичными кольцами и разработка новой методики, позволяющей в полной мере использовать свойства ТВИС на зснове прибора с зарядовой связью , увеличения перечня информационных тараметров , указывающих на состояние экологической обстановки в >егионе.
Для достижения указанной цели необходимо решить ряд задач.
Поскольку известные алгоритмы обработки и методы фильтрации по габору свойств разделяются на многие группы , различаются и :онкретные задачи исследования.
При исследовании алгоритмов измерения, обработки и оценки ^формативных параметров необходимо:
- получить более быстрые и позволяющие более полно оценивать кологическую обстановку (по сравнению с известными) теоретические ївисимости между параметрами биомонитора, измеряемыми асстояниями мехеду годичными кольцами и другими информативными араметрами изображения;
- оценить погрешности измерения вследствие использования
практических алгоритмов, основанных на приближённых теоретических
зависимостях и определить области применимости этих алгоритмов;
оптимизировать алгоритмы оценки экологической обстановки, в этом случае необходимо решение проблемы оценки новых информативных параметров;
- провести математическое моделирование на основе известных
дендрологических шкал.
Алгоритмы обработки сформированных нормированных значений , несущих информацию о состоянии биомонитора, с помощью ТВИС мало исследованы, что определяет для них дополнительные задачи исследования:
определить теоретические зависимости между полученными канонизированными значениями, информативными параметрами изображения;
разработать алгоритмы обработки новых информативных параметров;
- исследовать полученные результаты на соответствие традиционным алгоритмам.
Для увеличения эффективности может быть предложен алгоритм, в соответствии с которым возникающая погрешность измерения компенсируется при обработке результата по теоретически рассчитанной величине погрешности.
В экспериментальной области реализована установка для
измерения расстояний между годичными кольцами , создан пакет программ, позволяющих быстро и удобно работать с полученными параметрами, разработана унифицированная система хранения данных.
-7-Основные результаты . выносимые на защиту.
-
Разработан алгоритм измерения расстояния между годичными кольцами, обеспечивающий измерение этих расстояний с заданной точностью.
-
Корреляционный анализ изображения радиального среза дерева позволяет существенно сократить время анализа воздействия угнетающих факторов на биомонитор.
3. Проведенное математическое моделирование по известным
дендрологическим шкалам различных регионов подтверждает
разработанный алгоритм.
4. Принцип выбора базовой конфигурации установки, позволяющий :
сделать выбор универсальной конфигурации типовой ТВИС;
использовать стандартных комплектующих в типовой ТВИС, которые упрощают и удешевляют процесс съема информации;
- возможность сверхбыстрого измерения по сравнению с
существующими методами и методиками.
Практическая ценность работы.
разработана группа новых практических методик оценки экологической обстановки в регионе;
определены новые информативные параметры , позволяющие проводить биомониторинг.
неоспоримыми достоинствами этого метода являются: исследование воздействий основных загрязняющих веществ непосредственно на живые организмы; обеспечение измерения суммарного эффекта от воздействия всех факторов окружающей среды; он позволяет изучать зависимость между концентрацией токсикантов и факторами их воздействия на растения ; предоставляется возможность определить пространственно - временную изменчивость интенсивности
-8-воздействия на растения.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались в 1999 году на XXX Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ГИТМО ; Юбилейной научно -технической конференции профессорско-преподавательского состава , посвященной 100-летию университета ГИТМО(ТУ); Российской научно-практической конференции «Оптика и научное приборостроение - 2000 ФЦП «Интеграция»», ГИТМО (ТУ);
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях и тезисах докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работая состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка. Работа содержит 85 страниц, включая 9 Таблиц, 20 рисунков; библиографический список включает 56 наименований.
