101. Автоматизированные системы контроля ос (принципы организации, контролируемые параметры, алгоритмы функционирования) и иные виды мониторинга (дистанционный мониторинг)

Первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах в 50-х годах 20 в.

Существующая в нашей стране сеть наблюдений загрязнения атмосферного воздуха включает посты ручного отбора проб воздуха и автоматизированные системы наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС). Системы АНКОС являются стационарными, они оснащены устройствами непрерывного отбора и анализа проб воздуха и передачи информации по каналам связи в центр управления и регулирования состоянием атмосферного воздуха в заданном режиме.

Автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС-АГ) предназначена для автоматизированного сбора, обработки и передачи информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха. Система позволяет непрерывно получать информацию о концентрации примесей и метеорологических параметрах в населенных пунктах или около крупных промышленных предприятий. Ее технические возможности позволяют регистрировать, передавать, хранить и обрабатывать данные о загрязнении атмосферного воздуха.

В состав разработанной отечественной промышленностью АНКОС-АГ входят следующие технические средства:

павильон, конструктивно представляющий собой металлический каркас прямоугольной формы размером 2300x4700x7600 мм;

мачтовое устройство с комплектом метеодатчиков, установленных на крыше павильона, для измерения скорости и направления ветра, температуры, влажности;

устройства отопления, вентиляции, освещения, кондиционирования и пожаротушения;

газоанализаторы оксида углерода, диоксида серы, оксида, диоксида и суммы оксидов азота, озона, суммы углеводородов без метана;

устройство сбора и обработки информации на базе микроЭВМ.

Обмен информацией между системой АНКОС и Центром обработки информации осуществляется по коммутируемым телефонным каналам общего пользования при помощи аппаратов передачи данных (АПД) и мультиплексора передачи данных (МПД). АПД, устанавливаемые на станциях АНКОС, совместно с АПД и МПД Центра обработки информации образуют автоматическую централизованную подсистему сбора информации от систем АНКОС, размещенных по городу или региону. Состав технических средств центра обработки информации:

специализированный вычислительный комплекс на базе ЭВМ; мультиплексор передачи данных на базе микро ЭВМ; пульт диспетчера; мнемосхема; вспомогательное и сервисное оборудование; программное обеспечение (пакета программ первичной и вторичной обработки данных измерений, банки данных, диспетчерские программы и др.).

Системы АНКОС-АГ и Центра обеспечивают:

систематическое измерение заданных параметров атмосферного воздуха;

автоматический сбор информации со станций АНКОС;

сбор информации от неавтоматизированных звеньев наблюдений (например, от стационарных и передвижных постов);

оперативную оценку ситуации по известным значениям ПДК;

краткосрочный прогноз уровней загрязнения контролируемых примесей;

обработку и выдачу информации.

Средства математического обеспечения включают следующие основные алгоритмы обработки данных:

алгоритм первичной обработки (проверка достоверности служебной информации о загрязнении, приведение информации к виду, удобному для обработки и др.);

алгоритм статистической обработки (определение числовых, вероятностных характеристик параметров загрязнения, метеорологических параметров и др.);

алгоритм экспресс-информации о состоянии загрязнения во всех районах города в заданный момент времени;

алгоритм краткосрочного и долгосрочного прогнозирования загрязнения воздуха;

алгоритм управления, определяющий временной режим работы системы, последовательность этапов функционирования, контроль работоспособности системы, приоритет программ обработки данных и др.

Время усреднения данных о концентрациях примесей составляет не менее 20 - 30 мин, что соответствует времени отбора проб в поглотительные приборы. Частота выдачи информации автоматизированной системы может составлять от нескольких минут до нескольких часов.

Аэрокосмический мониторинг основан на бесконтактной регистрации (дистанционной индикации) электромагнитных волн отраженного солнечного света и собственного излучения поверхности Земли с самолетов, вертолетов и различных космических аппаратов. Преимущество дистанционной индикации (прежде всего из космоса) перед другими методами заключается в возможности достаточно частой повторности (и даже непрерывности) наблюдений во времени, получении на одном изображении обширных и отдаленных территорий, возможности пространственно-временного анализа одновременно нескольких компонентов природы в их взаимосвязи. Особенно велика роль космических методов при глобальных исследованиях. Только съемки из космоса могут обеспечить непрерывное слежение за антропогенными нарушениями природы в масштабе всей биосферы в целом.

Аэрокосмический мониторинг позволяет выявить очаги и характер нарушений природных объектов с минимальной инерцией во времени; установить и картографировать степень, скорость и пространственные масштабы нарушения (в том числе загрязнения) или преобразования природной среды; проанализировать и оценить современное состояние природных компонентов и комплексов и составить прогноз последствии хозяйственной деятельности человека.

Для получения динамической информации о состоянии природной среды необходимо сопоставление повторных аэрокосмических изображений одной и той же территории через определенные промежутки времени.

При аэрокосмическом мониторинге используются различные методы съемки: фотографические одно- и многозональные, телевизионные в видимой и инфракрасной областях спектра, спектрометрическая индикация, инфракрасная, микроволновая и радарная индикация.

Последовательность дешифрирования космофотоматериалов включает этапы дешифрирования: привязка, обнаружение объекта, опознавание, интерпретация (объяснение), экстраполяция (обобщение, перенесение сравнительного анализа для изучения аналогичных условий, которые необходимы для геомониторинга).

Критерии выделения объектов: прямые дешифровочные признаки изображений (тон, цвет, структура рисунка фотоизображения); фотофизиономичные компоненты ландшафтов (хвойные леса - более темные отражения на снимках, лиственные леса - серые, остепненные участки - светло-серые); признаки и установленные по ним объекты наблюдения - города, поселения, лесные массивы, реки, озера.

Эффективность использования данных, полученных в результате аэрокосмических и наземных наблюдений, существенно возрастает, если они представлены в пространстве, т.е. положены на карту. Иначе говоря, в системе мониторинга важное место отводится картографической подсистеме или картографическому мониторингу - контролю, оценке и прогнозу состояния окружающей среды с помощью построения и анализа карт различного содержания.