Спосіб дистанційного визначення забруднення поверхні відкритих водоймищ

Спосіб дистанційного визначення забруднення поверхні відкритих водоймищ, який полягає у тому, що поверхню опромінюють лазерним променем, реєструють відблиски дзеркального відображення та визначають їх характеристики, який відрізняється тим, що одночасно з реєстрацією відблисків вимірюють швидкість вітру, а рівень забруднення визначають шляхом порівняння отриманих характеристик відблисків із зразковими значеннями для виміряної швидкості вітру. (19) (21) 20040807033 (22) 25.08.2004 (24) 15.05.2006 (46) 15.05.2006, Бюл. № 5, 2006 р. (72) Запевалов Олександр Сергійович (73) МОРСЬКИЙ ГІДРОФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е., Фельдман Ю.Р. Лазерная локация топографических неоднородностей на шероховатой морской поверхности // Морской гидрофизический журнал. - 1993. - №6. - с.64-73. 3 75804 4 Недоліком прототипу є наступне. Поставлена задача вирішується тим, що в Він не дозволяє розділити зміни шорсткості способі дистанційного визначення забруднення поверхні, обумовлені дією двох різних фізичних поверхні відкритих водоймищ, який полягає у томеханізмів, наприклад, відокремити зменшення му, що досліджувану поверхню опромінюють ларівня шорсткості, викликані зниженням швидкості зером, реєструють відблиски дзеркального вітру, від зменшень, створених підвищенням відображення і визначають їх характеристики, ноконцентрації забруднювальних речовин. Оскільки вим є то, що одночасно з реєстрацією відблисків зміни характеристик реєстрованих відблисків вимірюють швидкість вітру, а рівень забруднення унаслідок варіацій швидкості вітру можуть бути визначають шляхом порівняння отриманих харакпорівнянні чи більше змін, викликаних забруднентеристик зі зразковими значеннями для виміряної ням поверхні, даний спосіб не може забезпечити швидкості вітру. визначення рівня забруднення з необхідною В основі запропонованого способу лежать реточністю. зультати комплексних досліджень тонкої В основу винаходу поставлена задача ствотопографічної структури морської поверхні, викорення способу дистанційного контролю забруднаних на океанографічній платформі Морського нення, при якому сукупністю відомих і відмітних гідрофізичного інституту НАН України. При лазерознак, що характеризують особливості процесу ному зондуванні контроль стану поверхні реєстрації відблисків і оцінки їхніх характеристик, здійснювався приладами двох типів, що мають забезпечується технічний результат - можливість високе розріжнення: двовимірним лазерним при проведенні аналізу характеристик відблисків ухиломіром і струнними резістівними хвилеграфадзеркального відображення враховувати зміни ми. Був виявлений високий рівень кореляції між структури поверхні, обумовлені варіаціями флуктуаціями швидкості вітру W , параметрами швидкості вітру, що забезпечує підвищення ухилів поверхні та статистиками послідовностей точності визначення наявності забруднення, а тавідблисків дзеркального відображення (див. табкож ступеня його інтенсивності. лицю "Кореляційна матріця"). Кореляційна матриця W 1 0.85 0.84 0.89 0.78 -0.84 -0.59 W m m D F І Тут 2 m і m m 0.85 1 0.99 0.99 0.80 -0.87 -0.59 2 m 0.84 0.99 1 0.98 0.82 -0.86 -0.61 - дисперсія та середнє значення модуля ухилу; D – сума дисперсії двох ортогональних компонентів ухилу; F – частота відблисків дзеркального відображення; середня тривалість відблисків; I - середня інтенсивність відблисків. Саме виявлений в експерименті високий рівень кореляції між характеристиками відблисків і параметрами локальних ухилів поверхні створює принципову можливість реєстрації забруднення за даними лазерного зондування. Суть запропонованого способу пояснюється наступним. Більшість типів забруднення є поверхнево-активними речовинами (наприклад, нафта). Їх попадання у водоймища приводить до зміни величини поверхневого натягу, що, у свою чергу, приводить до зміни енергії хвиль брижів. Наслідком зміни рівня шорсткості стає зміна характеристик реєстрованих при лазерному зондуванні відблисків дзеркального відображення. До таких характеристик, зокрема, відносяться: частота реєстрованих відблисків, їхня тривалість і інтенсивність. Так у натурних експериментах на океанографічній платформі при забрудненні морської поверхні широко розповсюдженими синтетичними малофосфатними мийними засобами було зафіксовано зменшення частоти відблисків, D 0.89 0.99 0.98 1 0.80 -0.86 -0.58 F 0.78 0.80 0.82 0.80 1 -0.84 -0.86 -0.84 -0.87 -0.86 -0.86 -0.84 1 0.87 I -0.59 -0.59 -0.61 -0.58 0.86 0.87 1 збільшення їхньої тривалості, а також збільшення їхньої інтенсивності [3]. Аналогічні зміни лазерного сигналу при вимірюваннях з борту судна, що рухається, були зареєстровані в зоні техногенної аномалії біля Південного берега Криму, яка виникла в результаті розливу нафти [3]. Слід підкреслити, що вказані зміни характеристик лазерних відблисків мають місце і при зменшенні швидкості вітру. Прилад попередньо калібруєтся. Для цього в контрольованих умовах при різних швидкостях вітру реєструються відблиски при відображенні від чистої поверхні та поверхні з різним рівнем забрудненння. При реалізації запропонованого способу контролю забруднення поверхні відкритих водойм здійснюються наступні операції. Спочатку контрольовану поверхню опромінюють лазером і реєструють відблиски дзеркального відображення. Одночасно з реєстрацією відблисків вимірюють швидкість вітру. Потім по калібрувальних кривих визначають, якому рівню забруднення при виміряній швидкості вітру відповідають зареєстровані характеристики відблисків. У приладах для лазерного зондування водної поверхні відблиски дзеркального відображення реєструються як послідовність електричних імпульсів. Звичайно протягом сеансу вимірів ви значаються три 5 параметри: 75804 число (відблисків) N, їхня сумарна тривалість імпульсів N n , n 1 де n - тривалість n-го імпульсу; інтегральна T інтенсивність a t dt , де a(t) - амплітуда I 0 імпульсу; t - час. У проміжках між відблисками a(t) = 0. По трьох реєстрованих параметрах N, і I розраховувалися наступні характеристики: частота відблисків F, середня за сеанс вимірів тривалість відблиску і середня інтенсивність відблиску I: F=N/T, = N, I=I / , які й піддаються подальшому аналізу. Якісно загальний вигляд залежностей параметрів F, , І від швидкості вітру W показаний на фіг. 1-3. Суцільна лінія відповідає чистій воді. Штрихові лінії відповідають двом рівням забруднення, причому рівень 2 більше, ніж рівень 1. Зв'язок між параметрами F, , І і швидкістю вітру має стохастичний характер. Тому визначення рівня забруднення провадиться на основі факторного аналізу, в якому як предіктори використовуються всі три параметри відблисків. Комп’ютерна верстка М. Клюкін 6 Для реалізації запропонованого способу може бути використаний, наприклад, пристрій для визначення характеристик шорсткої поверхні, що відображає [4]. Як вимірники швидкості вітру можна використовувати стандартні гідрометеорологічні прилади (наприклад, чашковий ротоанемометр М-25). Використані джерела: 1. Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves,- A Review // Boundary Layer Meteorology/ - 1978, v. 13, № 1-4, p. 61-85. 2. Сох С., Munk W. Statistics of the sea surface derived from the sun glitter // J. Mar. Res. - 1954. - V. 13. N 2. P. 198-227. 3. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е., Фельдман Ю.Р. Лазерная локация топографических неоднородностей на шероховатой морской поверхности // Морской гидрофизический журнал. -1993. - № 6. - С. 64-73 (прототип). 4. Патент РФ на изобретение № 2073203 от 30.06.1992, опубл. в бюл. РФ № 4, 1997 г. "Устройство для определения характеристик шероховатой отражающей поверхности" авторы Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Мищенчук Ю.А., Смолов В.Е. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601