Спосіб дистанційної ідентифікації забруднюючих речовин на території військового полігона

1. Спосіб дистанційної ідентифікації забруднюючих речовин на території військового полігона, що включає аерозйомку території, розшифровку, обробку, аналіз даних в ІЧ діапазоні спектра, який відрізняється тим, що вимірюють інтенсивність і спектральні характеристики енергії випромінювання. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вимірюють інтенсивність і спектральний склад падаючої теплової енергії. 3 15010 4 даючої радіації. вання відповідно [Вт/м2/мкм], Недоліки способу - прототипу наступні: випр(X, Y) локальна густина теплового потоку неможливість ідентифікації забруднюючих ревипромінювання [Вт/м2] в кожній точці; човин, високі вимоги до підготовки персоналу ,що відбит(Х, Y) локальна густина теплового потообробляють матеріал. ку відбиття [Вт/м2], в кожній точці; Вказані недоліки знижують надійність та ефекабсорб(Х, Y) локальна густина теплового пототивність використання способу. ку абсорбції [Вт/м2], в кожній точці; В основу корисної моделі поставлена мепропуск(X,Y) локальна густина теплового потота розробка способу дистанційної ідентифікації ку пропускання [Вт/м2], в кожній точці; речовин, що забруднюють територію військового Т (X, Y) - розподіл температури на дослідній полігону. поверхні, (К); В основі способу покладені результати дослі1, 2 3... концентрація хімічних елементів в джень [4, 5] спектрів хімічних елементів, речовин, суміші, сумішей, живих і неживих і об'єктів, з котрих видно, - довжина хвилі випромінюванняв ІЧ діапащо всі ці об'єкти мають в ІЧ діапазоні свої сугубо зоні. індивідуальні, спектральні характеристики випроОбробка результатів вимірювань в дещо мінювання, абсорбції, відбиття, пропускання паспрощеному вигляді має такий вигляд: даючої на них сонячної енергії. густина потоку випромінювання в кожній точці Поставлена задача вирішується тим, що в вираховується за законом Стефана-Больцмана спосіб - прототип отримання інформації про заЕ вмпр = А випром*с0*Т4/10000 (1) бруднення дослідної території вводять наступні де с0 = 5,67Вт/(м * К)- випромінювальна здатоперації: ність абсолютно чорного тіла. Аналогічно вирахо- вимірюють інтенсивність і спектральний вується густина падаючого теплового потоку. склад падаючого випромінювання в ІЧ діапазоні, Середня в ІЧ діапазоні величина спектрально- вимірюють інтенсивність і спектральний го коефіцієнта випромінювання в кожній точці доссклад власного випромінювання в ІЧ діапазоні, лідної поверхні вираховується за формулою - визначають інтенсивність і спектральний склад адсорбції сонячної енергії в ІЧ діапазоні, A випром A випром ( ) * (2). - визначають інтенсивність і спектральний Аналогічно визначається середня в ІЧ діапасклад теплової енергії відбиття в ІЧ діапазоні, зоні величина спектрального коефіцієнта падаючої - визначають спектральний склад і інтенсивтеплової енергії, абсорбції, відбиття, пропускання. ність теплової енергії пропускання в ІЧ діапазоні, Густина потоку абсорбції в кожній точці вира- по спектральним характеристикам випроміховується за формулою нювання, абсорбції, відбиття, поглинання прово4* (3), вмпр = А випром*с0*Т /10000 дять ідентифікацію хімічних елементів, речовин, Аналогічно визначається густина потоку відсумішей, що попали на дослідну територію. биття, пропускання, падаючої теплової енергії, в Від способу - прототипу заявляємий спосіб вікожній точці вираховується за формулою (3). дрізняється введенням операцій за якими: З рівняння Кирхгофа, записаного для будь- вимірюються спектральний склад і інтенсивякої точки дослідної території, знаходиться велиність власного випромінювання в ІЧ діапазоні; чина відсутніх ( не вимірюваних) величин коефіці- вимірюються спектральний склад випромієнтів, як сума середніх коефіцієнтів випромінюнювання і інтенсивність падаючого випромінюванвання, абсорбції, пропускання, відбиття ня в ІЧ діапазоні; A випром + А абсорб + A відбиття + A падаюч = 1,0 (4) - вираховується спектральний склад і інтенсиПеревірка отриманих даних проводиться по вність абсорбції енергії в ІЧ спектрі; загальному рівнянню теплового балансу, в точці і - вираховуються спектральні характеристики і по всій поверхні, як рівність густини падаючої тепенергія відбиття в ІЧ спектрі; лової енергії і суми густин теплових енергій ви- вираховуються спектральні характеристики і промінювання, абсорбції, відбиття і пропускання енергія пропускання; на дослідній території - здійснюється визначення забруднюючих реE пад = E вмпр + E абсорб + E відб + E проп (5) човин, сумішей. Довідкові матеріали по спектральним характеПри обробці матеріалів задаються, вимірюристикам коефіцієнтів абсорбції, відбиття, пропусються, і підраховуються в кожній точці поверхні кання, випромінювання подані в [4-7]. такі величин як: На Фіг.1, 2, 3, 4 показані деякі спектральні хаЕ (х,у)пад - локальна величина питомого тепло2 рактеристики процесів випромінювання, абсорбції, вого потоку в ІЧ діапазоні [Вт/м ], що падає на довідбивання, пропускання можливих забруднюючих слідну поверхню ; речовин. Е (х,у)випр - локальна величина питомого тепДля визначення речовин, елементів, що зналового потоку в ІЧ діапазоні [Вт/м2], що випроміходяться на території військового полігону, виконюється дослідною територією; ристовувались алгоритми однопараметричної або А випром( , 1, 2), А відбитт( , 1, 2), А абсорб( , 1, багатопараметричної ідентифікації обєктів [8]. За2). дача ідентифікації речовин розглядалась як задаА пропуск( , , ) - локальні в кожній точці поверча параметричного оцінювання вектора з застосохні величини ванням алгоритмів з емпіричними коефіцієнтами спектральних коефіцієнтів випромінювання, кавариаційної матриці. Для реалізації способу диадсорбції, відбивання, пропускання випроміню 5 15010 6 станційної ідентифікації забруднюючих речовин в Практична реалізація запропонованого спосопамяті ПЕОМ записувались програми реалізації бу дистанційного ідентифікації забруднюючих респособу, бази даних про спектральні характерисчовин була підтверджена при обробці даних отритики коефіцієнтів випромінювання, абсорбції, проманих при вимірюванні забруднень на території пускання, відбиття, дані про процеси випромінювійськового полігону. Деякі з цих матеріалів в вивання, абсорбції, пропускання, відбиття теплової гляді величин інтенсивності випромінювання і сеенергії в ІЧ діапазону спектру на дослідній територедніх значень в ІЧ діапазоні спектру спектральрії. З отриманих даних здійснювалось визначення них коефіцієнтів випромінювання, абсорбції, (ідентифікація) елементів, речовин, забруднень, відбиття, пропускання для деяких речовин подані визначались області розповсюдження окремих в таблиці 1. забруднень по території військового полігону. Таблиця 1 Речовини метали нафтопр одукти вибухові 303 313 Інтенсив випромін [ВТ/м2]. 47779182 5442023 323 6171534 Температура [К] Інтенс. адсорбц [ВТ/м2].. 4301264 3533731 5 4937227 Практичну реалізацію запропонованого способу можна здійснити за допомогою пристрою, основними елементами якого є блок сканування, фото прийомний блок, приймачі випромінювання, фільтри багатоканального реєструючого приладу, електронно-оптичніі перетворювачі, лінзова оптична система, радіометр із дзеркальною відбивною оптичною системою, приймач опорного сигналу, радіометр з термостатуючим блоком, модулюючим чорне тіло, персональний комп'ютер. Новим елементом пристрою є оптична система з обертовою дзеркальною призмою. Робота по заявляемому способу дистанційної ідентифікації забруднюючих речовин здійснюється наступним чином. ЛА з апаратурою вимірювання, пролітаючи по горизонтальній траєкторії на незначній висоті, послідовно сканує територію і вимірює падаючу і випромінюючу з поверхні енергію в ІЧ діапазоні спектру, а поворотна дзеркальна призма, обертаючись з частотою значно більшою частоти сканування, розкладає прийняте випромінювання в кожній точці на спектральні складові, фото прийомний пристрій фіксує теплову енергію, багатоканальний реєструючий прилад і електроннооптичні перетворювачі, разом з термостатованим пристроєм, визначають температуру об'єктів випромінювання. Загальне керування роботою блоків, вимірюванням і обробкою даних здійснюється персональним комп'ютером. По триманим даним по спеціальній програмі з використанням матеріалів спектральних характеристик коефіцієнтів, матеріалів бази даних, здійснюється ідентифікація елементів, речовин, що знаходяться на дослідній території. Таким чином поставлена мета розробка способу дистанційної ідентифікації забруднюючих речовин на території військового полігону при здійсненні вимірювань процесів, а саме: коеф. ви- коеф. аб- коеф. від- коеф. прм. сорбції биття россіюв. 0.5 0.245 0.44 0.24 0.06 0.35 0.35 0.4 0.25 0.1 коеф. пропуск ан. 0 0.15 0 визначенні інтенсивності і спектрального складу падаючої енергії в ІЧ діапазоні випромінення, вимірюванні інтенсивності випромінення і спектрального складу власного випромінювання в ІЧ діапазоні, визначенні інтенсивності і спектрального складу енергії відбиття дослідної території в ІЧ діапазоні, визначенні інтенсивності і спектрального складу енергії абсорбції на дослідній території в ІЧ діапазоні випромінення, визначенні інтенсивності ІЧ випромінення в кожній точці території ідентифікації елементів, речовин, що знаходяться на території - досягається. Джерела інформації: 1. Малахов И. П. Химический анализ объектов. Н-ск, Наука, 91г. 2. Ребрин Ю. К. и др. Способ совместного дешифрования зональных инфракрасных аэроснимков и устройство для его осуществления. Патент RU №1830133 МКИ G01С 17/44,95. 3. Павлов Н. И. и др. Способ дистанционного получения информации об объектах и сценах и его варианты. Патент России RU №2135955 МКИ G01С 11/04 за 99 рік. 4. Исаченко В. П. Теплопередача. М., Энергоиздат, 1981, 417с. 5. Вольф К. Справочник по ИК технике. 95г., М., Мир, 450с. 6. Брамсон О. П. Справочные талицы по ИК излучению нагретых тел. М., Наука, 85, 334с. 7. Кромберг П. Дистанционное излучение Земли. М.,Мир, 1988. 8. Красовский А. А. и др. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. М, »Наука»,79, 448с. 7 15010 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 15010 Підписне 10 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