научная статья по теме ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ШХЕРНОГО РАЙОНА ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА Энергетика

Текст научной статьи на тему «ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ШХЕРНОГО РАЙОНА ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА»

УДК 502:551.46:656.61

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ШХЕРНОГО РАЙОНА ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА

А. В. Борисов, С. В. Козловский, И. Л. Рубанов, И. М. Рубанова, Ю. А. Стефанов

Рассмотрены основные вопросы построения интегрированной системы экологического мониторинга шхерного района Ладожского озера, основанной на использовании уникальных плавсредств Карельского филиала ОАО "Концерн "Океанприбор" и интеграции информации от различных датчиков. Ключевые слова: интегрированная система, экологический мониторинг, датчики.

Ладожское озеро играет огромную роль как в обеспечении деятельности народно-хозяйственного комплекса Северо-Западного региона Российской Федерации, так и в создании нормальных условий жизни многомиллионного населения Санкт-Петербурга, Ленинградской области, Республики Карелия (питьевое водоснабжение, рыболовство, рекреация).

Следует отметить, что в бассейне Ладожского озера велика доля производств, осуществляющих переработку и первичную обработку сырья, которые характеризуются высокой степенью отходов. Так, в Ленинградской области большой удельный вес имеет топливно-энергетическая, химическая, лесная, целлюлозно-бумажная промышленность, машиностроение; в Карелии — лесная и деревообрабатывающая промышленность [1]. Кроме того, Ладожское озеро является зоной интенсивного судоходства.

Шхерный район Ладожского озера — уникальное природное образование — представляет собой островной район, расположенный вдоль северо-западных берегов от мыса Рогатый на западе и до мыса Ристиниеми на востоке. Длина шхерного района около 100 км, ширина от береговой черты до южной границы колеблется от 6 до 25 км в зависимости от распространения шхер. В пределах шхерного района имеются ложбины, отличающиеся большими глубинами — до 230 м [2]. На берегах шхерного района расположен ряд крупных населенных пунктов.

В настоящее время шхерный район представляет значительный интерес как объект экологического и водного туризма [3].

Известно, что экологический мониторинг представляет собой комплексную систему наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений ее состояния под воздействием антропогенных и природных факторов [4].

Интегрированная система экологического мониторинга (ИСЭМ)

шхерного района Ладожского озера, базирующаяся на плавсредствах Карельского филиала ОАО "Концерн "Океанприбор", содержит стационарную составляющую, развернутую на плавлаборатории (ПЛ) проекта 14840 в заливе Найсмери, и мобильную составляющую на рейдовом катере (РК), основанном на морском буепостановщике шведской постройки пр. 508 OSV "Акустик", соответствующего регистру М 3,0 (рис. 1).

б)

Рис. 1. Плавсредства ИСЭМ:

а — плавлаборатория пр. 14840; б — рейдовый катер "Акустик"

42

вепвогв & Эувгетв • № 3.2013

В состав средств мониторинга, размещенных на стационарном плавсредстве, должны входить датчики давления, температуры, прозрачности, наличия примесей, гидроакустические профилографы (например, ПГ-300 [5] или ГП-400 [6]), стандартные средства пробоотбо-ров (например, ковш-дночерпатель Д4-2 [5]) или ударные трубки различных модификаций [7], базы данных по характеристикам толщ воды и дна, иерархическая автоматизированная система сбора и обработки информации, пульт индикации.

В состав средств мониторинга, размещаемых на мобильном плавсредстве, должны входить те же датчики, что и на стационарном плавсредстве, гидроакустический профи-лограф, средства пробоотбора, активно-пассивная гидроакустическая станция с гибкой протяженной буксируемой излучающей антенной (ГАС с ГПБА и ГПБИА) [8], навигационный эхолот, судовая навигационная радиолокационная станция, метеостанция, средства радиосвязи речного и морского регистров.

Отметим, что перечисленные выше датчики должны быть выполнены в виде волоконного оптико-электронного модуля, состоящего из двух частей: выносимой за борт пассивной части на основе волоконного световода с чувствительными элементами для измерения различных параметров среды, и бортовой части, включающей в себя оптико-электронную схему опроса датчиков и первичной обработки результатов измерений (так называемый "интеррогатор").

В такой системе находящаяся за бортом измерительная часть не требует электропитания и не содержит электрических проводников, при этом все датчики расположены на одном волоконном световоде. В качестве основы чувствительного элемента может быть использована либо волоконная решетка Брэгга, либо интерферометр Фабри-Перо, сформированные в одномодовом световоде. Физической основой для построения датчиков является свойство изменения длины волны отраженного излучения при изменении параметров решетки Брэгга или

резонатора Фабри-Перо под воздействием измеряемых факторов [9].

Оптические импульсы опроса датчиков формируются "интерро-гатором", в состав которого также входит сканирующий интерферометр Фабри-Перо. С его помощью анализируются изменения отражен -ных длин волн излучения и выдаются данные об измеренных величинах физических полей. Подобная схема обеспечивает возможность увеличения числа датчиков до сотни штук на одном волоконном световоде [10].

Структурная схема предлагаемой ИСЭМ представлена на рис. 2,

схемы звеньев сбора и обработки данных и решающего звена — на рисунках 3 и 4.

Многоканальный блок передачи данных предназначен для передачи информации от блока первичных датчиков и может содержать волоконно-оптические и электрические (кабельные и проводные) линии связи, радио и гидроакустические каналы.

Блок контроля вводимой информации предназначен для визуального и орфографического контроля вводимой в систему информации. Блок хранения статической справочной информации предна-

Рис. 2. Структурная схема ИСЭМ

данных

Рис. 3. Схема звена сбора и обработки данных

Датчики и Системы • № 3.2013 _ 43

На пульт индикации

Рис. 4. Схема решающего звена

значен для хранения информации, неизменной в процессе работы системы: руководящих документов, методик измерений и расчетов, результатов и условий предыдущих измерений и др.

Блок динамической справочной информации предназначен для хранения информации, изменяющейся в процессе работы ИСЭМ — метеорологической обстановки, координат точек измерения и взятия проб и их результаты и др. Блок архивирования служит для записи всей циркулирующей в системе информации, в том числе и вспомогательной.

С помощью блока формирования выходных документов оформляются выходные документы, отчеты, рапорты, донесения, кальки маневрирования РК.

Блок сопоставления и анализа данных предназначен для сопоставления информации, полученной от различных датчиков или каналов

ИСЭМ, данных, полученных в различное время или в различных условиях и т. д. Следует отметить, что подобная информация может отличаться от информации, полученной, например, ранее, а в ряде случаев и противоречить ей. Действие блока основано на теории проверки статистических гипотез относительно средних значений измеряемых величин при неизвестных и неравных в общем случае дисперсиях [11].

По нашему мнению, разработка и внедрение ИСЭМ позволяет весьма качественно проводить комплексный мониторинг экологического состояния шхерного района Ладожского озера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ладожское озеро. Прошлое, настоящее, будущее. — СПб.: Наука, 2002.

2. Комплексные исследования шхерной части Ладожского озера. — М., Л.: Наука, 1961.

3. Сапожников В. А., Шевелева И. В. Роль экологического туризма в решении проблем охраны окружающей среды (опыт работы на прибрежных территориях Ладожского озера). // Сб. тр. VII Международного экологического форума "День Балтийского моря", Санкт-Петербург, 2008. - С. 162-164.

4. Инженерная экология и экологический менеджмент. — М.: Логос, 2004.

5. Свечников А. И. Дистанционная оценка плотности донного грунта акустическим методом. // Тр. Х Все-рос. конф. "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики". — СПб.: Наука, 2010. — С. 448—450.

6. Войтов А. А., Остриянский Е. А., Свечников А. И. Гидрографический профилограф — новое техническое средство съемки грунта рельефа морского дна. // Тр. Седьмой Меж-дунар. конф. "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики". — СПб.: Наука, 2004. — С. 44—47.

7. Павлидис Ю. А., Никифоров С. Л. Обстановки морфолитогенеза в прибрежной зоне Мирового Океана. — М.: Наука, 2007.

8. Андреев М. Я., Охрименко С. Н, Рубанов И. Л. Разработка гидроакустической станции с гибкой протяженной буксируемой антенной для освещения подводной обстановки // Датчики и системы. — 2008. — № 11. — С. 29—31.

9. <www.forc-photonics.ru>. Волоконные датчики измерения температуры, давления, напряжений.

10. <www.ni.com/russia>. Модуль регистрации сигналов с оптических датчиков PXIe-4844.

11. Монтгомери Д. К. Планирование эксперимента и анализ данных. — Л.: Судостроение, 1980.

Андрей Васильевич Борисов — директор Карельского филиала ОАО "Концерн "Океанприбор ";

Сергей Викторович Козловский — канд. техн. наук, вед. сотрудник НИЦ РЭВ ВМФ;

Игорь Лазаревич Рубанов — канд. техн. наук, начальник сектора ОАО "Концерн "Океанприбор";

Ирина Михайловна Рубанова — канд. педагогических наук, доцент Санкт-Петербургского Государственного университета сервиса и экономики;

Юрий Александрович Стефанов — вед. инженер ОАО "Концерн "Океанприбор".

® (812) 320-80-40

E-mail: mail@oceanpribor.ru □

44

Sensors & Systems • № 3.2013

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком