Способ экологического мониторинга химически опасных объектов
Владельцы патента RU 2346302:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ижевский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для мониторинга химически опасных объектов. Сущность: определяют концентрации опасных веществ в рабочей зоне объекта, санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и опасной зоне окружающей среды. Сравнивают полученные результаты с предельно-допустимыми значениями. Если полученные результаты превышают предельно-допустимые, прогнозируют зону заражения и поражающего действия с учетом метеоусловий и объема выброса опасных веществ. При угрожающем прогнозируемом развитии аварии или возникновении аварийной ситуации адаптивно подключают в реальном масштабе времени в указанных зонах в зависимости от прогнозируемого развития опасных последствий передвижные лаборатории анализа, лазерные лидары, постоянные посты контроля для принятия решения о чрезвычайной ситуации. Причем постоянные посты контроля устанавливают «треугольником» и оперативно определяют координаты возможного выброса опасных веществ путем взаимной корреляции параметров (регистрация зараженного облака и ударной волны взрыва) исходя из времени прихода сигналов на посты контроля. Достоверность возможного выброса опасных веществ подтверждают регистрацией аварийных измерительных сигналов всеми тремя постами. Технический результат: повышение эффективности определения координат аварии за счет сокращения времени на принятие решения о чрезвычайной ситуации, вызванной взрывом на химически опасном объекте. 1 ил.
Изобретение относится к области мониторинга, в частности к мониторингу химически опасных объектов.
Известен способ экологического мониторинга химически опасных объектов [Патент РФ.№2271012, опубл. 27.02.06, МПК7 G01N 35/00 бюл. №6], по которому принимают решение об аварийной ситуации с учетом взаимной корреляции аварийных измерительных сигналов между собой.
Недостатком способа является невозможность точного определения координат места аварии.
Известен способ дистанционного обнаружения экологически опасных газов (Патент РФ №2158423, МПК7 G01N 21/61), заключающийся в использовании лазерного излучения для обнаружения и измерения концентрации опасных газов в местах аварийного или несанкционированного их появления.
Однако данный способ может быть использован лишь на открытой непересеченной местности. Кроме того, применение лидарных систем требует больших затрат, так как установка одного поста наблюдения с точки зрения эффективности полученного результата недостаточна.
Задачей изобретения является повышение эффективности определения координат аварии за счет сокращения времени на принятие решения о чрезвычайной ситуации, вызванной взрывом на химически опасном объекте.
Поставленная задача достигается за счет того, что определяют концентрацию опасных веществ в рабочей зоне объекта, санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и опасной зоне окружающей среды, сравнивают полученные результаты с предельно-допустимыми концентрациями и при их превышении прогнозируют зоны заражения и поражающего действия с учетом метеоусловий и объема выброса опасных веществ. При угрожающем прогнозируемом развитии аварии или возникновении аварийной ситуации адаптивно подключают в реальном масштабе времени в указанных зонах в зависимости от прогнозируемого развития опасных последствий передвижные лаборатории анализа, лазерные лидары, постоянные посты контроля для принятия решения о чрезвычайной ситуации. Постоянные посты контроля устанавливают «треугольником» и оперативно определяют координаты возможного выброса опасных веществ путем взаимной корреляции параметров (регистрация зараженного облака и ударной волны взрыва) исходя из времени прихода сигналов на посты контроля, а достоверность возможного выброса опасных веществ подтверждают регистрацией аварийных измерительных сигналов всеми тремя постами.
В связи с этим необходима постановка задачи по выбору размещения постов наблюдения, в части касающихся контроля зараженности атмосферного воздуха на локализованной территории со сложным рельефом местности с возможностью определения координат аварийного выброса для повышения оперативности, надежности и достоверности принятия решения о чрезвычайной ситуации. Несомненно, один пост наблюдения не в состоянии выдать объективную картину экологической обстановки.
Если установить два поста наблюдения воздушной среды химически опасного объекта и прилегающей к нему территории, то определить точные координаты возможной чрезвычайной ситуации достаточно сложно, даже если осуществлять контроль выброса по двум параметрам (например, по регистрации зараженного облака и ударной волны взрыва).
Поэтому в качестве модели для оценки экологической обстановки на выделенном участке местности предлагается установить три поста наблюдения.
Предположим, что на контролируемой местности установлены три регистратора (автоматических поста) (см. фиг.1) для определения параметров распространения опасных веществ на местности. Рассмотрим пример возможной корреляции двух любых параметров, характеризующих аварию на химически опасном объекте. Одним из параметров может являться факт наступления аварии по немедленному сообщению с объекта, факт регистрации тремя регистраторами звуковой волны (сейсмоволны) от взрыва на объекте или факт регистрации зараженного облака.
Для того чтобы система подтвердила факт выброса опасных веществ, параметры зарегистрированных процессов (сейсмоволны и распространения облаков) должны соответствовать истинным параметрам аварии (мощности и положения относительно регистраторов на местности). Обозначим Rν - параметры выброса, Xν - координаты выброса, Xi - координаты i-го регистратора, Ri - параметры зарегистрированных им процессов. Тогда для любого из них должно выполняться соотношение
где f - функция, связывающая параметры регистрируемых процессов с параметрами выброса, координатами взрыва и регистратора.
Если все эти соотношения выполняются, то можно сказать, что выброс действительно произошел. Реально для системы распознавания нужно выбрать лишь наиболее существенные, с точки зрения увеличения вероятности правильного решения, соотношения.
Для определения того, выполняется ли то или иное соотношение, нужно знать кроме координат регистратора (которые известны) также координаты выброса и его параметры.
Примерные координаты выброса можно определить исходя из времени прихода сигналов на регистраторы. Для этого используется тот факт, что скорость распространения сейсмоволны и распространения зараженного облака различны.
Зная примерную скорость распространения, можно рассчитать расстояние от места выброса до регистратора по интервалу времени между приходом сейсмоволны (звуковой волны) и зараженного облака. Расстояние до точки выброса опасных веществ можно выразить как
где r - расстояние до точки выброса;
V1 - скорость сейсмоволны;
V2 - скорость распространения зараженного облака;
t1 - время распространения сейсмоволны;
t2 - время распространения зараженного облака;
Δt=t2-t1 - задержка распространения зараженного облака относительно сейсмоволны.
Разрешив эти уравнения относительно известных величин, получится следующее выражение:
Зная расстояние от трех регистраторов, расположенных в треугольнике, можно однозначно определить выброс опасных веществ на местности (см. фиг.1). Определив координаты выброса, можно проверить выполнение соотношений (1), то есть определить, сработали ли регистраторы, соответствуют ли данные о временных соотношениях вычисленному положению выброса, соответствуют ли параметры всех зарегистрированных данных параметрам выброса, которые определяются на этом же этапе.
Исходя из выполнения или невыполнения этих соотношений выдается решение о том, что выброс опасных веществ действительно произошел (или не произошел).
Если в качестве параметров опознавания будут выбраны ударная волна и распространение опасных веществ, то будет обнаружен факт взрыва. Так как скорость распространения ударной волны в воздухе намного больше скорости распространения зараженного облака, то при подстановке в выражение (4) V1=Vударной волны, ΔV1=V2, поскольку V1>>V2, t1≅0, выражение (3) примет следующий вид:
где V2 - скорость распространения опасных веществ в воздухе;
t2 - время распространения опасных веществ до регистратора.
Дополнительным признаком корреляции факта взрыва является соответствие расстояний ri различных регистраторов i до точки взрыва с учетом заданной сетки, в узлах которой установлены регистраторы.
Таким образом, установка стационарных постов «треугольником» достаточна для контроля за изменением концентраций при выбросе опасных веществ в результате запроектной аварии в зонах влияния химически опасного объекта.
Учитывая, что на объекте аварии маловероятны, то стационарные посты будут регистрировать изменение рабочих (фоновых) концентраций опасных веществ в атмосферном воздухе. При этом три поста достаточно точно могут определить и источник локальности выброса, если он существует.
При расположении постов в «треугольнике» исключено ложное принятие решения о выбросе, при котором на один из постов в «треугольнике» может поступить выброс какого-либо вещества (помехи), находящегося вблизи поста. При отсутствии информации на других двух постах эта информация может считаться ложной.
Таким образом, разработанное техническое решение расстановки постов «треугольником» с учетом взаимной корреляции аварийных измерительных сигналов между собой целесообразно использовать:
- на химически опасных объектах, занимающих большие территории;
- в случаях возможных чрезвычайных ситуаций, связанных с выбросом опасных веществ в результате террористической деятельности в зонах влияния химически опасных объектов;
- в случаях, когда зараженное облако может прийти с другого химически опасного объекта, расположенного в непосредственной близости рассматриваемого объекта.
Кроме того, во всех перечисленных ситуациях данный способ позволяет осуществлять качественный мониторинг в условиях сложного рельефа местности.
Способ экологического мониторинга химически опасных объектов, заключающийся в определении концентрации опасных веществ в рабочей зоне объекта, санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и опасной зоне окружающей среды, сравнении полученных результатов с предельно-допустимыми концентрациями и при их превышении прогнозирование зоны заражения и поражающего действия с учетом метеоусловий и объема выброса опасных веществ, при угрожающем прогнозируемом развитии аварии или возникновении аварийной ситуации адаптивно подключают в реальном масштабе времени в указанных зонах в зависимости от прогнозируемого развития опасных последствий передвижные лаборатории анализа, лазерные лидары, постоянные посты контроля для принятия решения о чрезвычайной ситуации, отличающийся тем, что постоянные посты контроля устанавливают «треугольником» и оперативно определяют координаты возможного выброса опасных веществ путем взаимной корреляции параметров (регистрация зараженного облака и ударной волны взрыва), исходя из времени прихода сигналов на посты контроля, а достоверность возможного выброса опасных веществ подтверждают регистрацией аварийных измерительных сигналов всеми тремя постами.
