Спектрорадиометрический способ определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере

Изобретение относится к способам дистанционного зондирования атмосферы и может быть использовано для определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, например, в целях прогнозирования последствий аварий на химически опасных объектах. Сущность: проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам не менее чем двумя Фурье-спектрорадиометрами. Используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов. Прогнозируют направление оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени. Определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту. Находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения. Последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака токсичного газообразного вещества. Технический результат: обеспечение возможности определения траектории и прогнозирования направления распространения облаков токсичных газообразных веществ.

 

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, в частности к способам исследования ее газового состава, и может быть использовано при прогнозировании последствий аварий на химически опасных объектах.

Известен способ дистанционного определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, принятый в качестве прототипа [патент №2478995, авторы: Бойко А.Ю.; Садовников Р.Н.; Шлыгин П.Е.; Самородов А.С.; Позвонков А.А.; Тюрин Д.В.; Морозов А.Н.; Табалин С.Е.; Фуфурин И.Л.]. Круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта проводят по наклонным трассам сопряженными Фурье-спектрорадиометрами. В момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации предварительно определяют географические координаты, а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем спектрорадиометров. Обнаружение и идентификацию облаков газообразных веществ проводят по спектрам их собственного излучения, регистрируемым Фурье-спектрорадиометрами. С использованием полученных данных строят проекции осей полей зрения спектрорадиометров по направлениям, в которых произошло срабатывание приборов на горизонтальную плоскость, и определяют границы местоположения облака газообразного токсичного вещества.

Недостатками данного способа являются:

во-первых, способ не позволяет прогнозировать направление и траекторию распространения облаков токсичных газообразных веществ;

во-вторых, при определении местоположения облаков газообразных токсичных веществ используются все данные о срабатывании приборов, без учета различия во времени идентификации. Такой подход способствует существенному увеличению погрешности определения границ местоположения облаков газообразных токсичных веществ, поскольку лишь в случае использования при расчетах информации о срабатываниях приборов разведки, совпадающих по времени, можно утверждать, что вычисленные координаты облаков газообразных токсичных веществ относятся к одному и тому же объекту индикации.

В основу изобретения положена задача разработать способ, обеспечивающий получение следующего технического результата: определение траектории и прогнозирование направления распространения облаков токсичных газообразных веществ.

Для решения поставленной задачи в способе определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанном на определении координат идентифицированных не менее чем двумя географически привязанными Фурье-спектрорадиометрами облаков газообразных веществ по точкам пересечения проекций их осей полей зрения, проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам, используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов, выполняют прогнозирование направления оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени, по этим данным определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту, и находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения, последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака зараженного воздуха.

Наиболее простой алгоритм определения положения облака по данным от двух Фурье-спектрорадиометров предполагает, что известны направления осей полей зрения двух приборов при их одновременном срабатывании. Однако на практике ситуация, когда происходит одновременное срабатывание приборов, практически невозможна, поскольку их оптические зондирующие системы сканируют пространство независимо друг от друга. В этой связи необходимо для каждого момента времени, когда сработал один из приборов, выполнить прогнозирование направления оси поля зрения другого прибора, при котором он мог бы сработать в тот же момент времени.

Поскольку угловая скорость вращения оптического блока Фурье-спектрорадиометра является постоянной, зависимость угла положения оси поля зрения от времени должна описываться линейным законом:

где αij - угол между направлением на север и продольной осью j-го спектрорадиометра в момент i-го измерения, град;

ti - момент проведения i-го измерения;

kj, bj - численные коэффициенты.

Для того чтобы уменьшить влияние случайных погрешностей, содержащихся в исходных данных, определение коэффициентов k и b можно выполнить с привлечением метода наименьших квадратов.

Реализация метода наименьших квадратов при решении рассматриваемой задачи для каждого из приборов предполагает определение k и b, обеспечивающих минимизацию следующего функционала:

где n - количество измерений.

Для определения k и b составим систему уравнений, для чего найдем соответствующие частные производные функционала (2) и приравняем их к нулю

Решив полученную систему уравнений, получаем формулы для нахождения коэффициентов k и b по методу наименьших квадратов:

Используя данные о направлениях срабатываний Фурье-спектрорадиометров для каждого из моментов времени с помощью линейного закона (1), получаем уравнения аппроксимирующих прямых для каждого их приборов.

Полученные уравнения позволяют определить, для каждого из приборов, расчетные направления их осей поля зрения, при которых они могли бы сработать в тот же момент времени, когда произошло реальное срабатывание другого спектрорадиометра.

С использованием реальных и расчетных направлений осей полей зрения строятся их проекции на горизонтальную плоскость для каждого момента срабатывания. Точка пересечения осей полей зрения приборов, построенных для одного и того же момента времени, указывает на положение облака токсичного газообразного вещества.

Координаты точек пересечения проекций осей полей зрения вычисляются по следующим формулам:

где xобл, yобл - координаты точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров, м;

х1, y1 - географические координаты 1-го спектрорадиометра, м;

х2, y2 - географические координаты 2-го спектрорадиометра, м;

α1, α2 - углы между направлением на север и продольной осью 1-го и 2-го спектрорадиометра соответственно, град.

С использованием метода наименьших квадратов на основе вычисленных координат облака токсичного газообразного вещества находим уравнения (9) и (10), описывающие изменение координат облака с течением времени:

Полученные уравнения полностью определяют направление и динамику распространения облака токсичного газообразного вещества. Из выражений (9) и (10) получаем уравнение траектории распространения облака токсичного газообразного вещества для графического отображения на карте:

где c, d - численные коэффициенты.

Спектрорадиометрический способ определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанный на определении координат идентифицированных не менее чем двумя географически привязанными Фурье-спектрорадиометрами облаков газообразных веществ по точкам пересечения проекций их осей полей зрения, отличающийся тем, что проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам, используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов, выполняют прогнозирование направления оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени, по этим данным определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту, и находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения, последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака зараженного воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Техническим результатом является возможность пеленга нескольких типов источников сигналов, уменьшение погрешности при использовании устройства на ближних расстояниях и повышение помехоустойчивости устройства.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки водозапаса облаков над океаном. Сущность: получают значения радиояркостных температур по четырем радиометрическим каналам, имеющим частоты 18,7 ГГц горизонтальной поляризации, 23,8 ГГц вертикальной поляризации, 36,5 ГГц горизонтальной поляризации и 36,5 ГГц вертикальной поляризации.

Способ дистанционного оптического зондирования неоднородной атмосферы содержит этап посылки в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по трассам, пересекающимся в заданной точке, и по дополнительным трассам, пересекающим эти трассы с образованием областей зондирования, ограниченных отрезками между точками их пересечения, приема сигналов, рассеянных в обратном направлении.

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд. Способ включает в себя определение величины относительной мощности излучения двух звезд.

Изобретение относится к дистанционным методам атмосферных исследований. Сущность: проводят синхронную съемку подстилающей поверхности, применяя следующие устройства, установленные на космическом носителе: видеокамеру ультрафиолетового диапазона, спектрозональную камеру видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, гиперспектрометр с рабочим диапазоном 190-790 нм.

Изобретение относится к контрольно-измерительным средствам мониторинга акустошумового загрязнения селитебных территорий. Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории включает в себя ультразвуковой термоанемометр, состоящий из нескольких пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей/приемников, и соединенное с ним каналом связи устройство обработки информации, при этом в него дополнительно введены акустический датчик, вычислительное устройство и устройство отображения, причем выход акустического датчика соединен каналом связи с устройством обработки информации, которое, в свою очередь, соединено каналом связи с вычислительным устройством, а вычислительное устройство соединено с устройством отображения.

Изобретение относится к области гидрометеорологического моделирования и может быть использовано для создания картосхем распределения твердых атмосферных осадков.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для измерения концентрации парниковых газов в атмосфере. Сущность: система содержит тракт дистанционных измерений и тракт экспресс-анализа газовых компонент в предельном слое атмосферы.

Акселерометром регистрируют сигнал временного ряда колебаний шины, разбивают его на интервалы при помощи средства разбиения, затем сигналы временного ряда колебаний шины выделяют для соответствующих интервалов, после чего вычисляют характеристические векторы соответствующих временных интервалов.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для получения информации о таянии ледника и температуре в его толще. Устройство содержит термокосу из датчиков температуры, расположенных на известном равном друг от друга расстоянии, и которые последовательно соединены между собой гибким кабелем.

Изобретение относится к области палеоклиматологии и может быть использовано для восстановления рядов метеорологических характеристик. Сущность: выполняют предварительное датирование путем подсчета годовых сигналов в изотопном составе. Выделяют теплый и холодный сезоны в годовом цикле. Корректируют результаты предварительной датировки. Рассчитывают средние сезонные значения изотопного состава и скорость снегонакопления для каждого выделенного слоя с учетом плотности. Вводят поправки на адвекцию льда и на утончение годовых слоев. Дополнительно рассчитывают среднесезонные значения количества осадков в регионе и среднесезонные значения температуры воздуха в точке бурения. Сопоставляют среднесезонную скорость снегонакопления в точке бурения и среднесезонное количество осадков в регионе. Выявляют тип изменения количества осадков, к которому относится точка бурения. Рассчитывают уравнение регрессии между среднесезонным количеством осадков в регионе и среднесезонной скоростью снегонакопления. Рассчитывают по уравнению регрессии количество осадков в точке бурения. Сопоставляют среднесезонные значения изотопного состава ледяного керна и среднесезонные значения температуры воздуха в точке бурения. Рассчитывают уравнение регрессии между среднесезонным изотопным составом и среднесезонной температурой воздуха. Рассчитывают по уравнению регрессии среднесезонные значения температуры воздуха в точке бурения. Технический результат: восстановление рядов метеорологических характеристик.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для мониторинга атмосферного воздуха санитарно-защитных зон промышленных объектов. Сущность: система включает в себя стационарный экологический павильон (1), систему (3) пробоподготовки воздуха, автоматический измерительный комплекс (4), беспроводную систему (6) передачи накопленных результатов измерений, вспомогательное климатическое оборудование (7). Система дополнительно оснащена радиально проложенными по всем направлениям и на всю глубину утвержденной санитарно-защитной зоны всасывающими линиями (8), на которых через заданные промежутки установлены точки (9) отбора проб, оснащенные герметичными дистанционно управляемыми крышками. При этом подачу отобранной пробы воздуха из определенной всасывающей линии (8) через систему (3) пробоподготовки в автоматический измерительный комплекс (4) обеспечивает многоканальный компрессорный блок (2) в соответствии с заданной программой либо в ручном режиме. Технический результат: возможность выявления нормативно-несанкционированных уровней загрязнения атмосферного воздуха по всей территории санитарно-защитной зоны предприятия. 1 ил.

Изобретение относится к области экологического картографирования и может быть использовано для решения различных природоохранных задач. Сущность: определяют перечень учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых объектов (ОЗО) и природоохранных территорий (ПОТ). Определяют границы сезонов для исходных данных. Собирают данные о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, материалов экологического мониторинга, публикаций по результатам различных исследований, а также путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы. Собирают экспертные оценки специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными. Определяют численность на единицу площади и/или плотности биомассы групп/подгрупп/видов биоты, границы мест обитания важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. Собирают картографическую информацию о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации. Вводят собранную информацию в электронную картографическую базу данных (БД). Строят сезонные карты биоты с учетом сезонных особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти. Нормируют полученные сезонные карты распределения биоты путем деления значений сезонного распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты на обилие соответствующей экологической группы в среднем за год в картографируемом районе. Рассчитывают коэффициенты уязвимости для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности компонентов к действию нефти, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти. Строят карты уязвимости биоты путем “сложения” нормированных карт распределения ВКБ с учетом их коэффициентов уязвимости. Нормируют полученные карты уязвимости биоты. Строят карты расположения ОЗО и ПОТ для заданного картографируемого района. Присваивают на основе экспертных оценок значения приоритетной защиты для ОЗО и ПОТ. Строят по отдельности карты уязвимости ОЗО и ПОТ путем “сложения” исходных карт расположения ОЗО и ПОТ с учетом их значений уязвимости. Нормируют полученные карты уязвимости ОЗО и ПОТ. Определяют границы сезонов, для которых будут рассчитываться интегральные карты уязвимости, с учетом особенностей сезонного распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ. Строят карты интегральной уязвимости. На последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делят на 3-5 поддиапазонов, которые на картах окрашивают в разные цвета. Вводят полученную в ходе построения карт интегральной уязвимости информацию в картографическую БД. При этом коэффициенты уязвимости учитываемых групп/подгрупп/видов биоты рассчитывают по значениям чувствительности биоты, ее восстанавливаемости и потенциального воздействия на нее нефти, которые оценивают по метрической шкале. Значения чувствительности для пелагической биоты рассчитывают с учетом следующих параметров: летальная концентрация нефти или летальная нагрузка нефти, вызывающие гибель 50% биомассы или численности биоты в воде для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей в толще воды; предельно допустимая концентрация нефти в воде, не оказывающая воздействия на биоту. Значения чувствительности для биоты, контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, рассчитывают с учетом следующих параметров: летальная толщина пленки нефти, вызывающая 50%-ную гибель биоты для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей большей частью на поверхности воды, а не в ее толще; предельное значение толщины пленки нефти, не оказывающее воздействия на биоту. Технический результат: повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к способам дистанционного зондирования атмосферы и может быть использовано для определения траектории распространения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, например, в целях прогнозирования последствий аварий на химически опасных объектах. Сущность: проводят непрерывное круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта по наклонным трассам не менее чем двумя Фурье-спектрорадиометрами. Используя результаты срабатывания спектрорадиометров, экспериментально устанавливают законы углового перемещения индицируемого облака относительно каждого из приборов и для каждого направления и момента времени, когда сработал один из приборов. Прогнозируют направление оси поля зрения для остальных приборов, в котором они предположительно могли бы индицировать облако в тот же момент времени. Определяют координаты точек пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированных на топографическую карту. Находят уравнения, описывающие изменение с течением времени координат облака, которые дают возможность прогнозировать направление и динамику его распространения. Последовательность найденных координат во времени аппроксимируют линией, являющейся искомой траекторией распространения индицируемого облака токсичного газообразного вещества. Технический результат: обеспечение возможности определения траектории и прогнозирования направления распространения облаков токсичных газообразных веществ.

Наверх