СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ ГОРОДА Российский патент 2004 года по МПК G06F17/40 G01W1/00 G08B25/10 

Изобретение относится к области экологии, к способам диагностики состояния атмосферы города путем формирования карты распределения загрязняющих веществ в текущий момент времени с помощью автоматической передачи на компьютер информации с датчиков загрязнения атмосферы, размещенных на городском общественном электротранспорте.

Известна система мониторинга загрязнений атмосферы города, включающая транспортную единицу, содержащую приемопередающее устройство для считывания/записи оперативной информации от наземных датчиков, расположенных неподвижно вокруг источников загрязнения и на транспортной единице [1. Назаров И.М., Николаев А.Н, Фридман Ш.Д. Основы дистанционных методов мониторинга загрязнения природной среды. Л.: Гицрометооиздат, 1983, с.27].

Недостатком известной системы мониторинга является неточное диагностирование экологического состояния из-за низкой чувствительности неподвижных наземных датчиков к загрязнению атмосферы в случае, если в соответствии с текущим направлением ветра хвост рассеивания от источника загрязнения ложится между датчиками; фоновое загрязнение атмосферы выхлопными газами автомобиля, что приводит к снижению достоверности показаний расположенного на автомобиле датчика; периодический, с большими интервалами времени, мониторинг при использовании специальных транспортных средств, что ограничивает возможности при построении полей загрязнения атмосферы учитывать реальные концентрации вредных веществ в текущий момент времени; высокая стоимость радиоканалов и транспортных средств, специально привлекаемых и оснащенных для экологического мониторинга.

Наиболее близкой по технической сущности является система мониторинга при выполнении наблюдений за общественным транспортом, содержащая транспортную единицу, оснащенную датчиком сигналов от стационарно размещенных маячков, связанных с маршрутом движения данной транспортной единицы, группой датчиков, сообщенных с блоком обработки данных, включающим аналого-цифровой преобразователь, процессор и блок обеспечения передачи информации компьютеру, расположенному стационарно вне транспортной единицы [2. Заявка Российской Федерации №97110229/09 от 10.06.1997 г., опубл. 10.07.1999 г. ОБ №19 - прототип]. Система предназначена и эффективна для контроля (наблюдения) за графиком движения городского транспорта и за его техническим состоянием.

Ее недостатками являются ограниченные функциональные возможности и низкая экономичность. В ней контролируется и используется только внутренняя информация, касающаяся транспортной единицы. К блоку обработки данных системы наблюдения подключены датчики, например, вибрации или температуры, которые контролируют техническое состояние транспортного средства, например, с целью выявления необходимости проведения его профилактического ремонта, оценки состояния тормозных колодок. В системе не используются возможности для оценки экологического состояния атмосферы в районах города с пролегающими по ним маршрутами движения городского общественного транспорта, широкой сетью охватывающего его территорию. Отмечается низкая экономичность работы системы за счет необходимости использования для идентификации моста нахождения транспортной единицы элементов связи со спутником, системы наземных мачт, большого количества вновь устанавливаемых маячков малой мощности или малого количества маячков большой мощности, обеспечивающих наблюдения за транспортом вне прямой видимости из-за наличия в городе высоких зданий и больших сооружений, экранирующих исходящие от маячков сигналы.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы мониторинга при выполнении наблюдения за городским общественным транспортом путем измерения концентраций вредных веществ в атмосфере на маршрутах движения транспорта, получения точной экологической информации и формирования на компьютере карты распределения вредных веществ в атмосфере города в текущий момент времени, что позволит за счет множества мест контроля и постоянного накопления текущих данных продиагностировать состояние окружающей среды, принять неотложные меры по ее сохранению, расширить тем самым функциональные возможности системы наблюдения за транспортом, повысить ее экономичность.

Поставленная задача решается тем, что в систему мониторинга при выполнении наблюдений за общественным транспортом, содержащую электротранспортную единицу, оснащенную группой датчиков, связанных с блоком обработки данных, имеющим приемопередающее средство для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации, связанной с маршрутом движения указанной электротранспортной единицы, и передачи их локальному блоку обработки данных, расположенному вне электротранспортной единицы, согласно изобретению включены расположенные на электротранспортной единице быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы, концевой датчик открытия дверей и подключенные вместе с датчиком скорости движения через аналого-цифровой преобразователь к процессору, к которому также подключены блок сравнения количества остановок, блок памяти. При этом стационарные маячки установлены на конечных остановках маршрутов электротранспортных единиц или в точке их пересечения.

Благодаря установке быстродействующих газовых датчиков экологического контроля состояния атмосферы на электротранспортных единицах городского общественного транспорта расширяют функциональные возможности системы наблюдения, исключают затраты на специально привлекаемый транспорт для контроля за экологическим состоянием окружающей среды, т.к. общественный транспорт работает постоянно, в ночное время на маршрутах находятся дежурные трамваи и троллейбусы.

Повышают достоверность показаний быстродействующих газовых датчиков экологического контроля состояния атмосферы за счет использования экологически чистых транспортных средств, не создающих фоновых загрязнений выхлопными газами, маршруты которых широкой сетью охватывают все районы города, в том числе и наиболее загрязненные, что увеличивает количество контролируемых точек на местности. Движение электротранспорта с определенной периодичностью увеличивает частоту контроля атмосферы в одних и тех же точках.

На основе реально измеренных концентраций вредных веществ по всей протяженности маршрута, в отличие от прогнозируемых или расчетных, автоматически формируют на локальном блоке обработки данных 11 достоверную карту распределения вредных веществ в атмосфере города в текущий момент времени.

Использование концевого датчика открытия дверей, создающего электрический сигнал во время остановки электротранспортной единицы, и счетчика остановок, который по сигналу датчика открытия дверей увеличивает свое содержимое на единицу при каждой остановке, считая с начала движения, позволяет постоянно иметь информацию о том, на каком участке маршрута находится в данный момент электротранспортная единица.

Подключение к аналого-цифровому преобразователю блока обработки данных датчика скорости движения позволяет, с учетом скорости движения электротранспортной единицы, более точно распределить информацию, полученную от быстродействующих газовых датчиков экологического контроля состояния атмосферы, по маршруту между остановками, что повысит точность построенной карты загрязнений.

Размещение на конечной остановке стационарного маячка позволит центральному процессору по сигналу маячка, принятому посредством приемопередающего средства для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации, определять конец маршрута и маркировать информацию как недостоверную при несовпадении в конце маршрута текущего показания счетчика остановок и хранящегося в блоке памяти центрального процессора числа остановок на данном маршруте. Также по сигналу маячка процессор обнуляет счетчик остановок перед очередным прохождением маршрута.

Использование блока памяти центрального процессора также для хранения полученных в период движения данных с дальнейшей передачей этих данных во время остановки локальному блоку обработки данных, посредством блока обеспечения обмена информации, позволяет разгрузить информационный канал между локальным блоком обработки данных и блоком обработки данных за счет передачи данных только во время остановок, что существенно особенно при использовании в системе большого количества электротранспортных единиц.

Установка на локальном блоке обработки данных соответствующего программного обеспечения позволяет сформировать карту распределения загрязнений атмосферы в соответствии с полученными от электротранспортных единиц данными об экологической ситуации в городе.

Использование городского электротранспорта с уже имеющимися маршрутами движения, датчиками скорости движения и концевыми датчиками открытия дверей, а также монтаж имеющих малое энергопотребление стационарных маячков только, например, на конечных остановках электротранспортных единиц или в точках пересечения маршрутов повышает экономичность системы мониторинга.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы мониторинга на примере одной электротранспортной единицы.

Быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы 1 и датчик скорости движения 2 электротранспортной единицы подают сигналы аналого-цифровому преобразователю 3, откуда в цифровом виде считываются центральным процессором 7 блока обработки данных 4 и в период между остановками накапливаются в блоке памяти 9 центрального процессора 7, вместе с данными о текущем количестве пройденных остановок, в соответствии со счетчиком остановок 5. Концевой датчик открытия дверей 6 на каждой остановке подает сигнал счетчику остановок 5, увеличивая его содержимое на единицу, которое сравнивается затем в блоке сравнении 8 с хранящимся в блоке памяти 9 центрального процессора 7 числом остановок на данном маршруте, и в случае несовпадения этих чисел на конечной остановке блок сравнения 8 передает центральному процессору 7 сигнал о недостоверности информации, полученной за время последнего прохождения маршрута. Стационарно размещенный на конечной остановке маячок 12 постоянно излучает сигнал, который принимается приемопередающим средством 13 для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации и передается центральному процессору 7, который при получении этого сигнала проверяет содержимое счетчика остановок и обнуляет его. Блок обработки данных 4 передает информацию локальному блоку обработки данных 11 посредством блока обеспечения обмена информации 10.

Система мониторинга загрязнений атмосферы в городах функционирует следующим образом.

Быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы 1 устанавливают в верхней части снаружи каждой входящей в систему электротранспортной единицы, там же устанавливают приемопередающее средство 13 для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации. Блок обработки данных 4 устанавливают внутри электротранспортной единицы в любом удобном месте. К блоку обработки данных 4 подключают свободные контакты концевого датчика открытия дверей 6, а также контакты имеющегося в электротранспортной единице датчика скорости движения (спидометра) 2. На локальном блоке обработки данных 11, размещенном стационарно вне электротранспортной единицы, запускается программное обеспечение. Маломощный стационарный маячок 12 устанавливается на конечной остановке как можно ближе к вероятному месту размещения приемопередающего средства 13 во время стоянки электротранспортной единицы и излучает простую кодовую последовательность для отделения полезного сигнала от посторонних излучений. Приемопередающее средство 13 принимает сигнал от маячка 12 и передает его центральному процессору 7, который сбрасывает счетчик остановок в ноль. При начале движения сигнал маячка пропадает. Аналого-цифровой преобразователь 3 принимает текущую информацию с датчиков 1, переводит ее в цифровой вид и передает ее процессору 7, который усредняет информацию каждые несколько секунд, каждое усреднение помечает текущим значением скорости движения и эти усреднения накапливает в блоке памяти 9, откуда они удаляются после передачи их на локальный блок обработки данных 11. Во время остановки срабатывает концевой датчик открытия дверей 6, содержимое счетчика остановок 5 увеличивается на единицу, это число (порядковый номер остановки, считая от маячка) сравнивается блоком сравнения 8 с хранимым в блоке памяти 9 числом остановок на данном маршруте, и информация об их неравенстве, означающем незаконченность маршрута, передается процессору. Процессор 7 помечает накопленные данные номером остановки и номером маршрута и с помощью блока обеспечения обмена информации 10 передает их на локальный блок обработки данных 11. Получив данные, локальный блок обработки данных 11 по номеру маршрута и номеру остановки находит на карте нужный отрезок пути и затем все полученные данные распределяет по карте на этом отрезке в соответствии с отметками о скорости движения. Получив на конечной остановке сигнал от маячка, приемопередающее средство 13 передает эту информацию процессору 7, который проверяет наличие равенства в блоке сравнения 8, означающего окончание маршрута. и в случае его отсутствия, например, из-за аварийного открывания дверей между остановками, передает эту информацию локальному блоку обработки данных 11, который всю полученную за время последнего прохождения маршрута информацию отмечает как “не достоверную”.

Используя полученную таким образом со всех входящих в систему электротранспортных единиц информацию об уровнях загрязнений атмосферы в точках на маршрутах движения городского электротранспорта в текущий момент времени, локальный блок обработки данных 11 строит полную, постоянно обновляемую картину загрязнения атмосферы города.

Таким образом, заявленное решение расширяет функциональные возможности системы мониторинга при выполнении наблюдений за общественным транспортом. Не требует существенных материальных затрат, просто в реализации, позволяет получать объективную оперативную информацию об экологической обстановке в районах города, классифицировать характер загрязнений и принять должные меры по восстановлению экологического равновесия.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для диагностики состояния атмосферы. Техническим результатом является получение объективной информации об экологической обстановке в районах города. Система содержит электротранспортную единицу, блок обработки данных, приемопередающее средство для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации, связанной с маршрутом движения указанной электротранспортной единицы, локальный блок обработки данных, быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы, концевой датчик открытия дверей, датчик скорости движения, а блок обработки данных дополнительно содержит счетчик остановок, аналого-цифровой преобразователь, центральный процессор, блок сравнения и блок обеспечения обмена информации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга загрязнений атмосферы города при выполнении наблюдений за общественным транспортом, содержащая электротранспортную единицу, оснащенную группой датчиков, связанных с блоком обработки данных, имеющим приемопередающее средство для считывания/записи от стационарно размещенных маячков оперативной информации, связанной с маршрутом движения указанной электротранспортной единицы, и передачи ее локальному блоку обработки данных, расположенному вне электротранспортной единицы, отличающаяся тем, что в систему включены расположенные на электротранспортной единице быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы, концевой датчик открытия дверей, датчик скорости движения, а блок обработки данных дополнительно содержит счетчик остановок, аналого-цифровой преобразователь, центральный процессор, блок сравнения и блок обеспечения обмена информации, причем быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы и датчик скорости движения подключены через аналого-цифровой преобразователь к оснащенному блоком памяти центральному процессору, концевой датчик открытия дверей через счетчик остановок и блок сравнения подсоединен к блоку памяти центрального процессора, центральный процессор связан с приемопередающими средствами для считывания/записи оперативной информации от стационарно размещенных маячков и с блоком обеспечения обмена информации, через который обработанные данные передаются расположенному вне электротранспортной единицы локальному блоку обработки данных для формирования карты распределения вредных веществ в атмосфере городов в текущий момент времени.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что маячки установлены на конечных остановках маршрутов электротранспорта или в точке их пересечения.