Системы автоматического мониторинга

Первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В 50-е гг. в системе ПВО США уже использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автома­тических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе».

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, с всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды. Их развитие в настоящее время сдерживается не техническими, а прежде всего финансовыми трудностями — они все еще стоят очень дорого — и, как ни странно, организационными проблемами многоуровневого управления такими системами, настолько информативными и потенциально мощными, что их создание и эксплуатация приобретают политическое значение, социально и психологически общество не готово к использованию таких систем, которые по существу опередили свое время.

Основными структурными блоками современных автоматических систем мониторинга являются:

•датчики параметров окружающей среды — температуры, концентрации соли в воде, солнечной радиации, ионной формы металлов в водной среде, концентраций основных загрязнений атмосферы и вод, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фенолы, гексахлорциклогексаны (пестициды), бенз(а)пирены и др.;

• датчики биологических параметров — прироста древесины, проективного покрытия растительности, гумуса почв и др.;

• автономное электропитание на основе совершенных аккумуляторов или солнечных батарей, прогресс в разработке которых также был обеспечен в течение последних 20—30 лет финансированием космических программ;

• миниатюризированные радиопередающие и радиоприемные системы, действующие на относительно короткое расстояние — 10—15 км;

• компактные радиостанции, передающие на сотни и тысячи километров;

• системы спутниковой связи;

• современная вычислительная техника;

• программное обеспечение ЭВМ.

В качестве простейшей автоматизированной системы слежения за параметрами окружающей среды приведем пример системы мониторинга экологического состояния водной среды «Радуга», разработанной Ассоциацией по решению экологических проблем г. Выборга. Эта система предназначена для измерения параметров водной среды, первичной обработки данных и передачи информации по радиоканалу, обработки и хранения информации в ЭВМ, выдачи результатов измерений в графическом и табличном вариантах на дисплей или принтер.

Система позволяет оперативно следить за состоянием водной среды, обеспечивает качественный мониторинг при проведении работ по восстановлению нормального экологического и санитарного состояния водоемов. Она может быть применена для контроля химического состава промышленных сточных вод и слежения за соблюдением уровней ПДК, а также для контроля требуемого качества технологических вод в различных производственных процессах.

Применение данной системы в ее последнем качестве на промышленном предприятии, по расчетам, позволит сэкономить сырье и химикаты на сумму, составляющую до 20% их первоначальной стоимости. Таким образом, система «Радуга» улучшает технико-экономические показатели производства, а введение в программное обеспечение расчета ущерба, наносимого данным предприятием природе и человеку, делает наглядной ту ответственность, которую несет каждый работающий на предприятии, и поднимает культуру производства.

Серийно выпускаемое в настоящее время подобное оборудование производит измерение четырех-шести параметров с помощью одной головки, погруженной в контролируемую среду, с выдачей полученных показаний на шифровом индикаторе, с записью в память прибора

Преимущества системы «Радуга» состоят в следующем. Одна приемная станция обслуживает до 16 автоматических передающих станций. К одной передающей станции возможно подключение 16 датчиков. Таким образом, система «Радуга» может измерять в автоматическом режиме до 256 параметров. Использование передачи данных по радиоканалу позволяет существенно увеличить расстояние от передающих станций до приемной. Возможно накопление и хранение получаемой информации в контроллере приемной станции в течение суток с последующей передачей в сжатом (архивированном) виде в ЭВМ для последующей обработки; представление результатов измерений в графическом или табличном виде на дисплее с последующей печатью на принтере.

Система «Радуга» работает круглосуточно в автоматическом режиме с передачей данных из контроллера в ЭВМ один раз в сутки. Цикл опроса каждого датчика задается в интервале от 1 ч до суток. Таким образом, данная система может служить «сторожем», фиксируя залповые, аварийные сбросы, обычно скрываемые предприятиями, которые приурочивают их, как правило, к ночному времени с воскресенья на понедельник.

Требования к датчикам универсальные — преобразование сигнала в электрический импульс, доступный стандартной обработке. В настоящее время в качестве датчиков могут использоваться все ионселективные электроды, дающие показатели насыщения водородом, кислородом, ионами хлора, брома, йода, нитратов, нитритов, аммонийного азота, сульфатов, сульфитов, тиосульфатов, меркоптанов, фосфатов и ряда тяжелых металлов.