Диссертация (Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаций), страница 18

табл. Б.1). Из результатов, приведённых нарис. Б.5, б) – г), следует, что на расстоянии примерно 7,5 км шумовые выбросыв полученной оценке профиля коэффициента ослабления аэрозоля становятсяравными значениям коэффициента ослабления для зоны шлейфа. На расстоянии примерно 8,5 км шумовые выбросы уже значительно превышают значенияв исследуемом шлейфе. Это связано как с ухудшением отношения сигнал/шумпри увеличении расстояния, так и с тем, что в данном лидарном сигнале уровень шумов выше, чем в сигналах, приведённых на других рисунках в приложении Б. Несмотря на указанные особенности видно, что дальность действиялидара при работе с программой ASDM_LIDAR_DSP более чем в 2 раза больше, чем при работе с программой ECOPIIK.На рис. Б.6 показан лидарный сигнал, полученный при измерении коэффициента ослабления аэрозоля при неблагоприятных метеоусловиях (гроза, см.табл.

Б.1). Обе программы, хотя и дают значительную разницу в результатахизмерений, довольно точно выделяют максимальное значение коэффициентаослабления в исследуемом шлейфе.На рис. Б.7 и Б.8 показаны результаты обработки лидарных сигналов при102наличии на пути прохождения излучаемого импульса нескольких атмосферныхобразований. В обоих случаях программа ECOPIIK детектирует наличие толькоодного из этих образований. Это происходит, если второе образование находится достаточно близко к лидару (2,5 – 3 км, рис. Б.7), так и для случая егобольшей удалённости (примерно 12,5 км, рис.

Б.8).На рис. Б.9 показан сигнал с отчётливо заметными флуктуациями на начальном участке. Такие флуктуации могут при отсутствии цифровой фильтрации сильно ухудшить точность измерения αатм. Это в свою очередь может привести к наличию разрывов на участке, где расчёт производится методом интегрального накопления. Для программы ECOPIIK критично снижение отношения сигнал/шум, также вызываемое этими флуктуациями. Несмотря на указанное обстоятельство, обе программы выдают непрерывные результаты, с соизмеримыми значениями коэффициента ослабления аэрозоля.В системе «АСДМ-Лидар» существует возможность визуализации результатов лидарных измерений путём построения панорамы кругового обзорастепени загрязнения атмосферы. В этом режиме восстановленные в программеобработки лидарных сигналов профили отображаются в виде точек-отсчётоввдоль линий распространения лазерного луча, а уровень загрязнения атмосферы аэрозолем отображается в виде цветовой шкалы.

ПМО ЛКО позволяет вывести на цифровую карту зону загрязнения в виде изолиний. В приложении Бна рис. Б.10 – Б.14 приведены примеры таких панорам. На рис. Б.10, Б.12 и Б.14обработкалидарныхсигналоввыполняласьприпомощипрограммыASDM_LIDAR_DSP, а на рис. Б.11 и Б.13 с помощью программы ECOPIIK.Из рис. Б.10 – Б.13 видно, что программа ASDM_LIDAR_DSP показываетболее реалистичную картину распределений участков с повышенной загрязнённостью, чем программа ECOPIIK. Регистрация данных на рис.

Б.10 веласьпо 279 направлениям, которые определялись азимутом лидара. В приведённыхпанорамах шаг по азимуту составил 1˚. На рис. Б.10 чётко видны участки с повышенной загрязнённостью атмосферного воздуха, в большинстве своём находящиеся вблизи железных и автомобильных дорог. Также участки с повышен-103ной загрязнённостью наблюдаются в районе центра города (в пределах Садового кольца) и вблизи Москвы-реки. Последнее может быть объяснено движением судов по реке и наличием промышленных предприятий рядом с очагами повышенного загрязнения (в районе Южного речного вокзала и Нагатинского затона).

Можно сказать, что все места с повышенной замутнённостью воздуха нарис. Б.10 находятся в местах с источниками потенциальных выбросов дыма иАХОВ в атмосферу (автомагистрали, промышленные или транспортные предприятия). Подобная картина наблюдается и на рис. Б.12, в котором обработкавелась по 101 направлению. Небольшое различие по сравнению с рис.

Б.10 состоит в том, что на правом краю панорамы на участке между Рязанским проспектом и шоссе Энтузиастов имеется довольно протяжённый очаг загрязнённого воздуха, вызванный пожаром или аварией на каком-либо из промышленных предприятий, находящихся в этом районе.Результаты, полученные при обработке этих же данных с помощьюECOPIIK (рис. Б.11 и Б.13), отличаются большим разбросом измеренных значений коэффициента ослабления аэрозоля и гораздо меньшей дальностью, на которой проводилась обработка. Дальность обработки для программы ECOPIIKсоставляет примерно 2,5 км, что в 4 раза меньше, чем для программыASDM_LIDAR_DSP Картина загрязнений атмосферного воздуха не столь чёткая, как на рис. Б.10 и Б.12. Районы, помеченные на рис. Б.11 и Б.13 как загрязнённые, далеко не во всех случаях совпадают с местонахождениями реальныхпотенциальных источников дымовых выбросов, а количество областей, помеченных как загрязнённые, явно больше по сравнению с рис.

Б.10 и Б.12. Всёвышеперечисленное позволяет сделать вывод о том, что отсутствие фильтрациишумов при обработке лидарных сигналов сильно ухудшает погрешность измерений и делает получаемые результаты трудно интерпретируемыми.Для демонстрации возможности нанесения на карту г. Москвы участков сповышенным содержанием АХОВ было проведено специальное моделирование.

При проведении этого моделирования было задано распределение относительной объёмной концентрации аммиака в виде двух облаков, имитирующее104утечку из хранилищ на промышленном предприятии. Расположение облаковзадавалось на расстояниях 700 и 900 м от лидара. Результаты смоделированныхизмерений, нанесённые на карту г. Москвы, показаны на рис. Б.14.

Отношениесигнал/шум при моделировании на рис. Б.14 предполагалось равным 30 дБ. Каквидно из рис. Б.14, оба облака довольно точно выделяются на получившейсяпанораме.5.5. Сравнение результатов восстановления профилей параметровкомпонентов атмосферы с результатами, полученными в других работахСреди работ, упомянутых в главе 1, наиболее интересными с точки зрения представленных результатов являются [10, 20, 51, 52, 79, 83, 89, 113, 118,120].

Рассмотрим их подробнее.В [10] представлены результаты измерений концентраций NH3 и NO2 ираспределения атмосферного аэрозоля, нанесённые на карту города, с помощьюМЛК, разработанных фирмой ООО «Лазерные системы», г. Санкт-Петербург.При этом профили какой-либо из указанных величин, полученные по результатам одиночного измерения, не представлены. Минимальная обнаруживаемаяотносительная концентрация АХОВ (NO2, SO2 и NH3) для разработанных в [10]МЛК составляет 1 млн-1. При этом на представленных в рассматриваемой работе картах города с нанесёнными результатами измерений имеются только теучастки, на которых концентрация детектируемых газов превышает минимально обнаруживаемую, без конкретных сведений о том, насколько высоко превышение. Такая особенность позволяет использовать разработанные в [10]МЛК только в качестве обнаружителя участков атмосферы с повышенной концентрацией АХОВ и как средство дополнительного визуального контроля размеров этих участков и динамики их пространственного изменения.Работа [51] посвящена разработке мобильного лидара на основе перестраиваемого Ti:Sph-лазера, способного измерять относительную объёмнуюконцентрацию АХОВ с помощью метода ДПР.

В 5 главе в [51] приводятся дан-105ные измерений относительной объёмной концентрации Cl2 и NH3 в рамках натурных испытаний разработанного в упомянутой работе мобильного лидара.Испытания проводились на территории Института проблем химической физики(ИПХФ) РАН, в г.

Черноголовка. Приведены данные графиков измерений относительной объёмной концентрации Cl2 и NH3, а также вид характерных лидарных сигналов. В главе 6 в [51] приводятся данные различных измерений МЛК,произведённых в ходе опытной и штатной эксплуатации. Оценка среднеквадратического отклонения случайной погрешности измерения относительной объёмной концентрации Cl2 в [51] составила примерно 21 млн-1, а для NH3 – 41млн-1. Данные оценки получены при пространственном разрешении лидара 10м, при увеличении разрешения до 100 м величины погрешностей составят 422млрд-1 для Cl2 и 817 млрд-1 для NH3. Как для NH3, так и для Cl2 наблюдалосьрезкое увеличение систематической погрешности измерений при больших концентрациях измеряемых АХОВ. Так, при заданной величине относительнойобъёмной концентрации Cl2 порядка 104 млн-1 измеренная величина составила1,3·103 млн-1. Превышение среднеквадратического отклонения случайной погрешности над ПДКРЗ для Cl2 (320 млрд-1), как и высокое значение систематической погрешности, в [51] объясняется негерметичностью кюветы и высокойхимической активностью хлора.

В разработанном в [51] мобильном лидареприменялась программа ECOPIIK, сравнение с результатами которой приводится в настоящей работе как для результатов компьютерного моделирования,так и для результатов обработки лидарных сигналов, полученных в ходе реальных измерений.В качестве результатов измерений в [89] приводятся высотные профиликоэффициентов обратного рассеяния и ослабления аэрозоля, его оптическойтолщины, а также лидарного отношения и отношения обратного рассеяния. Изанализа приведённых в [89] высотных профилей коэффициента ослабления аэрозоля следует, что среднеквадратическое отклонение составляет примерно от0,012 до 0,025 км-1 на высотах от 3,5 до 6 км (ближняя по отношению к самолётному лидару зона), а на высотах менее 3,5 км (приземный слой, в котором106содержание аэрозоля наибольшее во всей толще атмосферы) – от 0,025 до 0,125км-1.

Если брать относительную величину погрешности, то она составит от 25до 65%.В [113] анализируются результаты работы лидара, разработанного ООО«Обнинская фотоника» для обнаружения скрытых очагов лесных пожаров вгорной местности в Португалии. Приводятся лидарные сигналы, отражающиединамику изменения дымового шлейфа, образовавшегося в результате возгорания участка леса и пример обнаружения скрытого источника возгорания. Длякаждого сеанса обнаружения проводилось усреднение по 128 импульсам лазера. При этом время обнаружения при значениях частоты повторения импульсов1 – 15 Гц составляет 128 – 8,5 с соответственно. Предельная дальность обнаружения лидара в [113] составляет 22 км при значениях энергии в импульсе лазера 30 мДж и высоты лидара над уровнем моря 50 м. В статье показано, что надёжное обнаружение источника возгорания возможно при отношении сигнал/шум в усреднённом лидарном сигнале не менее 7 дБ.