Структура беспроводной системы дистанционного мониторинга нефтяных загрязнений водной поверхности

Дистанционные средства зондирования водной поверхности (спутниковое и наземное многочастотное зондирование) позволяютМитягина М.И., Лаврова О. Ю., Бочарова Т. Ю. Спутниковый мониторинг нефтяных загрязнений морской поверхности/ Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5, с. 130 :

• * обнаруживать и отображать на экране монитора загрязненные участки поверхности;
• * определять направление и кратчайшее расстояние до загрязненного участка поверхности;
• * определять продольные и поперечные размеры пятна загрязнения;
• * определять направление и расстояние до центра пятна загрязнения;
• * определять площадь пятна загрязнения;
• * формировать при обнаружении загрязнений файлы данных, содержащие информацию о времени их формирования и параметрах пятна.

Данные контактных методов мониторинга позволяют верифицировать данные дистанционного зондирования в сложных метеоусловиях, к которым относятся:

• 1. скорость ветра больше 10 м/с
• 2. балльность волнения выше 2 (высота волны больше 0,75 м.)
• 3. дождь, снег, туман
• 4. наличие ледяной крошки в воде

Обычно данные при использовании контактных методов мониторинга получают в ходе судовых экспедиций. Однако судовые экспедиционные работы в настоящее время стоят очень дорого по сравнению с эксплуатацией стационарных станций наблюдения. Кроме того, использование только экспедиционных методов исследований не позволяет достигнуть необходимой оперативности измерений и непрерывности временных рядов. Экспедиционные измерительные комплексы целесообразно использовать для периодического определения таких параметров среды и характеристик биосферы, которые не требуют непрерывного контроля. Стационарная же сеть станций, входящих в систему мониторинга окружающей среды требует наличия каналов связи с центром обработки информации. Прокладка кабелей, по которым информация со станций могла бы передаваться на пост наблюдения и контроля (ПНК), является очень дорогой. Поэтому для целей связи необходимо использовать радиоканал или спутниковую связь. Пример организации связи между датчиками Развитие технологий беспроводных сетей и GPRS позволило осуществлять обмен данными между датчиками в различных точках пространства и ПНК. Пример беспроводной подсистемы мониторинга с использованием контактных методов измерения параметров водной среды приведен на рисунке 2.2.1.

С помощью сети станций, изображенной на рисунке 2.2.1. можно производить непрерывный мониторинг гидрологических, гидрохимических, биологических и геофизических параметров зоны ответственности.

Комплексную систему дистанционного мониторинга водной среды можно определить как совокупность автономных вычислительных узлов, взаимодействующих для достижения наилучшего результата в смысле точности определения местоположения и характеристик загрязнения. Принципами функционирования такой системы являются:

• · Разделяемая память
• · Взаимодействие посредством нескольких протоколов
• · Асинхронность

Рисунок 2.2.1 Схема обмена данными между датчиками в водной среде и центральным береговым постомЧернецова Е. А. Дистанционный мониторинг нефтяных загрязнений в водной среде.- СПб, Издательство РГГМУ, 2008 — с.24

Разделяемая память подразумевает обмен сообщениями в соответствии с моделью «клиент-сервер». Сообщения в системе могут быть широковещательными и организованными по каналу «точка-точка». Широковещательные сообщения используются в качестве команд управления, по соединениям типа «точка-точка» происходит обмен данными.

Так как в системе используются различные аппаратные средства, то для их взаимодействия используются различные протоколы. Это требует наличия шлюзов для трансляции протоколов. Так как требования к ресурсу связи каждого модуля не являются постоянными, что требует организации сеансов связи в произвольные моменты времени, то их взаимодействие происходит в асинхронном режиме, и протоколы связи должны быть событийно-управляемыми.

С помощью сети станций, изображенной на рисунке 2.2.1 можно производить непрерывный мониторинг гидрологических, гидрохимических, биологических и геофизических параметров зоны ответственности. Главную ось мониторинговой сетки ориентируют вдоль преобладающего направления течений. Станции вдоль осей располагают неравномерно. Расстояние между станциями от центра возрастает в геометрической прогрессии. Положение каждой из них строго фиксируется с точностью не менее м.

Для решения экологических задач, связанных с обнаружением и оценкой уровня загрязнения водной поверхности нефтепродуктами и динамики распространения пятен загрязнения в зависимости от волнения, целесообразно применять многочастотное зондирование водной поверхности с помощью дистанционных судовых или береговых датчиков. Подсистема таких дистанционных датчиков, входящая в комплексную систему дистанционного мониторинга должна позволять:

• · обнаруживать и отображать на экране монитора участки морской поверхности, покрытые нефтяной пленкой;
• · определять направление и минимальное расстояние до загрязненного нефтью участка водной поверхности;
• · определять продольные и поперечные размеры нефтяного пятна;
• · определять направление и расстояние до центра нефтяного пятна;
• · определять площадь пятна;
• · формировать при обнаружении нефтяных загрязнений файлы данных, содержащие информацию о времени их формирования и параметрах пятна.

Оперативность работы информационной системы дистанционного мониторинга водной среды подразумевает также сокращение временных рамок принятия решения по классификации наблюдаемого объекта. Поэтому необходимо автоматизировать не только процесс сбора данных, но и алгоритмы классификации объекта наблюдения, чтобы привлечь внимание человека-оператора только к объектам действительно угрожающим экологическому состоянию наблюдаемой территории и еще на этапе автоматизированной обработки данных отсеять объекты, не угрожающие экологическому состоянию зоны ответственности. Для автоматизации алгоритмов обработки сигналов и классификации объектов нужно использовать методы интеграции данных на различных уровнях — на уровне сигналов, на уровне пикселей, на уровне параметров, на уровне решений.