автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Приборы и методы контроля и мониторинга воздействия автотранспорта на окружающую среду северных городов

На правах рукописи

ЦЫПЛАКОВА ЕЛЕНА ГЕРМАНОВНА

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ СЕВЕРНЫХ ГОРОДОВ

Специальность

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор

Потапов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты:

Прокопенко Виктор Трофимович - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», кафедра твердотельной оптоэлектроники, заведующий кафедрой

Ложкин Владимир Николаевич - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский институт государственной противопожарной службы МЧС России», кафедра пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства, профессор кафедры

Кулаков Сергей Викторович - доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», кафедра электроники и оптической связи, заведующий кафедрой

Ведущая организация - ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»

Защита состоится 25 сентября 2014 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ni

Автореферат разослан 25 июня 2014 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

Фокин Андрей Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1995-2014 годах исследований в области методов и средств контроля и мониторинга экологического состояния автотранспорта и оценки воздействия автотранспорта на окружающую среду в северных городах. Санкт-Петербург и Магадан.

Актуальность темы

Значительная часть территории страны приходится на регионы с холодным климатом и районы крайнего Севера, отличающиеся суровыми климатическими условиями.

Окружающая среда в северных регионах имеет свои специфические особенности, которые необходимо учитывать при изучении последствий техногенных воздействий на окружающую среду и здоровье человека. Особенность северных районов заключается в том, что все биологические и химические процессы протекают малоактивно, а любое неумелое воздействие на природу приводит к негативным экологическим последствиям.

Наибольшей суровостью отличается северная климатическая зона России (к которой относится более 67% территории страны), где народное хозяйство обслуживается в основном автомобильным транспортом, являющимся в настоящее время одним из мощных источников загрязнения воздушной среды. Увеличение численности автотранспорта привело к резкому ухудшению санитарных условий проживания в городах, особенно в зимнее время при отрицательных температурах.

В связи с возрастающим количеством автомобилей и расширением улично-дорожной сети особую актуальность приобретают дополнительная оценка воздействия объектов автотранспортного комплекса на зону жилой застройки и разработка методов и средств контроля и мониторинга окружающей среды, направленных на снижение экологической опасности северных территорий.

Значительный интерес в качестве объектов исследований представляли такие расположенные на широте 60° крупные города, как Санкт-Петербург и Магадан.

В настоящее время в Санкт-Петербурге эксплуатируется более 2 млн. индивидуальных легковых автомобилей. При этом для постоянного хранения имеется 9 тыс. машиномест в капитальных гаражах, 372

тысячи временных гаражей-боксов и 188 тысяч машиномест на открытых охраняемых стоянках. Таким образом, почти 1,5 млн. автомобилей не обеспечены местами хранения.

В Магадане эксплуатируется более 30 тыс. транспортных средств, принадлежащих физическим лицам; при этом для постоянного хранения имеется 107 ГСК по 24 бокса, в 3-5 раз больше гаражей, а также 46 открытых охраняемых стоянок.

В условиях высокого уровня автомобилизации (350...400 автомобилей на 1 тыс. жителей, нормативный - 280...300 автомобилей на 1 тыс. жителей) значительная часть свободных пространств, в основном газонов и площадок, внутриквартальных проездов и дворовых территорий, загромождается припаркованными автомобилями. Даже вновь осваиваемые жилые районы, построенные по новым проектам, не удовлетворяют все возрастающим потребностям владельцев автомобилей.

Безгаражное хранение автотранспорта на площадках, не приспособленных для автостоянок, создает серьезную экологическую проблему, так как особенностью выбросов от открытой автостоянки является нестационарная работа двигателя при холодном пуске и разогреве двигателя, которая приводит к резкому (более чем в 10 раз) увеличению выброса токсичных веществ по сравнению с крейсерским режимом на магистрали.

Случай парковки автомобилей у стен жилых зданий - одна из основных причин формирования повышенных уровней загрязнения воздушной среды вблизи застроек. Замкнутость объемов «глухих» дворов и дворов-«колодцев» значительно ухудшает условия рассеяния выбросов автотранспорта. В условиях стесненной застройки образуются так называемые застойные зоны, где в безветренную погоду практически отсутствует вынужденный (ветровой) перенос примесей и рассеяние выбросов осуществляется только за счет естественной конвекции.

Вредные выбросы автотранспортных средств концентрируются в приземном слое атмосферы (до 2 м), в зоне наиболее плотного демографического обитания, и представляют особую опасность для здоровья людей.

В связи с этим в условиях все возрастающих автомобилизации и урбанизации необходим тщательный приборный контроль за техническим и экологическим состоянием автотранспорта, а также экологический мониторинг территорий, особенно северных. Анализ современной научно-технической литературы показывает, что рассматриваемая про-

блема слабо отражена в литературе; поэтому проблема мониторинга, контроля и управления загрязнением воздуха выбросами автотранспорта в зонах жилой застройки и анализ состояния загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в Санкт-Петербурге и Магадане при безгаражном хранении в зимнее время является весьма актуальной.

Результаты данной диссертационной работы направлены на максимальное снижение уровня экологической опасности автотранспорта, создание эффективных методов и средств контроля выхлопных газов, диагностику экологического состояния автотранспорта и контроль уровня загрязнения в зоне жилой застройки города.

Цель диссертационной работы - совершенствование методов и средств контроля, мониторинга вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду и создание научно обоснованных рекомендаций по снижению на основе их результатов уровня загрязнения атмосферного воздуха в северных городах в условиях безгаражного хранения автотранспорта.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать современное состояние методов и средств контроля выхлопных газов автотранспорта и выбрать наиболее перспективные направления контроля и мониторинга;

- разработать эффективные лазерные методы и средства много-параметрового дистанционного контроля и мониторинга выхлопных газов автотранспорта;

- исследовать режим функционирования частного автотранспорта в зонах жилой застройки;

- исследовать суточный, недельный, сезонный ход концентраций вредных примесей, выбрасываемых автотранспортом при безгаражном хранении, в зависимости от интенсивности прибытия и отбытия автомобилей, для различных метеоусловий, особенно в зимнее время;

- рассмотреть на основе теоретических и экспериментальных исследований условия, способствующие повышению загрязнения воз- ^ духа автотранспортом при безгаражном хранении на организованных и импровизированных стоянках;

- разработать эффективные методики контроля, мониторинга, диагностики и управления уровнем вредных выбросов автомобильного транспорта на организованных и импровизированных стоянках;

- разработать перечень мероприятий по обеспечению безопасности и комфортности территорий жилых районов города, используемых для парковки и безгаражного хранения личного автомобильного транспорта.

Научная новизна работы заключается в следующих результатах:

- разработана модель оптического тракта лидара, в котором полная мощность сигнала, получаемая детектором в момент после прохождения лазерного импульса до мишени и обратно, выражена в виде лидарного уравнения;

- разработан лазерный дистанционный метод контроля вредных газов в атмосфере, основанный на комбинационном рассеянии лазерного излучения;

- получено лидарное уравнение для мощности сигнала; установлено, что для улучшения характеристик КР-лидаров целесообразно использовать лазеры, излучающие в УФ-области спектра, а для улучшения отношения «сигнал - шум» спектральную полосу приема зауживают с тем, чтобы регистрировать только наиболее узкую и интенсивную б-ветвь, КР-полосы;

- предложено устройство для выявления автомобиля с превышением вредных выбросов непосредственно в транспортном потоке путем яркого обозначения транспортных средств, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение, их задержание и принятие соответствующих мер воздействия за нарушение нормативных актов;

- разработаны методики контроля и прогноза загрязнения воздуха автотранспортом на дворовых территориях при безгаражном хранении автотранспорта;

- установлено, что с понижением температуры окружающего воздуха наблюдается увеличение концентрации оксида углерода от 4 до 10 % при пуске и прогреве автомобиля, в зависимости от технического состояния автомобиля;

- в результате контроля и мониторинга в зависимости от состава, интенсивности автотранспорта на импровизированной дворовой стоянке было установлено, что в процессе выезда - въезда автотранспорта наблюдается высокая загазованность дворовых территорий Выхлопными газами автотранспорта - от 2 до 10 ПДК;

- впервые была составлена карта загазованности дворовых территорий Василеостровского района г. Санкт-Петербург, г.г. Колпино и Магадан, выявлены наиболее экологически опасные дворовые территории, в которых уровень загрязнения атмосферного воздух превышает 10-12 ПДК;

- установлена возможность снижения уровня загрязнения окружающей среды при отрицательных температурах посредством предпускового терморезисторного электроподогрева двигателей паркуемых автомобилей; предложены конструкции электроподогревателей из композиционных материалов для пуска двигателей автомобиля в зимнее время при отрицательных температурах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Получено лидарное уравнение для мощности лазерного сигнала, в соответствии с которым для улучшения характеристик лидаров комбинационного рассеяния целесообразно использовать лазеры, излучающие в УФ-области спектра, а для улучшения отношения «сигнал -шум» спектральную полосу приема зауживают с тем, чтобы регистрировать только наиболее узкую и интенсивную ()-ветвъ полосы комбинационного рассеяния.

2. Предложено устройство контроля вредных выбросов автотранспорта, обеспечивающее определение транспортных средств, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение (заявка на патент №2012145758/08 - положительное решение).

3. Разработаны методики контроля и мониторинга загрязнения воздуха автотранспортом на дворовых территориях при безгаражном хранении автотранспорта, при экспериментальном применении которых было установлено, что в зависимости от состава и интенсивности автотранспорта на импровизированной дворовой стоянке в процессе выезда - въезда автотранспорту наблюдается высокая загазованность дворовых территорий выхлопными газами автотранспорта - от 2 до 10 ПДК, а с понижением температуры окружающего воздуха наблюдается увеличе-^ ние концентрации оксида углерода от 4 до 10 % при пуске и прогреве автомобиля, в зависимости от технического состояния автомобиля.

4. На основе результатов мониторинга и расчетного моделирования, основанного на имеющейся априорной информации об экологических характеристиках транспортных средств, их техническом состоянии, условиях и режимах эксплуатации, а также данных учета движения

и транспортной работы, определены участки транспортной сети, характеризующиеся наибольшим уровнем воздействия на окружающую среду, составлены карты, на которых показана мощность выбросов загрязняющих веществ на этих участках и техногенная нагрузка.

5. На основании анализа влияния на пуск двигателя различных факторов, из которых можно выделить пять основных: температуру масла, температуру топлива, температуру охлаждающей жидкости, температуру всасываемого воздуха и температуру электролита аккумуляторных батарей - определены зоны и места подогрева узлов и агрегатов автомобиля, разработаны и апробированы конструктивно-технологические решения терморезисторной электронагревательной аппаратуры из тонкослойных композиционно-волокнистых материалов для разогрева и подогрева агрегатов и двигателя автомобиля в холодное время года, позволяющие снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах автомобилей.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

Результаты работы использовались для оперативного проведения различных природоохранных мероприятий, направленных на снижение выбросов вредных веществ автотранспортом на организованных и импровизированных автостоянках в Санкт-Петербурге и Магадане.

Для Санкт-Петербурга и Магадана были проведены расчеты выбросов и моделирование рассеяния примесей, создаваемых автотранспортом на организованных и импровизированных автостоянках, которые послужили обоснованием для разработки комплекса мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом и оценки их эффективности.

Представлена методика обследования состава, интенсивности автотранспортного потока и расчета выбросов (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей). Проведены расчеты выбросов автотранспорта по пяти веществам: диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородами, саже и свинцу на основных магистралях Санкт-Петербурга и Магадана.

С использованием полученных данных о выбросах автотранспорта на городских магистралях проведены расчеты территориального распределения концентрации вредных веществ в городах с различной интенсивностью движения.

Результаты экспериментальных исследований использованы при оценке степени загрязнения основных магистралей и дворовых тер-

риторий Санкт-Петербурга, Колпино и Магадана, при разработке рекомендаций по защите атмосферы от загрязнений.

Разработанные методики по экспресс-контролю концентрации загрязняющих газов в атмосфере позволяют обеспечить постоянный контроль и диагностику атмосферного воздуха вдоль наиболее оживленных автомобильных магистралей, обеспечить экологический контроль автотранспорта и автотранспортных предприятий.

Личный вклад автора в работу. Диссертация является итогом двадцатилетней работы автора по тематике, связанной с проблемой комплексного, в том числе дистанционного, контроля и мониторинга качества атмосферного воздуха, загрязненного автотранспортом, а также контролем и мониторингом воздействия автотранспорта при его хранении на внутриквартальных и дворовых территориях. Автор диссертации осуществлял постановку задач исследований, планирование и проведение экспериментальных исследований, непосредственно участвовал в разработке карт загрязнения автомагистралей и дворовых территорий в Санкт-Петербурге и Магадане, постановке задач расчетов, разработке методик экспериментов, проведении измерений, интерпретации полученных результатов контроля, научном обосновании, выборе и разработке средств измерения и методик их применения.

Реализация (внедрение) результатов работы. Результаты диссертационной работы были переданы Управлению технадзора Администрации Ленинградской области для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха сельхозтехникой и автотранспортом; методики контроля и загрязнения воздуха в местах парковок автотранспорта используются на ведущих предприятиях Санкт-Петербурга - таких, как ОАО «Спецтранс Автопарк № 6».

Апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих монографиях: «Контроль и мониторинг воздействия стационарных и нестационарных энергетических установок на окружающую среду северных территорий» ( Цыплакова Е.Г. - СПб: Нестор-история, 2011, - 560 е.), «Приборы и методы монито-^ ринга и контроля качества атмосферного воздуха» (Цыплакова Е.Г., Потапов И.А. - СПб: Нестор-история, 2012, - 496 с), « Оценка состояния и управление качеством атмосферного воздуха» (Цыплакова Е.Г., Потапов А.И. - СПб: Нестор-история, 2012, - 580 е.), «Лазерные методы и средства экологического дистанционного контроля атмосферы» (Цыплакова Е.Г., Потапов А.И., Поляков В.Е. - СПб:

Нестор-история, 2013 - 360 е.), «Пути решения экологических проблем автотранспорта» (Потапов А.И. Хватов В.Ф., Цыплакова Е.Г., Николаев С.Н., Журкович В.В., Волкодаева М.В., Потапов И.А., Денисов В.Н. - СПб: Гуманистика, 2006.- 650 е.), а также докладывались на II Международной Евроазиатской конференции по транспорту (Санкт-Петербург, 2001 г.), Международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада» (Санкт-Петербург, 2002 г.), Всероссийском научно-практическом семинаре «Неразрушающий контроль и диагностика материалов, конструкций и окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2003г.), Ш Международной Евроазиатской конференции по транспорту (Санкт-Петербург, 12-15 сентября 2003 г.), Международной конференции «Научное и кадровое обеспечение развития транспортного комплекса. Безопасность на транспорте» (Санкт-Петербург, 2-6 июля 2007 г.), Международной научно-практической конференции «Экологическое равновесие и устойчивое развитие территории» (Санкт-Петербург, 30-31 марта 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Экологическое равновесие: человек и окружающая среда» (Санкт-Петербург, 25-26 октября 2012 года), XIX Всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (Самара, 2011), 1 Международной конференции «Global Science and Innovation» ( США, Чикаго), 17-18 декабря 2013 г., Международной конференции «International Conference on European Science and Technology»( Германия, Мюнхен, 27-28 декабря 2013 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 60 научных работ, в том числе в изданиях по перечню ВАК - 12, книг, монографий, брошюр - 7, статей в отечественных журналах и докладов и тезисов докладов на научно-технических семинарах и конференциях - 41.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка литературы.

Основная часть диссертации изложена на 347 страницах машинописного текста. Работа содержит 153 рисунка, 65 таблиц, 227 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ экологической опасности автотранспорта и современного состояния методов и средств контроля й мониторинга атмосферы.

Во второй главе рассмотрены лазерные методы и средства дистанционного контроля загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях.

В третьей главе рассмотрена организация контроля и мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.

В четвертой главе рассмотрена роль автотранспорта в загрязнении воздушной среды северных городов.

Пятая глава посвящена методам и средствам контроля и исследованию экологической опасности автотранспорта в зоне городской застройки.

Шестая глава посвящена результатам экспериментального и информационного обеспечения мониторинга атмосферного воздуха в северных регионах.

В седьмой главе приведены методы и средства снижения экологической опасности автотранспорта при безгаражном хранении и эксплуатации автотранспорта.

Защищаемые положения диссертации

1. Получено лидарное уравнение для мощности лазерного сигнала, в соответствии с которым для улучшения характеристик лидаров комбинационного рассеяния целесообразно использовать лазеры, излучающие в УФ-области спектра, а для улучшения отношения «сигнал - шум» спектральную полосу приема зауживают с тем, чтобы регистрировать только наиболее узкую и интенсивную * £>-ветвь полосы комбинационного рассеяния.

Основное внимание уделено характеристике взаимодействия лазерного излучения с атмосферным воздухом.

Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается понижением мощности пучка и появлением рассеянного света.

Эти факторы приводят к эффективному ослаблению излучения в направлении распространения, которое описывается законом Бугера.

Общая форма лидарного уравнения

Основной задачей лазерного дистанционного контроля является установление однозначных связей параметров световой волны с характеристиками атмосферы. Адекватное решение этой задачи получается при использовании уравнения лазерной локации, или лидарного уравнения, широко применяемого при обработке данных лазерного зондирования атмосферы. Оно описывает величину обратного сигнала при взаимодействии лазерного луча с атмосферой. Помимо характеристик лазерного импульса, в уравнения входят параметры аппаратуры и геометрический фактор. Последний определяется углом поля зрения приемника, расходимостью лазерного луча и взаимным расположением лазера и приемной антенны. Импульс направленного излучения в пределах конуса распространения подвергается рассеянию, а также поглощается и вызывает флуоресценцию газа в некотором ограниченном объеме. Часть излучения, выходящего из этого объема по всем направлениям, может быть зарегистрирована приемной антенной. Минимальная величина этого объема, определяющая пространственное разрешение, зависит от характера регистрируемого процесса. В частности, если лазер способен возбуждать флуоресценцию в мишени, то необходимо учитывать конечные эффекты релаксации. Кроме того, на величину обратного сигнала оказывают влияние не только величина и длительность лазерного импульса, но и его форма. Вывод лидарного уравнения проводится здесь только для прямоугольного импульса.

Для импульсного моностатического лидара приращений мощности сигнала от элемента участка трассы (R, dR), получаемого детектором в интервале длин волн (X, dX), равно:

(1)

где К (X) - спектральный коэффициент пропускания приемной оптики; А - площадь апертуры приемника; a(R) - площадь лазерного пятна на расстоянии R\ j(R) - геометрический фактор; Т(Х, R) - функция пропускания для обратного сигнала длины волны X, относящаяся к участку атмосферы длины R от мишени до приемника; W(X, R) - спектральная светимость слоя мишени единичной длины. Полная мощность сигнала, получаемая детектором в момент t=2R/c после прохождения лазерного

ь

импульса до мишени и сигнала обратно, может быть представлена выражением вида

61 (2) являющимся основным лидарным уравнением. Район волнового интегрирования идет по лидарной оптике приемно-спектральному окну АХ.', центром которого является X.

В зависимости от вида взаимодействия светимость принимает одну из двух форм - рассеяния и флуоресценции. Рассмотрим случай рассеяния.

В случае рассеивающей мишени

Ща.*) = '(Я)ЕЛ(4>.*)М 4 (3)

г

где /да - интенсивность луча на расстоянии Л, Р,(Ло, /?) - коэффициент обратного рассеяния лазерного излучения длины волны Хо 1-го вида (аэрозольное, молекулярное, комбинационное) в районе мишени,/¡(Я.)^ - доля рассеянного излучения приходящаяся на интервал (X, ¿у).

Поскольку сигнал рассеяния имеет очень узкую спектральную ширину, то справедливо приближение /№) = 3{Л-Х\

где ¿-дельта - функция Дирака. Тогда имеем

^л.я) = АК(а)

я* ' К (4)

ГДе .

2

Как видно из (1), светимость рассеивающего объема пропорциональна интенсивности лазерного луча, поэтому район интегрирования здесь идет только по длине лазерного импульса. Для прямоугольного импульса продолжительности г0 мощность рассеянного назад излучения может быть аппроксимирована простым, часто приводимым уравнением рм = ^ Аи,.*)^) "у- ^

Здесь с?о/2 представляет эффективный интервал наблюдаемого

района, излучаемого в момент времени Юс. При выводе этого выражения предполагалось, что выполняется Я» сю/2 и зависимостями

от /?' в интервале от /? до Я можно пренебречь. Энергия излучения, поступающая на детектор за время (г, /¿Г), где 1с1 - время детекции сигнала, равна

Н^К):

(6)

где сделано предположение, что &/«/=2/?/с. Для прямоугольного импульса имеем

(я)" ^(я) ' (7)

где Р0 - начальная мощность лазерного импульса, - коэф-

фициент потерь в оптике передатчика. Окончательные выражения для мощности и энергии обратного сигнала имеют вид

Е(х,Х) = КЕо Д(Л,.Я)

(8)

(9)

Здесь т =т( к)т{л к) - полная функция пропускания, Е0 = /у0

- начальная энергия импульса, К = - коэффициент потерь в

оптике.

Рисунок 1 - Пространственно-временная диаграмма для лазерного импульса и сигнала рассеяния

1 - расположение переднего края импульса в момент времени Я/с,

2 -пространственно-временной путь лазерного импульса продолжительности /0.

3 - пространственная форма лазерного импульса в момент времени Я/с, 5, 6 -форма рассеянного сигнала вдоль пространственно-временного пути, наблюдаемого в момент времени г = 2 Я/с; 2 Я/с + 1(1- соответственно, 4 - эффективное пространственное разрешение

Как видно из рисунка 1, эффективное пространственное разрешение для такой системы зондирования ограничено величиной

2 ' (10)

Метод комбинационного рассеяния

Как уже отмечалось выше, комбинационное рассеяние представляет собой процесс, в котором рассеивающая молекула либо отнимает у рассеиваемого фотона, либо сообщает ему энергию Ау/-, равную энергии перехода между внутренними молекулярными состояниями. Соответственно этому частота рассеянного излучения V сдвигается относительно падающего

У = Уо±^' (И)

где знак «-» относится к стоксовой компоненте, «+» - к антистоксовой.

Фиксированную частоту возбуждающего излучения следует выбирать в спектральном интервале, соответствующей окну прозрачности атмосферы, чтобы избежать ненужных потерь интенсивности полезного сигнала и помех в спектре принимаемого сигнала со стороны сильно поглощающих компонент с изменчивым содержанием (например, таких, как водяной пар, углекислый газ и др.). Тогда обратный сигнал, поступающий на детектор, главным образом определяется комбинационным рассеянием, а ослабление - коэффициентом рассеяния а. Лидарное уравнение для мощности сигнала принимает вид

„ „ А(<1а\'\, г 1С/» (12)

где Л^ - плотность исследуемой газовой компоненты. Ввиду малости

сдвига у/^ функция пропускания считается неизменной для частоты

передачи и приема. Частота передачи должна быть по возможности большой, поскольку (ЛгУ1- пропорционально И. Следовательно, для

улучшения характеристик КР-лидаров целесообразно использовать л а-'* зеры, излучающие в УФ-области спектра. Кроме того, для улучшения отношения «сигнал - шум» спектральную полосу приема зауживают с тем, чтобы регистрировать только наиболее узкую и интенсивную £?-ветвь, КР-полосы. КР-процесс считается практически мгновенным процессом, в котором акты поглощения и испускания фотона следуют непосредственно друг за другом. Вследствие этого пространственное разрешение метода определяется как

П°=с/ 2(г0+г4 (13)

т.е. ограничено только техническими возможностями лидара. По этой же причине метод не подвержен влиянию молекулярных столкновений (тушение отсутствует).

Одним из важных преимуществ метода является определение абсолютных концентраций газовых компонент путем сравнения интенсивности сигналов обратного рассеяния на исследуемой газовой компоненте и какой-либо основной атмосферной компоненте - азоте или кислороде. Это позволяет не учитывать геометрический фактор, одинаково влияющий на величину сигналов. Кроме того, коэффициенты ослабления также одинаковы по причине малости КР-сдвига. Используя уравнение лидара (2) и проведя несложные преобразования, получаем

лгДя)-

М (¿¡стмпу; (14)

где Рх(я) и Разот(К) ~ мощности сигналов в пиках КР-линий компоненты X и Ы2.

Дистанционный лазерный контроль атмосферы, загрязненной автотранспортом, заметно ограничивает выбор методов и средств контроля. При этом основными факторами, которые необходимо учитывать при выборе методов и средств контроля, являются следующие:

1) обеспечение возможности проведения контроля в полевых условиях.

2) возможность использования автономного питания от аккумулятора или бортовой сети.

3) удобство переноски и транспортировки.

4) необходимость периодической калибровки и тарировки средств контроля в процессе проведения измерений.

5) помехозащищенность средств контроля, вызванных сложными и нестабильными климатическими условиями окружающей среды (влажность, температура, солнечная радиация, смена направления ветра, давление и другое).

6) наличие эталонных образцов для тарировки средств контроля.

Наибольшей эффективностью для оценки загрязнения атмосферы автомобильным транспортом обладают методы и средства интегрального дистанционного контроля. При этом контроль может проводиться как поперек, так и вдоль автомагистралей. При контроле в поперечном направлении величина дистанции, как правило, имеет неболь-

шую величину и составляет не более 100 м (10 - 100 м). Наибольшей эффективностью для дистанционного контроля обладают лазерные методы и средства, которые при проведении контроля в поперечном направлении могут иметь в качестве источника излучения маломощные лазеры и уголковые отражатели (рис. 2). Это позволяет создавать малогабаритные и переносные приборы, которые можно использовать для проведения контроля в полевых условиях.

Проведение интегрального дистанционного контроля автомагистралей в продольном направлении требует использования более мощных лазеров, так как величина дистанции при контроле может составлять 1 - 5 км. Подобные системы контроля могут быть как стационарными, так и передвижными (рис. 3). Подобные системы интегрального дистанционного контроля могут монтироваться на верхних этажах зданий, расположенных на противоположных концах автомагистралей. Учитывая вышеизложенное, основное внимание в данной работе уделяется лазерным дистанционным методам и средствам контроля.

Современные лазерные средства дистанционного контроля атмосферы в зависимости от структуры функциональной схемы подразделяются на бистатические и моностатические системы.

В бистатической системе источник излучения - лазер и приемное устройство разделены контролируемой средой, т.е. размещены по трассе измерений.

Бистатическая система имеет более высокую чувствительность и пространственное разрешение, но в тоже время имеет ограниченное применение, так как необходимо жесткое закрепление излучающего и приемного устройства и она может быть использована только для стационарных систем. В моностатической системе лазер и приемное устройство располагаются с одной стороны, а на другом конце трассы используется отражателе При этом отражатель может быть специально изготовленным (уголковый отражатель, зеркало и др.) либо его роль выполняют объекты естественного происхождения (стена здания, по-^ верхность рельефа, водная поверхность и др.). Кроме того, моностатическая система позволяет реализовать контроль без отражателя, в котором принимаемое обратно рассеянное лазерное излучение от мишени -является излучением от контролируемой среды.

Работа любого лидара основана на полном ослаблении за счет поглощения, рассеяния лазерного пучка на известном расстоянии.

Схема дистанционного контроля на заданной базе при помощи лидара показана на рисунке 2.

Для улучшения расходимости пучок лазера 1 расширяют с помощью телескопа 5. Уголковый отражатель 6 отражает пучок точно назад. Он попадает на делительную пластинку 7 и с нее на полихрома-тор 2 и спектрометр (оптический многоканальный анализатор) 3. Результаты измерений выводятся на самописец 4. С помощью набора фотодиодов, установленных в плоскости изображения спектрометра, можно одновременно регистрировать весь спектр лазера, генерирующего на многих линиях.

Можно организовать регистрацию таким образом, чтобы одна половина фотодиодов использовалась для регистрации спектра лазера, а другая половина - для регистрации спектра отраженного пучка. Это дает возможность измерять ослабление для всех линий и, следовательно, одновременно получать по методике базового метода оценки средние концентрации газовых компонент, резонансно поглощающих лазерное излучение. Для таких многоцелевых измерений хорошо подходят НР-, С02- и СО - лазеры, генерирующие одновременно на многих частотах.

Рисунок 2 - Функциональная схема устройства для регистрации загрязнений воздуха с использованием уголкового отражателя.

1 - лазер, 2 - полихроматор, 3 - оптический многоканальный анализатор, 4 - регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др.), 5 - телескоп, 6 - уголковый отражатель, 7 - делительная пластина.

Лазерное устройство, приведенное на рисунке 2 может эффективно использовано при дистанционном контроле и мониторинге как дворовых территорий, так и автомагистралей в поперечном направлении.

Активные спектрально-оптические методы дистанционного контроля газового состава атмосферы основаны на использовании процессов поглощения, рассеяния и флуоресценции, инициируемых лазерным лучом при прохождении через атмосферу. Во многих ситуациях для задач зондирования затруднительно использовать отражатель. В этом случае для примера можно использовать сигнал, возникший в рё-зультате взаимодействия лазерного луча с воздушной мишенью-аэрозолем или газовой компонентой.

Рисунок 3 иллюстрирует основной принцип действия лидара.

Интенсивный импульс оптической энергии, испущенный лазером 2, проходит через соответствующую оптическую систему 3, расширяется телескопом 4 и направляется на исследуемую газовую мишень 11, находящуюся на расстоянии Л от лидара.

Свет от частиц газовой мишени 11 собирается телескопом 4 и, проходя через приемную оптику 3 и спектральный анализатор, служит для выделения наблюдаемого интервала длин волн и тем самым дискриминирует фоновую радиацию на других волнах. Он может быть в форме монохроматора, полихроматора или набора узкополосных спектральных фильтров вместе с фильтром, блокирующим лазерную волну (если не интересуются аэрозольным или молекулярным решением).

Рисунок 3 - Функциональная схема лидара 1 - импульсное питание, 2 - импульсный лазер, 3 - оптическая система, 4 - телескоп,

5 - спектральный анализатор, 6 - фотодетекторная система, 7 - стробирующий усилитель. 8 - линия задержки, 9 - стробирующие импульсы, 10 - регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др.), 11 - объект контроля (газовая мишень).

Выбор фотодетекторов часто диктуется рабочим спектральным районом, который, в свою очередь, определяется видом применения и типом используемого лазера. Промежуток времени между моментами

испускания лазерного импульса и регистрацией обратного сигнала определяется временем задержки I =2ИУС.

Включение приемника на время от I до осуществляемое стробируемыми импульсами 9, фиксирует свет, испущенный в ¡-ом процессе в интервале от Я до 11+1,. Стробирующая система, куда входят импульсное питание 1, линия задержки 8, стробирующий усилитель 7, может варьировать как время задержки, так и время детекции 1с1, а поэтому и глубину зондирования Я и ширину сигнального интервала Г,;. Локация и пространственное разрешение достигаются за счет выделения в приемнике той части сигнала, которая проходит от частиц, распределенных в пределах некоторого ограниченного объема. Это позволяет с помощью лидарных методов измерять концентрацию загрязняющих веществ с точностью разрешения в любой заданной точке пространства в конкретный момент времени.

Конструкция лидара и его функциональная схема в значительной степени зависят от типа и оптической схемы используемого телескопа. Наибольшее применение в лидарах получили отражательные (зеркальные) телескопы систем Ньютона, Грегори и Кассегрена. При выборе типа телескопа в отдельных случаях предпочтение отдается системе Кассегрена из-за сочетания в ней компактности и большого фокусного расстояния.

Широкое применение начинают получать телескопы, в которых используются пластмассовые френелевские линзы большого диаметра, которые являются недорогими, легкими и компактными. Достоверность контроля тех или иных характеристик атмосферы зависит, главным образом, от типа используемого лазера. Поэтому в работе значительное внимание уделено анализу лазерных устройств.

Значительное влияние на достоверность работы лидара оказывают системы фотодетектирования и спектроаналитическая аппаратура.

С помощью КР исследовано несколько газов промышленной чистоты. Давление, а, следовательно, и плотность (ТС0П5() изменялись по величине на три порядка. В качестве источника возбуждающего излучения использовался рубиновый лазер типа Т1Ш модели 104А с модулированной добротностью (А. = 694,3 нм). Энергия импульса излучения была 1 кДж при длительности около 10 не (по полуширине), что соответствовало пиковой мощности 100 МВт. Излучение было линейно поляризовано в вертикальной плоскости. В экспериментах использовался спектрограф модели М-401. Регистрация спектров КР на выходе спек-

трографа осуществлялась с помощью высокочувствительного ФЭУ (модель RCA № 031000) и высокоскоростного осциллографа. Ширина входной щели спектрографа регулировалась в пределах 25- 100 мкм.

На рисунке 4 приведены поперечные сечения для смеси паров углеводородов, входящих в состав нефтепродуктов, которые в 115 раз больше поперечного сечения KP для азота .

32Х ТШЮ~ 2300 . 'вОО л Рисунок 4 - Спектр КР смеси паров углеводородов, входящих в состав нефтепродуктов (X = 532 нм)

Исследована проблема качественной и количественной диагностики загрязнений в атмосфере. Ряд экспериментов проведен в условиях, моделирующих реальные, что позволило осуществить практический вариант лидара, предназначенного для индикации продуктов сгорания топлива. Установка была оснащена рубиновым лазером с удвоителем частоты.

В дальнейшем источниками возбуждения служили излучение с азотного лазера и второй гармоники лазера на кристалле Ш3+УАО (а, = 532,0 нм). Последняя система положена в основу промышленного образца прибора. Разработанные лидары были использованы для проведения физических исследований атмосферы и, в частности, для измерения концентрации посторонних веществ. Удалось отождествить в дыму и выхлопных газах автомобиля повышенное содержание С02, и СО (0,11 л и 0,43 %), а также БОг, С2Н4, Н2СО, N0, Н2, С3Н4, СН4, паров воды (рисунок 5).

Исследована проблема дистанционного определения загрязняющих веществ в атмосфере. Изучено около 200 веществ в жидком и газообразном состояниях с целью получения отправных данных, необходимых для конструирования полевого экземпляра аппаратуры. Объекты исследования выносились на расстояние примерно от 100 м до

1 км. Свет собирался небольшим конденсором. В некоторых случаях вещества распылялись в атмосфере в виде облака. Весь комплекс предварительных исследований положен в основу разработки варианта ли-дара для проведения дистанционных измерений в дневное время в чистой и загрязненной атмосфере в условиях хорошей видимости и в тумане. Измерялось содержание в атмосфере Н20, С02, 802 и паров углеводородов на высоте до 800 метров (разрешение 10 м), время накопления 50 с. Для первых трех компонент концентрационная чувствительность равна 300 млн"1, а для паров углеводородов -— 17 млн"'. Комбинационный лидар по чувствительности превосходит приборы такого назначения более чем на 2 порядка.

Г-Н.

Н20 Нг0

к.дгжт пар

360 370 а

0,8 ми

пг

сег огн:сз но со,

I! I П'1|

330 Х,нм

Я,

Н;В Н20 %!>/кидаешь пар

350

360

X

.1.

370 360 Л,ни в Рисунок 5 - Спектры СКР чистой атмосферы (а), дыма, образующегося при сгорании масла (б), и выхлопных газов автомобиля (в): лвот6 = 337 нм.

На рисунке 6 а показан спектр обратного рассеяния для нефтяных дымов, измеренный с помощью комбинационного лазерного локатора. Нефтяное топливо сжигалось в камере.

Дым, проходящий через вытяжную трубу в атмосферу, был настолько разрежен, что едва различался глазом. Интенсивные пики наблюдались на длинах волн, соответствующих молекулам Б02, С2Н2, Н2СО, N0, СО, Н2, СН4, а также молекулам основных компонент атмо-

сферы С02, 02, N2. Последние три молекулы представляют удобные опорные точки для методов комбинационной лазерной локации.

СОгОгХД Р

11111 I

350 .ВО

а* л сл '

Нг$ С«( хи.Ърсвм

' II

370 5

Рисунок 6 - Экспериментально найденный спектр КР нефтяного дыма (а) и выхлопных газов автомобиля (б)

2. Предложено устройство контроля вредных выбросов автотранспорта, обеспечивающее определение транспортных средств, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение.

В условиях растущей экологической опасности автотранспорта встает проблема применения наиболее эффективных способов определения в транспортном потоке автомобилей, чьи выбросы двигателей не отвечают существующим нормативам.

Предлагаемое автором устройство относится к вычислительной технике и системам контроля экологического состояния воздушного бассейна и может быть использовано в приборах и системах контроля загрязненности воздуха и токсичности выхлопа двигателей автотранспортных средств. Функциональная схема пункта контроля устройства и оборудования, установленного на транспортном средстве, представлен© на рисунках 7 и 8.

Указанное устройство обеспечивает адаптацию к текущим условиям состояния окружающей среды, в частности, к состоянию погоды в реальном масштабе времени, и предупреждение о превышении токсичности выхлопа двигателей в функции от состояния погоды и условий эксплуатации двигателя. Кроме того, оно обеспечивает возможность для определения транспортных средств, находящихся в

транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение.

Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств реализуемо на современной элементарной базе, в том числе в микроэлектронном исполнении, и обеспечивает по результатам сравнения текущего значения контролируемого уровня выбросов с его допустимыми и предельно допустимыми значениями предупреждение водителя и сотрудников полиции о недопустимости для данных условий текущего режима эксплуатации транспортного средства, чем стимулирует снижение токсичности выхлопа двигателя и снижение загрязнения окружающей среды воздушного бассейна.

Рисунок 7 - Функциональная схема пункта контроля устройства для предупреждения токсичности выхлопных газов двигателей автомобиля

Рисунок 8 - Структурная схема оборудования, установленного на транспортном средстве Устройство обеспечивает дистанционное определение в транспортном потоке транспортных средств, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение. Это достига-

ется использованием специальных сигналов, которые дистанционно передают информацию о тех транспортных средствах, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение, на пункт контроля.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает яркое обозначение транспортных средств, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение, их задержание и принятие соответствующих мер воздействия за нарушение международных или государственных нормативных актов. Это достигается использованием на пунктах контроля сигнала управления, который в случае превышения предельно допустимого значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства обеспечивает выключение его двигателя, включение звуковой и световой сигнализации. Причем включенная штатная звуковая и световая сигнализация являются признаками обнаружения транспортного средства, токсичность выхлопа двигателя которого превышает предельно допустимое значение, а выключенный двигатель обеспечивает задержание транспортного средства и водителя. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Использование штатного оборудования транспортных средств и простота технической реализации предлагаемого устройства позволяют надеяться на широкое его использование на практике, снижение загрязнения окружающей среды и улучшение экологической обстановки на дорогах и автомагистралях.

3. Разработаны методики контроля и мониторинга загрязнения воздуха автотранспортом на дворовых территориях при безгаражном хранении автотранспорта, при экспериментальном применении которых было установлено, что в зависимости от состава и интенсивности автотранспорта на импровизированной дворовой стоянке в процессе выезда - въезда автотранспорта наблюдается^ высокая загазованность дворовых территорий выхлопными газами автотранспорта от 2 до 10 ПДК; с понижением температуры окружающего воздуха наблюдается увеличение концентрации оксида углерода от 4 до 10 % при пуске и прогреве автомобиля в зависимости от технического состояния автомобиля.

Основное внимание уделено обоснованию и выбору методов и средств контроля, организации натурных исследований и методике контроля, оценке экологического состояния импровизированных парковок,

контролю выбросов автомобилей организованной и импровизированной автостоянок, моделированию рассеяния вредных выбросов от автотранспорта в зонах городской застройки.

Решающим фактором применения лазерных методов для определения загрязненности атмосферы, является мобильность, информативность и возможность проведения оперативного контроля выбросов автотранспорта. Как показали лабораторные исследования, дистанционные бесконтактные методы целесообразно использовать для контроля загрязнений на большие расстояния - открытые дворовые пространства, уличные каньоны и магистрали, погрешность составляет -1520 %, при контроле ОГ автомобилей глухих дворов, дворов-колодцев, небольших парковок и автостоянок приоритет следует отдавать контактным методам, погрешность составляет -2-5 %.

В рамках мониторинга, исходя из программы исследований, в Санкт-Петербурге и Магадане были выбраны несколько опытных участков открытых автостоянок, расположенных в различных условиях: открытые официальные автостоянки, импровизированные стоянки во дворах и дворах-«колодцах» — с целью исследовать экологическую опасность автотранспорта при безгаражном хранении в пределах одного крупного региона.

В качестве характеристики загрязнения воздуха автотранспортом для натурного исследования был выбран оксид углерода с учетом его высокой консервативности и сравнительно меньшей трудоемкости отбора и анализа проб. Методика измерений содержания оксида углерода в атмосферном воздухе предусматривала отбор проб воздуха в резиновые камеры с последующим анализом отобранных проб в химической лаборатории на газоанализаторе «Палладий-3». Вместе с отбором проб проводились измерения СО из выхлопных труб автомобилей с помощью газоанализатора ГИАМ-29.

На основании натурных исследований и результатов моделирования можно сделать следующие выводы (рисунок 9).

Автостоянки с суммарным количеством автомобилей менее 50, расположенные на значительном удалении (>30 м) от жилой застройки, не представляют опасности с точки зрения формирования высоких концентраций загрязнителей в зоне дыхания людей. Измеренная концентрация СО превышает экологические нормативы, как правило, при пуске и , прогреве технически неисправного автомобиля, интенсивности прибытия и отбытия автомобилей автостоянки, от соседних магистралей в

часы «пик». Концентрация СО в среднем колебалась в пределах 0,4-6,323,8 мг/м3.

Парковка автомобилей вдоль проезжей части создает дополнительную экологическую нагрузку на уличный каньон. Кроме повышенных выбросов при пуске и прогреве двигателя автомобиля, уличная парковка является существенной помехой для движения автотранспорта и, следовательно, провоцирует повышение выброса в окружающую среду за счет неэкологичных режимов работы двигателей (разгон -торможение). Концентрация СО составляла 18,4-18,9 мг/м3.

Концентрации СО больших открытых дворовых пространств, как правило, минимальны — 0,3-3 мг/м". Однако особенностью парковки в таких дворах является расположение автомобилей вдоль проездов, отделенных от стен жилых зданий газоном шириной 2-3 м, у парадных и, как следствие, при неблагоприятных метеоусловиях, интенсивности прибытия и отбытия —создание повышенных концентраций СО у стен жилых домов — 6-8,3-14,2 мг/м3.

Наибольшие измеренные концентрации отмечались во дворах-«колодцах», имеющих небольшую площадь и окруженных высокоэтажными зданиями (старый фонд, 5-7 этажей). Поэтому дальнейшие исследования посвящены этим дворовым территориям. В дворовых территориях представлены почти все основные категории автотранспорта. В основном это — легковые автомобили, микроавтобусы, легкие грузовые, как отечественного, так и иностранного производства. «Ма-шинообмен» происходит в течении всего дня и ненадолго затихает с 2.00 до 6.00 утра. Пик интенсивности приходится на промежуток времени с 8.00 до 10.30. Наибольшее скопление машин наблюдается в Санкт-Петербурге в ночные и утренние часы (от 23.00 до 9.00).

«о ж

-

10 О

1 : „ ? * 5

Опытные участки

Рисунок 9 - Максимальные измеренные концентрации СО опытных участков. 1 — открытая автостоянка; 2 — зеленый двор старой жилой застройки; 3 — озелененный двор-«колодец»; 4 — двор-«колодец»; 5 — открытый зеленый двор новой жилой застройки.

Опытные участки

Наиболее высокий показатель загрязнения воздуха дворового пространства СО в течение суток отмечался с 8~ до 10— часов утра. В течение дня концентрации СО носила стихийный характер, зависящий от метеоусловий, количества прибывающих и убывающих автомобилей, их категории, технического состояния, качества топлива, интервала во времени, и изменялась от 0,3-0,5мг/м3 до 4-12 мг/м3 и до максимальных показателей —>63,7 мг/м3. Вечерняя концентрация СО в среднем отмечалась ниже утренней в связи с большими интервалами во времени между автомобилями, прибывающими на ночную стоянку от 18~ до 23ш (рисунки 10, 11).

Ь 8 Ю 12 1-4 1« 18 го £2 24

Время суток (часы)

Рисунок 10 - Распределение концентрации СО по времени суток Распределение по дням недели носит сезонный характер., Для теплого периода года характерно резкое повышение показателя загрязнения в вечернее воскресное время, понедельник, пятницу, реже в субботу (утро), что связано с загородными поездками, вызывающими скопление автомобилей (рисунок 11).

60 -

Дни недели

Рисунок 11 - Распределение концентрации СО по дням недели

В целом, для субботы и воскресенья (утро, день) характерны минимальные концентрации — 0,3-0,5 мг/м3. В холодный период времени концентрации носят стихийный характер и больше зависят от метеоусловий, преимущественно — от температуры окружающего воздуха, понижение которой вызывает затруднения пуска двигателя и увеличение времени его прогрева. Максимальные концентрации наблюдались чаще всего в понедельник.

Распределение концентрации СО по времени года зависит от метеоусловий и социальных условий (рисунок 12). Несмотря на увеличение количества автомобилей в теплый период года, для холодного периода времени года характерны более высокие показатели загрязнения, вызванные понижением температуры воздуха, и связанные с этим затруднения при пуске, повышенный износ двигателя, увеличение времени его прогрева.

{имя Вин» Лги Огяп,

Рисунок 12 - Распределение концентраций СО по временам года

Влияние отрицательных температур на выбросы автомобилей и их техническая исправность исследовались с помощью газоанализатора ГИАМ-29. Для этого были выбраны несколько автомобилей, расположенные во дворе под окнами квартиры. В течение года при различных температурах окружающего воздуха замерялась концентрация СО при пуске и прогреве двигателя и на холостом ходу. Параллельно брали пробы воздуха. Зависимость представлена на графике (рисунки 13, 14). С понижением температуры окружающего воздуха концентрация СО при пуске и прогреве двигателя увеличивалась; на холостом ходу она соответствовала техническому состоянию автомобиля.

II I Г I I

■со

-2»

-II 0 1« 2«

Титфятура «аруж1огово1ду\я

Рисунок 13 - Влияние температуры наружного воздуха на концентрацию СО в атмосферном воздухе В результате исследования выявлено, что примерно 35-42% паркующихся во дворе автомобилей превышают нормы токсичности. Однако даже при удовлетворительном состоянии автомобиля и отсутствии превышения ПДК на холостом ходу (официальная проверка — на холостом ходу) концентрация СО во дворе-«колодце» и в жилом помещении очень часто превышала ПДК и достигала при неблагоприятных метеоусловиях >63,7 мг/м3, что свидетельствует о нарушении проветривания и циркуляции воздуха, в результате чего получается его застой и токсичные соединения скапливаются непосредственно над землей в зоне дыхания людей.

й

о 02

1С0

-20 -10 0 10 20 Тмогратура вшдум

Рисунок 14 - Влияние температуры окружающего воздуха на концентрацию СО в отработанных газах двигателя автомобиля В связи с этим необходимо уделять большое внимание мониторингу автотранспорта при импровизированных парковках и стоянках в непосредственной близости от жилых зданий, особенно в зимнее время, и разработать ряд мероприятий, способствующих снижению концентрации СО в отработавших газах автомобилей и в окружающем воздухе.

4. На основе результатов мониторинга и расчетного моделирования, основанного на имеющейся априорной информации об экологических характеристиках транспортных средств, их техническом состоянии, условиях и режимах эксплуатации, а также данных учета движения и транспортной работы определены участки транспортной сети, характеризующиеся наибольшим уровнем воздействия на окружающую среду, составлены карты, на которых показана мощность выбросов загрязняющих веществ на этих участках и техногенная нагрузка.

Измеряемые с помощью газоаналитической аппаратуры концентрации вредных веществ в отработавших газах автомобилей еще не полностью характеризуют загрязнение окружающей среды этими веществами. Такой характеристикой являются массовые выбросы вредных веществ, которые определяются наряду с концентрацией и объемом отработавших газов.

В рамках мониторинга выбранных территорий были использованы методики: «Проведение инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий расчетным методом», разработанная в НИИ автомобильного транспорта; «Определение выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения городов», разработанная в НИИ охраны атмосферного воздуха; «Экометрическая оценка аэротехногенного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду», разработанная в Санкт-Петербургском научно-исследовательском центре экологической безопасности (НИЦЭБ) РАН, методика расчета риска здоровью населения, параллельно отбирали пробы воздуха.

Наблюдения за воздействием автотранспорта на состояние селитебных территорий проведены как в «старых» районах, расположенных в центре Санкт-Петербурга, так районах новостроек. В качестве примера «старого» района был выбран Адмиралтейский район, района" новостроек — Приморский район, комбинированной застройки — Ва-силеостровский.

Натурные исследования, расчеты массовых выбросов и техногенной нагрузки показывают значительную экологическую напряженность в данных районах Санкт-Петербурга. Массовые выбросы СО составляют 82,97% от всех выбросов, а техногенная нагрузка — 14,99%; СН — соответственно 9,17% и 1,66%; 1МОх — соответственно 7,86% и

83,35%. На улицах рассматриваемых районов города шумовое загрязнение выше гигиенических норм (свыше 78 дБ при нормативе до 65 дБ). Риск немедленных токсических эффектов на основных магистралях города достигает более 50% по окиси углерода и почти 100% по двуокиси азота. То есть больше половины населения, находящееся в зоне, прилегающей к магистралям, испытывает негативное токсическое воздействие на здоровье загрязняющих веществ.

В зависимости от величины техногенного воздействия данные территории были проранжированы по степени экологической опасности. Подобный подход позволяет оценить степень опасности объекта для дальнейшего мониторинга. Чем выше техногенный эквивалент массы, тем более экологически опасным является объект автотранспортного комплекса (таблица 1). По результатам построены карты (рисунок 18).

Таблица 1 - Категории экологической опасности объектов АТК (фрагменты улично-дорожной сети, АЗС, СТО, открытые автостоянки) в зависимости от величины Юет/км2-ч

К1еш/км2ч Категории экологической опасности

Менее 3 VI

3-100 V

100-1000 IV

1000-1500 III

1500-2500 II

2500-10000 I

С целью мониторинга и контроля за вредным воздействием автотранспорта на северные территории, проведено обследование двух городов, расположенных на западе и востоке страны, имеющих похожие размеры и развитую инфраструктуру — г. Магадан и г. Колпино (район Санкт-Петербурга).

На основании полученных результатов построены гистограммы (рисунки 21,22,24,25), демонстрирующие массовые выбросы и техногенную нагрузку по основным улицам г. Магадана и г. Колпино. Как видно из гистограмм, максимальный массовый пробеговый выброс от автомобилей приходится на СО, а максимальная техногенная нагрузка -на ЫОх. Массовые выбросы СО составляют 70,9 % от всех выбросов, а техногенная нагрузка -5,9 %; СН - соответственно 10,05 % и 0,84 %; Шх. 18,67% и 92,86%; Б02 - 0,38 % и 0,4 %. Риск немедленных токсических эффектов на основных магистралях города достигает более 50% по окиси углерода, и почти 100% по двуокиси азота. На основании по-

4. На основе результатов мониторинга и расчетного моделирования, основанного на имеющейся априорной информации об экологических характеристиках транспортных средств, их техническом состоянии, условиях и режимах эксплуатации, а также данных учета движения и транспортной работы определены участки транспортной сети, характеризующиеся наибольшим уровнем воздействия на окружающую среду, составлены карты, на которых показана мощность выбросов загрязняющих веществ на этих участках и техногенная нагрузка.

Измеряемые с помощью газоаналитической аппаратуры концентрации вредных веществ в отработавших газах автомобилей еще не полностью характеризуют загрязнение окружающей среды этими веществами. Такой характеристикой являются массовые выбросы вредных веществ, которые определяются наряду с концентрацией и объемом отработавших газов.

В рамках мониторинга выбранных территорий были использованы методики: «Проведение инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий расчетным методом», разработанная в НИИ автомобильного транспорта; «Определение выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения городов», разработанная в НИИ охраны атмосферного воздуха; «Экометрическая оценка аэротехногенного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду», разработанная в Санкт-Петербургском научно-исследовательском центре экологической безопасности (НИЦЭБ) РАН, методика расчета риска здоровью населения, параллельно отбирали пробы воздуха.

Наблюдения за воздействием автотранспорта на состояние селитебных территорий проведены как в «старых» районах, расположенных в центре Санкт-Петербурга, так районах новостроек. В качестве примера «старого» района был выбран Адмиралтейский район, района'4 новостроек — Приморский район, комбинированной застройки — Ва-силеостровский.

Натурные исследования, расчеты массовых выбросов и техногенной нагрузки показывают значительную экологическую напряженность в данных районах Санкт-Петербурга. Массовые выбросы СО составляют 82,97% от всех выбросов, а техногенная нагрузка — 14,99%; СН — соответственно 9,17% и 1,66%; >ЮХ — соответственно 7,86% и

83,35%. На улицах рассматриваемых районов города шумовое загрязнение выше гигиенических норм (свыше 78 дБ при нормативе до 65 дБ). Риск немедленных токсических эффектов на основных магистралях города достигает более 50% по окиси углерода и почти 100% по двуокиси азота. То есть больше половины населения, находящееся в зоне, прилегающей к магистралям, испытывает негативное токсическое воздействие на здоровье загрязняющих веществ.

В зависимости от величины техногенного воздействия данные территории были проранжированы по степени экологической опасности. Подобный подход позволяет оценить степень опасности объекта для дальнейшего мониторинга. Чем выше техногенный эквивалент массы, тем более экологически опасным является объект автотранспортного комплекса (таблица 1). По результатам построены карты (рисунок 18).

Таблица 1 - Категории экологической опасности объектов ЛТК (фрагменты улично-дорожной сети, АЗС, СТО, открытые автостоянки) в зависимости от величины Шет/км -ч

К1егп/км2ч Категории экологической опасности

Менее 3 VI

3-100 V

100-1000 IV

1000-1500 III

1500-2500 II

2500-10000 I

С целью мониторинга и контроля за вредным воздействием автотранспорта на северные территории, проведено обследование двух городов, расположенных на западе и востоке страны, имеющих похожие размеры и развитую инфраструктуру — г. Магадан и г. Колпино (район Санкт-Петербурга).

На основании полученных результатов построены гистограммы (рисунки 21,22,24,25), демонстрирующие массовые выбросы и техногенную нагрузку по основным улицам г. Магадана и г. Колпино. Как видно из гистограмм, максимальный массовый пробеговый выброс от автомобилей приходится на СО, а максимальная техногенная нагрузка -на N0*. Массовые выбросы СО составляют 70,9 % от всех выбросов, а техногенная нагрузка -5,9 %; СН - соответственно 10,05 % и 0,84 %; Шх. 18,67% и 92,86%; БОг - 0,38 % и 0,4 %. Риск немедленных токсических эффектов на основных магистралях города достигает более 50% по окиси углерода, и почти 100% по двуокиси азота. На основании по-

•ей

20 10 0 10 20 Тлтерятура ищпоиговотдухя

Рисунок 13 - Влияние температуры наружного воздуха на концентрацию СО в атмосферном воздухе В результате исследования выявлено, что примерно 35-42% паркующихся во дворе автомобилей превышают нормы токсичности. Однако даже при удовлетворительном состоянии автомобиля и отсутствии превышения ПДК на холостом ходу (официальная проверка — на холостом ходу) концентрация СО во дворе-«колодце» и в жилом помещении очень часто превышала ПДК и достигала при неблагоприятных метеоусловиях >63,7 мг/м\ что свидетельствует о нарушении проветривания и циркуляции воздуха, в результате чего получается его застой и токсичные соединения скапливаются непосредственно над землей в зоне дыхания людей.

9

Ы

Ш

ы

I I

-20 -10 0 10 20 Ттпгратура воздуха

Рисунок 14 - Влияние температуры окружающего воздуха на концентрацию СО в отработанных газах двигателя автомобиля В связи с этим необходимо уделять большое внимание мониторингу автотранспорта при импровизированных парковках и стоянках в непосредственной близости от жилых зданий, особенно в зимнее время, и разработать ряд мероприятий, способствующих снижению концентрации СО в отработавших газах автомобилей и в окружающем воздухе.

лученных результатов проведена классификация территорий г. Магадана и г. Колпино по степени экологической опасности и построены карты (рисунки 19,20).

Используя данные методики, можно рассчитать количество вредных выбросов от автомобилей в день при выезде с территории автостоянки (организованной или импровизированной дворовой) и возврате в разные периоды года, и оценить их техногенную нагрузку (рисунки 15, 23,26,29).

I----- I й.

шпгт 1|Г1Л

Рисунок 15 - Сравнительная характеристика выбросов, г/мин, и техногенная нагрузка, 1еш/мин, от автотранспорта 1 — пробеговый выброс на магистрали; 2 — выброс на перекрестке; 3 — суммарный выброс на пяти перекрестках; 4 — выброс при выезде с автостоянки (теплый период года); 5 — выброс при выезде с автостоянки (холодный период года); 6 — выброс при выезде с автостоянки (холодный период года) с применением предпускового разогрева; 7 — выброс при выезде с автостоянки (холодный период года) с применением подогрева в течение межсменной стоянки.

Как видно из гистограмм, максимальный массовый выброс и максимальная техногенная нагрузка от автомобилей при выезде с территорий автостоянки или двора приходится на СО. Массовые выбросы СО составляют 89,39 % от всех выбросов, а техногенная нагрузка -53,56 %; СН - соответственно 9,3% и 9,15%; N0,. 1,02% и 36,05%; БОг -0,29% и 1,24%.

Однако, на наш взгляд, данные методики верны только в отно- ^ шении автомагистралей, крупных дорожных развязок, городских перекрестков и не показывают реальной картины таких объектов улично-дорожной сети, как уличный каньон, автостоянки, дворовые территории, явно занижая их экологическую опасность. Поэтому к оценке их техногенной нагрузки необходимо подходить с учетом особенностей рассеяния, а значит, концентрации вредных компонентов отработавших

газов в воздухе, повышающих риск здоровья населения, проживающего на прилегающих территориях.

5. На основании анализа влияния на пуск двигателя различных факторов, из которых можно выделить пять основных: температуру масла, температуру топлива, температуру охлаждающей жидкости, температуру всасываемого воздуха и температуру электролита аккумуляторных батарей — определены зоны и места подогрева узлов и агрегатов автомобиля, разработаны и апробированы конструктивно-технологические решения терморезисторной электронагревательной аппаратуры из тонкослойных композиционно-волокнистых материалов для разогрева и подогрева агрегатов и двигателя автомобиля в холодное время года, позволяющие снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах автомобилей.

Анализ климатических условий Санкт-Петербурга и Магадана показывает, что зимний период продолжается соответственно около 5 месяцев и 7 месяцев и такие факторы, как низкая температура, ветер, давление, влажность, снег и т.д., существенно влияют на организацию эксплуатации, хранение автомобилей, их технико-экономические и экологические показатели.

Анализ способов хранения автотранспорта показывает, что в основном преобладает хранение автомобилей на открытых площадках (безгаражное хранение) и закрытое хранение в неотапливаемом помещении.

Особенно труден при зимней эксплуатации автомобилей пуск холодного двигателя. Анализ литературных источников показал, что к основным причинам, затрудняющим пуск двигателя в зимнее время и способствующим резкому увеличению выброса вредных веществ в атмосферу, относятся следующие: температура всасываемого воздуха; температура охлаждающей жидкости; температура масла; температура электролита; температура топлива.

Поэтому при безгаражном хранении автотранспорта в условиях отрицательных температур потребовалось применение пусковых устройств, и в первую очередь — пусковых подогревателей, которые обеспечили бы быстрый и надежный пуск двигателя, приводящий к экономии топлива, уменьшению пусковых износов, что, в свою очередь, позволит резко сократить количество выброса вредных веществ Я атмосферу.

При безгаражном хранении автотранспорта в зимнее время за-

служивает внимание электроподогрев, выполняемый теплоэлектро-нагревателями (ТЭН) из композиционно-волокнистых материалов

Применение ТЭНов при правильном выборе места их установки, режима включения и работы значительно уменьшают скорость и интенсивность остывания двигателя, поддерживают температуру остывания двигателя в течение заданного промежутка времени до пусковой температуры автомобиля при использовании зимних сортов масла и дизтоплива. Это позволяет сократить время пуска двигателя, износы, количество топлива и существенно снизить количество выброса вредных веществ в атмосферу.

Для проверки надежности работы теплоэлектронагревательных элементов из композиционно-волокнистых материалов были проведены натурные испытания. Параллельно брались пробы воздуха с последующим анализом в химической лаборатории. Испытания проводились при разных отрицательных температурах окружающего воздуха как в режиме межсменного подогрева, так и разогрева двигателя автомобиля (рисунок

Рисунок 16 - Установка теплоэлектронагревателя в картер двигателя и подключение

1 — теплоэлектронагреватель; 2 — разъем; 3 — электрические розетки По полученным экспериментальным данным были построены графики и диаграммы. Как видно на диаграмме (рисунок 17), применение ТЭН из КВМ позволяет существенно снизить концентрацию СО при пуске и прогреве двигателя автомобиля на территории двора-«колодца», однако в условиях недостаточной вентиляции не позволяет полностью решить проблему экологии двора. Единственным выходом является максимальный вывод транспортных средств с территории двора. В условиях открытой автостоянки при применении ТЭН из КВМ превышение ПДК не наблюдалось (при условии, что автомобиль технически исправен и работает на хорошем топливе).

(КВМ).

17).

-20 -15 -10 -В Температура окруаающен среды (градусов С)

Рисунок 17 - Зависимость концентрации СО. I — без подогрева, II — с разогревом (двор), III — с подогревом (двор), IV — с разогревом (автостоянка).

Анализ температурного режима двигателя, расхода топлива, времени пуска и прогрева двигателя, концентраций СО показал большую эффективность предпускового подогрева в течении межсменной стоянки по сравнению с разогревом двигателя. Достоинство электроподогрева заключается в том, что при постановке автомобиля на стоянку разогретый двигатель подключается к электросети для межсменного подогрева, в задачу которого входит не разогрев холодного двигателя, а поддержание его теплового режима до заданной пусковой температуры или уменьшение скорости остывания до пусковой температуры двигателя (рисунки 27,28). Время пуска и прогрева после подогрева сокращается до 0,5-2 минут. Концентрация СО в воздухе — 0,2-3-мг/м3, в отработавших газах — 0,8-1,5%.

В режиме разогрева двигателя (за более короткое время) необходимо применять более мощные источники энергии с более высокой температурой на поверхности тепловых экранов. Время пуска и прогрева двигателя после его разогрева составляет 2-3 минуты. Разогрев двигателя с помощью теплоэлектронагревателя необходимо проводить в течение 10-15 минут в зависимости от температуры окружающего воздуха, количества и мощности теплоэлектронагревателей. Концентрации СО в воздухе составляют 0,9-8,7мг/м3, в отработавших газах — 1,23,5% (рисунки 17, 27).

Возможности данного метода можно улучшить при действии максимальных отрицательных температур, если параллельно с подогревом масла применить подогрев блока аккумуляторных батарей, бака с топливом и пускового топливного бочка (при утеплении топливной магистрали), всасываемого воздуха и блок цилиндров через охлаждающую жидкость (если это необходимо).

Узкие дворы

•с наихудшими условиями рассеяния выхлопов

Умеренно опасные при ограниченном числе

Относительно безопасные при правильной парковке дворовые территории

Рисунок 18 - Классификация дворовых территорий по степени экологической опасности

. мене« 1

Щ - ОТ 3-30

Щ - от 30-100 - от 100-1000

Рисунок 19 - Карта уровня загрязнения отработавшими

газами автотранспорта дворовых и внутрикварталь-ных

территорий г. Магадан

Рисунок 20 - Карта уровня загрязнения отработавшими газами автотранспорта дворовых и внутриквартапьных территорий г. Колпино

я Ml > 1

ШД иМ

щ

Рисунок 21 - Характеристика массовых выбросов автотранспорта, г/с, г. Магадан

Рисунок 22 - Техногенная характеристика пробеговых выбросов, tern/час, г. Магадан

L Lj а

300 200 150 100

Рисунок 23 - Массовые выбросы от автостоянок и

парковок с количеством автотранспортных средств-300, 200, 150, 100, 50,20,10 шт., г\мин.

i П Л fl

M^nJuLw^iyii^ UULiu

1 2 3 4 S 6 7

10 11 12 13 14 15 1В 17

Рисунок 24 - Сравнительная характеристика массовых выбросов, г/с, г. Колпино

rl А

illA, IAIUAIA, ¡ДгьДгьДш-.

■ со

■NOx

□сн

Рисунок 25 - Техногенная характеристика пробеговых выбросов,

tern/час

300 200 150 100 7$ 50 20 15 10

Рисунок 26 - Общая техногенная характеристика автостоянок и парковок с количеством автотранспортных средств — 300, 200,

150, 100, 75, 50, 20, 15, 10 шт., 1еш/час. 1 — теплый период года; 2 — холодный период года; 3 — холодный период года с предпусковым разогревом; 4 — холодный период года с подогревом при межсменной стоянке

-15 -10 8

Тоапфагура Ю1дш (храдоох С)

Рисунок 27 - Усредненные концентрации СО при использовании теплоэлектронагревателей из композиционно-волокнистых материалов

1 — разогрев двигателя (двор), 2 — разогрев двигателя (открытая автостоянка). 3 — подогрев двигателя при межсменной стоянки

(двор)

-10 О 10 20

Тшпература I (ндухл (храдусос О

Рисунок 28 - Усредненная концентрация СО в отработанных газах карбюраторного двигателя при пуске и прогреве в зависимости от температуры окружающего воздуха 1 — без подогрева, 2 — с электроподогревом

■Тшигляш х^жпрнпти

Рисунок 29 - Выбросы СО в граммах автомобилями в день при выезде с территории автостоянки и возврате при разных температурах окружающей среды 1 — ниже (-)25°С; 2 — (~)20° - (-)25°С; 3 — (-)15°-(-)20°С; 4 — (-)10° - (-)15°С; 5 — (-)5° - (-)10°С;<5 — предпусковой разогрев, двигателя при отрицательных температурах, 7 — подогрев двигателя при межсменной стоянке, 8 — (+)5° - (+)10°С; 9 — вы-ше(+)10°С

г%

Как показал эксперимент, применение ТЭН из КВМ позволяет существенно снизить выброс вредных веществ в атмосферу за счет облегчения пуска двигателя, уменьшения времени его прогрева на холостом ходу и снижения износов двигателя. Концентрация СО в воздухе при использовании электроподогрева составила при разных значениях температуры окружающего воздуха — 0,2-4-7 мг/м3, в то время как без него — 14,7-23,5-63,7 мг/м3. Превышение ПДК свидетельствует об ухудшении условий рассеивания вредных выбросов из-за замкнутости объема двора (рисунки 17,27,29).

В целом, натурные испытания при данных погодных условиях дали положительные результаты и показали надежность работы тепло-электронагревателей из композиционно-волокнистых материалов в масле, а также возможность их использования в экологических целях в условиях АТП, неотапливаемых гаражах, открытых автостоянках, а также при хранении автотранспорта на дворовых территориях (провести электрическую проводку, во двор не представляет никакого труда).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Проведен анализ экологической опасности автотранспорта и современного состояния методов и средств контроля; мониторинга атмосферы.

2. Рассмотрены этапы и виды контроля и мониторинга ОГ автотранспорта. Показана важность полевого и интегрального дистанционного контроля и мониторинга для оценки локальной и общей загрязненности атмосферы ОГ автотранспорта.

3. Проведено теоретическое обоснование дистанционных лазер-но-оптических методов и средств контроля и мониторинга вредных веществ в ОГ автотранспорта.

4. Разработан лазерный дистанционный метод контроля и мониторинга вредных газов в атмосфере, основанный на комбинационном рассеянии лазерного излучения.

5. Получено лидарное уравнение для мощности сигнала; установлено, что для улучшения характеристик КР-лидаров целесообразно использовать лазеры, излучающие в УФ-области спектра, а для улучшения отношения «сигнал - шум» спектральную полосу приема зауживают с тем, чтобы регистрировать только наиболее узкую и интенсивную (З-ветвь, КР-полосы.

6.Разработана модель оптического тракта лидара, в котором

полная мощность сигнала, получаемая детектором в момент после прохождения лазерного импульса до мишени и обратно, выражена в виде лидарного уравнения.

7. Разработаны методики контроля, мониторинга и прогноза загрязнения воздуха автотранспортом внутриквартальных и дворовых территорий при безгаражном хранении автотранспорта.

8. Установлено, что с понижением температуры окружающего воздуха наблюдается увеличение концентрации оксида углерода от 4 до 10 % при пуске и прогреве автомобиля в зависимости от технического состояния автомобиля.

9. В результате контроля и мониторинга атмосферного воздуха с учетом состава автотранспорта на импровизированной дворовой стоянке было установлено, что в процессе выезда - въезда автотранспорта наблюдается высокая загазованность дворовых территорий выхлопными газами автотранспорта от 2 до 10 ПДК.

10. На основании результатов экспериментальных исследований впервые была составлена карта загазованности дворовых территорий Василеостровского района г. Санкт-Петербурга, гг. Колпино и Магадан, выявлены наиболее экологически опасные дворовые территории, в которых уровень загрязнения атмосферного воздух превышает 10-12 ПДК.

11. Проведенный анализ современных методов и средств контроля отработавших газов автотранспорта показал эффективность использования для контроля уровня загрязнения от автотранспорта на импровизированных стоянках оптико-абсорбционного и электрохимического методов.

12. На основании анализа влияния на пуск двигателя различных факторов, из которых можно выделить пять основных: температуру масла, температуру топлива, температуру охлаждающей жидкости, температуру всасываемого воздуха и температуру электролита аккумуляторных батарей — определены зоны и места подогрева узлов и агрегатов автомобиля, установлена экологическая эффективность предпускового подогрева двигателя в течение межсменной стоянки по сравнению с разогревом двигателя в течении короткого времени.

13. Разработаны и апробированы конструктивно- ' технологические решения терморезисторной электронагревательной аппаратуры из тонкослойных композиционно-волокнистых материалов для разогрева и подогрева агрегатов и двигателя автомобиля в холодное

время года, позволяющие снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах автомобилей. Экспериментально подтверждена правомерность использования терморезисторной электронагревательной аппаратуры для снижения экологической нагрузки от автотранспорта в зимнее время.

14. Предложено устройство для выявления автомобиля с превышением вредных выбросов непосредственно в транспортном потоке путем яркого обозначения транспортных средств, находящихся в транспортном потоке, токсичность выхлопа двигателей которых превышает предельно допустимое значение, их задержание и принятие соответствующих мер воздействия за нарушение нормативных актов.

15. Произведено натурное обследование интенсивности автотранспортных потоков и определена техногенная нагрузка по основным автомагистралям и улицам городов Санкт-Петербург, Магадан и Кол-пино, по автостоянкам и дворовым территориям при различных температурах окружающего воздуха, которые проранжированы по степени экологической опасности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах, рекомендуемых Перечнем ВАК

1. Потапов А.И., Цыплакова Е.Г. Лазерные методы и средства дистанционного контроля атмосферы. Ч. 1. Теоретическое обоснование лазерных дистанционных методов контроля загрязнения атмосферы автотранспортом. // Контроль и диагностика, 2011, № 7(157), с. 16-23

2. Потапов А.И., Цыплакова Е.Г. Лазерные методы и средства дистанционного контроля атмосферы. Ч. 2. Анализ и выбор лазерных методов и средств дистанционного контроля атмосферы. // Контроль и диагностика, 2011, № 8(158).- с. 20-27.

3. Цыплакова Е.Г., Литовка О.П., Янкевич Ю.Г. Оценка эколо- ^ гической опасности безгаражного хранения автотранспорта и его воздействия на состояние селитебных территорий исторической части Санкт-Петербурга. // Журнал Российской академии наук. Региональная экология. № 1-2.(26)2006,- с. 88-93.

4. Цыплакова Е.Г., Т.А. Шаповалова. Ю.Г. Янкевич Оценка экологической опасности объектов автотранспортного комплекса и их воздействия на состояние селитебных территорий северных городов Рос-

сии на примере Магадана.// Журнал Российской академии наук. Региональная экология. № 1-2.(26)2006.- с. 136-141

5. Потапов А.И., Е.Г. Цыплакова. Оценка экологической опасности стационарных и нестационарных энергетических установок и их воздействия на состояние атмосферного воздуха северных городов России на примере г. Магадана. // Проблемы региональной экологии. № 4, 2010, с. 15-22

6. Цыплакова Е.Г. Вопросы обеспечения эколого-экономической безопасности безгаражного хранения автомобилей (на примере Севера России). // Вестник Ленинградского государственного университета имени A.C. Пушкина, Т.6. Экономика, №4, 2010 г. - с. 25-38.

7. Цыплакова Е.Г. Оценка воздействия безгаражного хранения автотранспорта на состояние селитебных территорий северных городов на примере Санкт-Петербурга. // Вестник Ленинградского государственного университета имени A.C. Пушкина, Т.6. Экономика, №4, 2011 г.-с. 80-90.

8. Цыплакова Е.Г. Анализ климатических условий и их влияние на эколого-экономический ущерб при эксплуатации автотранспорта. // Вестник Ленинградского государственного университета имени A.C. Пушкина, Т.6. Экономика, №4, 2012..-с. 188-189

9. Цыплакова Е.Г. Исследование уровня загрязнения от автотранспорта и его контроль. // Инновации и инвестиции. №8, 2013 г., с. 154-157

10. Цыплакова Е.Г. Снижение экологической опасности автотранспорта при безгаражном хранении в зимнее время года в зоне жилой застройки. // Транспортное дело России. №6,2013 г., с.53-57

11.Цыплакова Е.Г., Потапов А.И. Эффективность лазерных методов дистанционного контроля атмосферы. // Инновации и инвестиции. №1, 2014 г., с.188-193

12. Цыплакова Е.Г. Анализ эколого-экономической эффективности применения предпускового подогрева двигателя автомобиля при зимней эксплуатации. // Вестник Ленинградского государственного университета имени A.C. Пушкина, Т.6. Экономика, №4, 2013 г. - с. 7580.

РИД Горного университета. 20.05.2014. 3.414. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2