Оценка радиационной обстановки с применением GPS и ГИС-технологий в г. Новосибирске Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»
Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Дайбова Дарья Дмитриевна
В статье рассмотрены технологии контроля радиационной обстановки с использованием Arduino.
Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Дайбова Дарья Дмитриевна
ESTIMATION OF RADIATION SITUATION WITH APPLICATION OF GPS AND GIS TECHNOLOGIES IN THE CITY OF NOVOSIBIRSK
In the article, technologies for monitoring the radiation situation using Arduino are considered.
Текст научной работы на тему «Оценка радиационной обстановки с применением GPS и ГИС-технологий в г. Новосибирске»
ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ GPS И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В г. НОВОСИБИРСКЕ
Дарья Дмитриевна Дайбова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент, тел. (921)785-96-08, e-mail: dashadaibova@mail.ru
В статье рассмотрены технологии контроля радиационной обстановки с использованием Arduino.
Ключевые слова: радиационная обстановка, г. Новосибирск, методика оценки радиационной обстановки, ГИС и GPS технологии.
ESTIMATION OF RADIATION SITUATION WITH APPLICATION OF GPS AND GIS TECHNOLOGIES IN THE CITY OF NOVOSIBIRSK
Darya D. Dajbova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student, tel. (921)785-96-08, e-mail: dashadaibova@mail.ru
In the article, technologies for monitoring the radiation situation using Arduino are considered.
Key words: radiation situation, the city of Novosibirsk, a methodology for assessing the radiation situation, GIS and GPS technology.
Новосибирская область - один из наиболее динамично развивающихся субъектов Российской Федерации. В условиях активного экономического роста, модернизации действующих и создания новых производств, наращивания объемов промышленного производства, может привести к образованию новых источников загрязнения, в том числе гамма - облучения. В этой связи возникает задача выявления новых источников гамма - облучения используя мобильные дозиметры.
Целью нашей работы является разработка методики оценки радиационной обстановки с применением GPS и ГИС - технологий. Методы исследования: описательный, поисковый, метод полевых наблюдений и сопоставления, картографический, метод системного анализа. Технические средства: персональный GPS - навигатор eTrex, детектор-индикатор Gamma. Объектом исследования является состояние окружающей среды города Новосибирска. Предметом исследования является методика оценки радиационной обстановки с применением GPS и ГИС - технологий.
К основным результатам работы следует отнести следующее:
1. Рассмотрена радиационная обстановка в г. Новосибирске;
2. Разработана и исследована возможность повышения точности определения абсолютных координат с применением eTrex;
3. Разработана система кодирования при сборе данных для оценки радиационной обстановки;
4. Выполнены полевые наблюдения и оценена радиационная обстановка с применением GPS и ГИС технологий.
Научная новизна заключается в подходе применения GPS и ГИС технологий при оценке радиационной обстановки.
Практическая значимость заключается в повышении оперативности сбора и обработки данных и точности определения источников заражения.
Каждая из загрязненных природных сред по-своему влияет на здоровье населения, негативные последствия возрастают при совместном их действии. При загрязнении атмосферного воздуха, воды, почвы, радиации, то есть при ухудшении состояния среды обитания становится не только фактором риска для здоровья, но и главной угрозой для жизни людей, всего человечества.
Целью работы является разработка методики оценки радиационной обстановки с применением GPS и ГИС технологий.
Для этого решались следующие задачи:
1) рассмотреть радиационную обстановку в Новосибирской области и г. Новосибирске;
2) разработать и исследовать возможность повышения точности определения абсолютных координат с применением eTrex;
3) разработать систему кодирования при сборе данных для оценки радиационной обстановки;
выполнить полевые наблюдения и оценить радиационную обстановку с применением GPS и ГИС технологий.
На территории г. Новосибирска и ряда районных центров области ведутся систематические наблюдения за радиационной обстановкой.
С целью выявления новых источников радиационного фона производят наблюдения с помощью мобильных дозиметров, которые не имеют возможности фиксации в память и передачи результатов наблюдений радиационного фона. В этой связи возникает задача усовершенствования методики полевых наблюдений за радиационным фоном (радиационной обстановки) с применением современных GPS - технологий и геоинформационных систем (ГИС).
Точность определения абсолютных координат с помощью персональных навигаторов составляет ± 15-20 м. Для повышения точности от 1-3 м применяют дифференциальный метод. Сущность этого метода заключается в использовании совокупности контролирующих станций и единого центра обработки формирующих подсистему усиления GPS сигнала. Для российских пользователей эти подсистемы недоступны.
Поэтому мы предлагаем определять поправки на локальных территориях на основании топографических планов для проверки этого подхода нами был выполнен эксперимент на 5 участках Ленинского и Кировского районов. На каждом участке выбрали точки наблюдения и определили их координаты на плане масштаба 1:2000. Затем с помощью eTrex определили на местности координаты этих точек. Далее на выбранные точки размещается Arduino с датчиком
для измерения радиации. Для оперативного сбора данных, без повторных выездов на местность, Arduino подключается к серверу и отправляет GET запрос, где содержатся значения датчиков радиации. Сервер принимает запрос, и записывает значения в текстовые файлы. При этом читает из текстового файла значение установленного выхода для Arduino и отправляет в ответ на запрос контроллера. Arduino принимает ответ от сервера и согласно ему устанавливает состояние своего выхода. Панель управления, используя Ajax, считывает значение радиации из текстовых файлов и обновляет показания датчиков. А также считывает из текстового файла состояние выхода и обновляет его на странице. С помощью того же Ajax через форму в текстовый файл записывается значение выхода контроллера, откуда потом будем брать значение сервер и отправлять контроллеру.
До введения дифференциальных поправок вычисляли среднеквадратиче-ские ошибки определения координат (Mx, My) и планового положения (М) точек по формулам:
где Дх? х? - х? ; Ду = г? - уп
X? У? - координаты точек, полученные по результатам GPS-наблюдений;
хп уп - координаты точек, определены на плане масштаба 1:2000. Для каждого участка выбрали четыре крайние точки для вычисления дифференциальных поправок (2).
После введения дифференциальных поправок снова вычислили средне-квадратические ошибки определения координат (Мх, Му) и планового положения (М) точек по формулам (1).
Итак, по результатам обработки исследования выявили, что определение йх, йу по топографическим планам масштаба 1:2000 позволяет повысить точность в среднем 3-5 раз (таблица).
Таким образом, при определении радиационной обстановки местности рекомендуется разбивать исследуемую область на участки 500x500 м, при этом отбирать 4 крайние точки, координаты которых определять на плане для вычисления дифференциальных поправок. При этом опираясь на результаты исследований мы предлагается следующий порядок оценки радиационной обстановки:
1) подготовительный этап;
3) экспорт-импорт в геоинформационную систему MapInfo;
4) создание 3Э-тематических карт.
Номер участка До введения диф. поправок После введения диф. поправок
M Mx My M Mx My
1 15.0 4.8 14.2 4.7 4.0 2.4
2 14.4 4.0 13.8 6.6 3.2 5.8
3 20.0 5.3 19.3 4.8 3.5 3.3
4 16.2 8.3 17.3 10.9 7.9 7.6
5 18.0 3.9 17.6 1.6 1.0 1.3
На подготовительном этапе собирают имеющиеся топографические планы. На топографическом плане определяют область, где необходимо определить радиационную обстановку и точки (топографические объекты, хорошо опознаваемые на местности) для вычисления дифференциальных поправок (dx, dy). Затем составляют маршрут полевых наблюдений.
На втором этапе выполняют полевые наблюдения.
С целью автоматизации обработки результатов наблюдений радиационного фона и позиционирования, нами предлагается следующая система кодирования наименования точки. Строка наименования или кодовое выражение состоит из трех частей: первая часть отводится под номер точки, вторая - под среднее значение, а третье - под максимальное значение радиационного фона. После завершения полевых наблюдений осуществляют импорт-экспорт в Map-Source и MapInfo.
На завершающем этапе с помощью ЗЭ-тематических карт в меню Карта формируют цифровую модель радиационной обстановки.
Рассмотрим более подробно результаты наблюдений по каждому участку.
Участок 1 расположен на юге Ленинского района, между улицами Порядковой и Порт-Артурской (рис. 1). Размер участка составил 700х400 м. Участок был разбит на два ряда. В среднем расстояние между точками в ряде и между рядами составило 150 м. Замеры выполнены 17 ноября в период с 11ч15м по 12ч44м. При наблюдениях фиксировались средние и максимальные значения мощности дозы естественного гама-излучения в мкЗв/час. Средние значения находились в интервале от 0.08 до 0.12 мкЗв/час, а максимальные - от 0.08 до 0.18 мкЗв/час, что составляет 24% - 54% от нормы (0.33 мкЗв/час).
Участок 2 расположен на юге-западе Ленинского района, у озера, по улице Связистов (см. рис. 11). Размер участка составил 500х500м. В среднем расстояние между точками наблюдений составило 150 м. Замеры выполнены 24 ноября в период с 13ч00м по 13ч40м. Средние значения находились в интервале от 0.07 до 0.11 мкЗв/час, максимальные - от 0.07 до 0.17 мкЗв/час, что составляет 21% -52% от нормы.
Рис. 1. Участок 1 и 2
Участок 3 расположен на юге-западе Ленинского района, между улицами Хилокской и Порт-Артурской (рис. 2). Размер участка составил 350x200 м. В среднем расстояние между точками наблюдений составило от 50 до 200 м Замеры выполнены 24 ноября в период с 11ч17м по 11ч45м. Средние значения находились в интервале от 0.05 до 0.13 мкЗв/час, максимальные - от 0.06 до 0.18 мкЗв/час час, что составляет 18% - 54%.
Рис. 2. Участок 3
Участок 4 расположен между улицами Немировича-Данченко и Станиславского. Размер участка составил 850x500 м. В среднем расстояние между точками наблюдений составило 100 - 150 м. Замеры выполнены 22 ноября в период с 17ч02м по 18ч05м и 24 ноября в период с 14ч38м по 14ч57м. Средние значения находились в интервале от 0.07 до 0.11 мкЗв/час, максимальные - от 0.07 до 0.15 мкЗв/час, что составляет 21 - 45% от нормы.
Участок 5 расположен на севере Кировского района, на границе с Ленинском районом, между улицами Сибиряков-Гвардейцев и Моторной. Размер участка составил 400x300м. В среднем расстояние между точками наблюдений составило 60 - 100 м. Замеры выполнены 17 ноября в период с 11ч15м по 12ч44м.
Средние значения находились в интервале от 0.06 до 0.11 мкЗв/час, максимальные - от 0.06 до 0.18 мкЗв/час, что составляет 18-54 % от нормы.
Радиационная обстановка в южной и юго-западной частях Ленинского района и северной части Кировского района характеризуется следующими значениями: средняя мощность экспозиционной дозы гамма-излучения составляет от 0.09 - 0.12 мкЗв/час. Следовательно, облучение не превышает средних значений доз населения страны от природных источников излучения, и ее значение не существенно отличается от динамики гамма-фона на территории Новосибирской области в 2007-2012 годы.
К основным результатам работы следует отнести следующее:
1) рассмотрена радиационная обстановка в Новосибирской области и г. Новосибирске;
2) разработана и исследована возможность повышения точности определения абсолютных координат с применением eTrex;
3) разработана система кодирования при сборе данных для оценки радиационной обстановки;
4) выполнены полевые наблюдения и оценена радиационная обстановка с применением GPS и ГИС технологий.
Научная новизна заключается в подходе применения GPS и ГИС технологий при оценке радиационной обстановки.
Практическая значимость заключается в повышении оперативности сбора и обработки данных и точности определения источников заражения.
1. Бондаренко В. М., Демин Н. В. Оценка радоновой, аэроионной и электромагнитной опасности городских территорий // Науч. исслед. высш. школы по экологии и рациональному природопользованию: сб. ст. / С.-Петерб. горн. ин-т. - СПб., 2000. - С. 53-54.
2. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Новосибирской области в 2006 году - Новосибирск, 2007 - 115 с.
3. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Новосибирской области в
2008 году - Новосибирск, 2009 - 129 с.
4. Государственный доклад «Состояние окружающей среды Новосибирской области в
2009 году» — Новосибирск, 2010 — 150 с.
5. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2010 году - Новосибирск, 2011. - 141 с.
6. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2011 году - Новосибирск, 2012. - 148 с.
7. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2012 году - Новосибирск, 2013. - 195 с.
8. Гринин А. С., Новиков В. Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. - 336 с.