Система моніторингу забруднення повітря автотранспортом на базі автономного аеромобільного вимірювального комплексу
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2021-42-2-73-83Ключові слова:
автотранспорт, викиди від автотранспорту, сонячна батарея, система моніторингу, інтервальна модель, прогнозування поширення забрудненьАнотація
У статті запропоновано підхід до побудови системи комплексний та безперебійного моніторингу шкідливих викидів автотранспорту у повітря. Наведено архітектуру системи екологічного моніторингу для вимірювання та прогнозування поширення концентрацій забруднюючих речовин, які є у вихлопних газах автотранспорту, серед яких переважно CO, SO₂, NO₂ і СO₂. В якості апаратного забезпечення використовується мобільний інформаційно-вимірювального комплекс Sniffer4D Hyper-local Air Quality Analyzer та зарядна станції на основі сонячних батарей. Для моделювання та прогнозування поширення концентрацій шкідливих викидів, запропоновано математичні моделі динаміки поширення концентрацій забруднень внаслідок шкідливих викидів у вихлопних газах автотранспорту у вигляді різницевих рівнянь, що є аналогами диференціальних рівнянь в частинних похідних, як моделей турбулентної дифузії та інтервальні моделі поширення фонового рівня концентрації забруднення у вигляді нелінійних алгебраїчних рівнянь. Реалізовано програмне забезпечення для збору, обробки (навчання моделей та прогнозування) та візуалізації даних.
У статті запропоновано підхід до побудови системи комплексний та безперебійного моніторингу шкідливих викидів автотранспорту у повітря. Наведено архітектуру системи екологічного моніторингу для вимірювання та прогнозування поширення концентрацій забруднюючих речовин, які є у вихлопних газах автотранспорту, серед яких переважно CO, SO₂, NO₂ і СO₂. В якості апаратного забезпечення використовується мобільний інформаційно-вимірювального комплекс Sniffer4D Hyper-local Air Quality Analyzer та зарядна станції на основі сонячних батарей. Для моделювання та прогнозування поширення концентрацій шкідливих викидів, запропоновано математичні моделі динаміки поширення концентрацій забруднень внаслідок шкідливих викидів у вихлопних газах автотранспорту у вигляді різницевих рівнянь, що є аналогами диференціальних рівнянь в частинних похідних, як моделей турбулентної дифузії та інтервальні моделі поширення фонового рівня концентрації забруднення у вигляді нелінійних алгебраїчних рівнянь. Реалізовано програмне забезпечення для збору, обробки (навчання моделей та прогнозування) та візуалізації даних.
Посилання
M. Dyvak, N. Porplytsya, I. Borovets, and M. Shynkaryk, "Improving the computational implementation of the parametric identification method for interval discrete dynamic models," - 2017 12th International Scientific and Technical Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT), Lviv, 2017, p. 533-536
Ocheretnyuk, N., Voytyuk, I., Dyvak, M., Martsenyuk, Ye. Features of structure identification of the macro models for nonstationary fields of air pollution from vehicles. Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science - Proceedings of the 11th International Conference, TCSET - 2012, 2012, p. 444.
Hoghooghi, N., Radcliffe, D.E., Habteselassie, M.Y., Clarke, J.S. Confirmation of the Impact of Onsite Wastewater Treatment Systems on Stream Base-Flow Nitrogen Concentrations in Urban Watersheds of Metropolitan Atlanta, GA. J. Environ. Qual - 2016, 45, 1740–1748.
Smit, R., Kingston, P. Measuring On-Road Vehicle Emissions with Multiple Instruments Including Remote Sensing. Atmosphere 2020, 10(9), p. 566;
Dyvak, M.; Rot, A.; Pasichnyk, R.; Tymchyshyn, V.; Huliiev, N.; Maslyiak, Y. Monitoring and Mathematical Modeling of Soil and Groundwater Contamination by Harmful Emissions of Nitrogen Dioxide from Motor Vehicles. Sustainability 2021, 13, 2768.
P. J. Bottomley; J. S. Angle; R.W. Weaver. Part 3: Microbiological and Biochemical Properties. In Methods of Soil Analysis, Soil Science Society of America, USA, 2016.
Li Zhao, Yue-Ming Hu, Wu Zhou, Zhen-Hua Liu, Yu-Chun Pan, Zhou Shi, Lu Wang; Guang-Xing Wang. Estimation Methods for Soil Mercury Content Using Hyperspectral Remote Sensing. Sustainability 2019, 11(7).
De Corato, U. Towards. New Soil Management Strategies for Improving Soil Quality and Ecosystem Services in Sustainable Agriculture - Editorial Overview. Sustainability 2021, 11.
N. Nawrota, E. Wojciechowska, Sh. Rezaniac, J. Walkus-Miotkb, K. Pazdrob. The effects of urban vehicle traffic on heavy metal contamination in road sweeping waste and bottom sediments of retention tanks. Science of The Total Environment - 2020, Volume 749, 141511.
Koda, E., Osinski, P., Sieczka, A., Wychowaniak, D. Areal Distribution of Ammonium Contamination of Soil-Water Environment in the Vicinity of Old Municipal Landfill Site with Vertical Barrier. Water - 2017, 8, 2656-2672.
S. Baliuk, V. Medvedev, M. Miroshnichenko, Ye. Skrylnik, D. Timchenko, A. Fatieev, A. Khristenko, Yu. Tapco. The environmental state of soils in Ukraine. National Scientific Center “Institute for Soil Science and Agrochemistry Research”, 2015, Kharkiv, p. 38-42.
Matviychuk, V.K., Khar, I.O. Monograph. In Atmospheric Air Pollution; National Academy of Management: Kyiv, Ukraine, 2015; p.272.
Yurchenko, V.A., Mikhailova, L.S., Bespalova, M.V. Investigation of the influence of the road on the ecosystems of the roadside space. In Bulletin of the Kharkiv National Automobile University: A Collection of Scientific Pa Kharkiv National Automobile and Road University: Kharkiv, Ukraine - 2018; p. 29–32.
Dyvak, M.P.; Masliyak, Y.B.; Pukas, А.V.; Porplytsya, N.P.; Voitiuk, I.F.; Tymchyshyn, V.S. Architecture of the ecological monitoring system and an example of its application for modeling concentrations of harmful emissions from motor transport. Ind. Model. Complex Syst. 2017, Vol. 9, p. 69–84.
Zakharov, I.I., Lishchyshyna, T.P., Zakharova, O.I. Ecologically pure technology for nitric acid reproduction. Visnyk East. Ukr. Natl. Univ. Volodymyr Dahl 2017, vol. 9, p. 7-14.
Dyvak M. Modified artificial bee colony algorithm for structure identification of models of objects with distributed parameters and control / M. Dyvak, N. Porplytsya, Y. Maslyiak, N. Kasatkina // The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM’2017): Proc. of the XIVth Intern. Conf. – Lviv, 2017. – P. 50-54.
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 181
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
