Ανάπτυξη και εφαρμογή μοντέλου ρομποτικής ισοστάθμισης χημικής μάζας:
Creators: name: Αργυρόπουλος, Γεώργιος Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Ρομποτική
Ισοστάθμιση
Χημική μάζα
Αιωρούμενα σωματίδια
Robotic chemical
Mass balance
Particulate matter

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος της νομαρχιακής αυτοδιοίκησης Μαγνησίας με τίτλο «Προσδιορισμός της συμβολής πηγών στην ατμοσφαιρική ρύπανση του Βόλου και σχεδιασμός ιεραρχημένης περι-βαλλοντικής πολιτικής για την αναβάθμιση της ποιότητας της ατμόσφαιρας». Επιστημονική υπεύθυνη του ερευνητικού προγράμματος ήταν η αναπληρώτρια καθηγήτρια Χημείας στο αντίστοιχο τμήμα του Α.Π.Θ. κ. Σαμαρά Κωσταντινή.Για τη διεκπεραίωση των σκοπών του εν λόγω προγράμματος, από το πολεοδομικό συγκρότημα της πόλης του Βόλου συλλέχθηκαν ατμοσφαιρικά δείγματα των αιωρούμενων σωματιδίων PM10, σε τρείς τοποθεσίες δειγματοληψίας. Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν κατά τη θερινή περίοδο του έτους 2007 και τη χειμερινή περίοδο του έτους 2008.Δείγματα των αιωρούμενων σωματιδίων συλλέχθηκαν και από τις τοπικές πηγές εκπομπής. Σε όλα τα δείγματα, προσδιορίστηκαν οι συγκεντρώσεις των στοιχείων Μg, Al, Si, P, S, Cl, Ca, K, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Sr, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, και Pb. Η στοιχειακή ανάλυση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της φασματοσκοπίας φθορισμού ακτίνων Χ.Οι συγκεντρώσεις που εμφανίζουν χημικά είδη, όπως τα παραπάνω στοιχεία, στα ατμοσφαιρικά δείγματα και τις πηγές εκπομπής ενός αποδέκτη, αποτελούν τα δεδομένα εισόδου των μοντέλων ισοστάθμισης χημικής μάζας. Τα μοντέλα αυτά έχουν χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα από την αμερικάνικη υπηρεσία περιβάλλοντος (ΕPA), για την ταυτοποίηση και τον ποσοτικό προσδιορισμό της συμβολής πηγών στην ατμοσφαιρική ρύπανση ενός αποδέκτη. Για την εφαρμογή των εν λόγω μοντέλων, από την ιστοσελίδα της EPA διατίθεται ελεύθερα η πιό πρόσφατη έκδοση του λογισμικού που έχει αναπτύξει για το σκοπό αυτό (EPA Chemical Mass Balance model 8.2.).Η εφαρμογή του λογισμικού EPA CMB 8.2. περιλαμβάνει αρχικά την επιλογή, από το χρήστη, των χημικών ειδών και προφίλ πηγών που εκείνος θεωρεί αντιπροσωπευτικά για το δείγμα του αποδέκτη, το οποίο εξετάζει, την εκτέλεση στη συνέχεια του αλγόριθμου, και τέλος την αξιολόγηση του αποτελέσματος με βάση κάποια καθιερωμένα κριτήρια απόδοσης, εφόσον βέβαια επιτευχθεί πρώτα σύγκλιση του αλγόριθμου.Ο ορισμός, ωστόσο, του προβλήματος από τον χρήστη δεν εξασφαλίζει ούτε ότι ο αλγόριθμος θα συγκλίνει, ούτε ότι τα αποτελέσματα που ενδεχομένως να εξαχθούν, εφόσον επιτευχθεί σύγλιση, θα ικανοποιούν απαραίτητα τα κριτήρια απόδοσης. Αν οι αρχικές επιλογές του χρήστη είναι ατυχείς, τότε ο τελευταίος θα πρέπει με βάση την κρίση του να προσθαφαιρέσει χημικά είδη ή/και προφίλ πηγών και να ξαναδώσει εντολή στο λογισμικό για την εκτέλεση του αλγόριθμου. Η διαδικασία αυτή θα πρέπει να επαναληφθεί εώς ότου εξαχθούν τελικά αποτελέσματα που να ικανοποιούν τα κριτήρια απόδοσης.Η εφαρμογή της παραπάνω ρουτίνας έχει αποδειχθεί επίπονη στην πράξη, ιδιαίτερα όταν ο αριθμός των πηγών που εξετάζονται, ως προς τη συμμετοχή τους στον αποδέκτη, είναι μεγάλος. Για το λόγο αυτό, ένας από τους κυριότερους σκοπούς της εργασίας αυτής ήταν η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου λογισμικού που να την αυτο-ματοποιεί, καταρχήν. Θεωρώντας τα χημικά είδη σε μία πρώτη φάση εξίσου αξιόπιστα σαν παραμέτρους προσαρμογής του μοντέλου, ο εν λόγω αλγόριθμος εκτελείται αυτόματα, από το λογισμικό μας, για όλους τους πιθανούς συνδυασμούς των εξεταζόμενων πηγών. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν ταξινομούνται στη συνέχεια, με βά-ση την τιμή που παίρνει για καθένα από αυτά μία συνάρτηση μέτρησης της προσαρμογής του μοντέλου, συνολικά.
description: An advanced numerical technique is proposed for apportioning sources to particulate matter (PM) of the atmosphere by solving the chemical mass balance (CMB) problem. The algorithm of Britt and Lueck, which is already in use by the U.S. EPA CMB 8.2 model, is applied to all the definitions of a common chemical mass balance problem that arise from the possible choices of available source profiles which can be made, in order to construct the source profile matrix. Definitions of the common chemical mass balance problem which lead to negative source contributions or individual performance measures, that are unacceptable, (such as a reduced Chi-Square value greater than 4 or an R-Square value smaller than 0.8) can be automatic-ally excluded by the accompanying software. The acceptable definitions are afterwards sorted according to a fit measure function, similar to the one, implemented by the EPA CMB 8.2 model. It is shown that a large number of the definitions which exist for a common chemical mass balance problem can have performance measures that comply with the target values set by the U.S. EPA, especially if there are lots of sources under investigation for potentially contributing to the particular receptor site. Assuming that the most appropriate value for each source contribution is the one, calculated by all the acceptable definitions, provides a strictly mathematical prodecure for the task of source apportionment that does not involve any personal judgment.