СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETECT ENVIRONMENT POLLUTION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к способам и системам тревожной сигнализации, срабатывающим при отклонении от двух и более нормальных условий с передачей сигналов на центральную станцию, в частности при наличии радиоактивного излучения, электромагнитного поля или химического заражения воздуха (превышение предельно допустимых уровней - ПДУ или концентрации - ПДК).
Известно устройство для поиска и обнаружения радиационных объектов, содержащее первичные измерительные преобразователи, чувствительные к радиоактивному полю (коллиматоры со стереоэффектом) с системой регистрации и обработки сигналов с них, в которых вращение двух или многоканальных коллиматоров в сочетании с мобильностью коллиматоров обусловливает, в частности, повышение точности поиска радиоактивных объектов [патент РФ №2160909].
Устройство реализует способ обнаружения опасных для жизни и здоровья радиоактивного загрязнения окружающей среды, при котором определяется (с визуализацией) поле распределения уровня радиации (интенсивности излучения). При этом результаты измерения оперативно обрабатываются только в пределах самого устройства и оцениваются только непосредственно пользователем.
Известно также устройство для сигнализации, содержащее датчики состояния объектов, коммутатор (с информационным входом сигналов от датчиков и возможностью опроса датчиков) и индикатор [авт. св. №339928]. Устройство реализует соответствующий способ тревожной сигнализации.
Наиболее близким техническим решением в части способа, принятым за прототип, является способ обнаружения загрязнения окружающей среды, заключающийся в том, что измеряемые встроенными в мобильные телефоны датчиками значения показателей загрязнения окружающей среды сравниваются с нормированным значением этого показателя, в частности предельно допустимым уровнем радиации, при превышении нормированного значения вырабатываются тревожные сигналы, которые передаются по мобильным телефонам через оператора телефонной связи на централизованное устройство первого уровня приема тревожных сигналов, где регистрируются, и на основании результатов определения местоположения телефонов, обработки и оценки накопленной информации вырабатывается сигнал аварии, который поступает на реализацию или/и на централизованное устройство последующего, более высокого территориально-организационного уровня [заявка US №2007/0092116].
Способ предполагает распределенную многоуровневую систему для ведомственного использования и в то же время как открытую систему для обычного использования.
На централизованном устройстве первого («нулевого») уровня пользователь дает свою «экспертную» оценку результатов автоматического измерения. Параллельно результаты измерения автоматически передаются на персональный компьютер абонента, а оттуда по Интернету на централизованное устройство второго уровня, где пополняют (уточняют, обновляют) базу данных этого территориально-организационного уровня. Если пользователь не смог или не захотел произвести собственную «экспертную» оценку (проигнорировал ее), то на втором уровне в реальном масштабе времени или позднее может быть организована с привлечением экспертов оценка имеющихся этих и обновленных данных мониторинга с различных мобильных устройств. Если и эта экспертиза не позволит успешно осуществить идентификацию объекта мониторинга, данные передаются по Интернету на централизованное устройство последующего (третьего и, в принципе, любого вышестоящего, более «глобального») уровня также для экспертной оценки. При этом формирующиеся таким образом базы данных могут предоставляться в пользование сторонним организациям и физическим лицам.
Устройство для реализации вышеуказанного способа, принятое за прототип, включает в себя систему мобильной телефонной связи, сопряженной с системой определения местоположения мобильных телефонов (навигации), мобильные телефоны со встроенными в них устройствами, по меньшей мере, измерения и регистрации значений показателей (параметров) загрязнения окружающей среды, а именно уровня радиоактивного заражения местности, персональными компьютерами пользователей мобильных телефонов (абонентов) с возможностью электрической связи со встроенными в мобильные телефоны устройствами измерения и регистрации значений показателей (параметров) загрязнения окружающей среды и с программой регистрации, обработки и анализа, поступающих с них тревожных сигналов и передачи последних на централизованное устройство первого и последующих, более высоких уровней приема, обработки и анализа тревожных сигналов и возможностью последующей выработки сигнала тревоги [заявка US №2007/0092116].
Однако при таком способе и соответственно устройстве для его реализации принцип организации экспертных оценок, особенно на вышестоящих уровнях, не обеспечивает четкого оперативного формирования сигнала аварии и, как правило, особенно при небольшом количестве датчиков (мобильных телефонов) носит субъективный, «расплывчатый» характер. Сигнал аварии и соответственно принятие конкретных мер по охране жизни и здоровья людей в аварийной (неблагополучной) зоне существенно разнесен во времени с моментом первичных тревожных сигналов с мобильных абонентов.
В то же время по различным причинам (низкое качество универсальных устройств массового производства в сравнении со специализированными приборами; низкая квалификация пользователей, в числе которых могут быть дети и престарелые люди; вероятность разрегулирования; попадание на прибор отдельных радиоактивных частиц; вляние-наводка местных сторонних установок и приборов и т.д.) высока вероятность (что подтверждается и практикой эксплуатации) ложных тревожных сигналов. Это влечет за собой не только нерациональные затраты человеческих и финансовых ресурсов по мероприятиям, регламентированным в случае сигнала аварии, но и нежелательные социально-психологические явления (например, возникновение паники), притупляет бдительность спецслужб и населения (эффект привычки к ложности сигналов).
Кроме того, данная система разработана только в приложении к радиоактивному излучению и не предназначена, например, для мониторинга и обнаружения опасных электромагнитных излучений (ЭМИ), химических и бактериологических веществ в атмосфере.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы системы экологической безопасности в условиях возможного радиоактивного, электромагнитного, химического, бактериологического и иного заражения местности и атмосферы путем уменьшения количества ложных тревожных сигналов и соответственно необоснованных сигналов аварий, а также повышение оперативности принятия и реализации мероприятий по обеззараживанию, обеспечению безопасности жизнедеятельности людей.
ik
ik min
ik
ik min
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе обнаружения загрязнения окружающей среды, при котором измеряемые встроенными в мобильные телефоны датчиками значения показателей загрязнения окружающей среды сравниваются с нормированным значением этого показателя, в частности предельно допустимым уровнем радиации, при превышении нормированного значения вырабатываются тревожные сигналы, которые передаются по мобильным телефонам через оператора телефонной связи на централизованное устройство первого уровня приема тревожных сигналов, где регистрируются, и на основании результатов определения местоположения телефонов, обработки и оценки накопленной информации вырабатывается сигнал аварии, который поступает на реализацию или/и на централизованное устройство последующего, более высокого территориально-организационного уровня, тревожные сигналы передаются через оператора телефонной связи непосредственно на централизованное устройство первого уровня приема тревожных сигналов, где автоматически определяется, опять же через оператора телефонной связи, местоположение источников тревожных сигналов, при этом для двух или более зарегистрированных тревожных сигналов сравниваются координаты их источников во времени и определяется минимальная дистанция L между сравниваемыми i-ым и k-ым источниками, а также период времени Δt между началами сигналов, а при значениях L и Δt, меньших, чем нормированные допустимые их значения, вырабатывается сигнал аварии.
Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных существенных признаков заявляемого способа в рамках указанной выше совокупности основных существенных признаков, а именно:
- для зарегистрированных тревожных сигналов на всей их продолжительности может определяться местоположение их источников во времени, на основании чего формироваться минимально идентифицированная карта зоны заражения окружающей среды;
- при любой из указанных заявляемых совокупностей существенных признаков способа, в случае только автоматического поступления тревожного сигнала на централизованное устройство, оператор последнего может незамедлительно направить в автоматическом и/или неавтоматическом режиме сигнал уведомления абонента о получении тревожного сигнала с его телефона, а в случае выработки сигнала аварии, также может направить сигнал уведомления об этом всем абонентам, чьи тревожные сигналы использовались при формировании сигнала аварии, при этом сообщить также номера других указанных абонентов для организации взаимодействия всех участников аварийной ситуации;
- при предыдущей совокупности признаков, по получении уведомления абонент может направить сигнал подтверждения получения уведомления, например, путем активации заданного оператором при уведомлении кода, в противном случае оператор может продолжать уведомление этого абонента с заданной периодичностью до получения от него подтверждения;
- при основной или первой из указанных совокупностей дополнительных признаков, автоматическое определение местонахождения источника тревожного сигнала могут дублировать, в голосовом диалоговом режиме, определением местонахождения источника тревожного сигнала по оперативному запросу у абонентов сведений об их местонахождении.
Среди литературных, патентных и иных источников информации не обнаружены способы того же назначения и с такой же совокупностью существенных признаков, как предлагаемый способ и устройство для его реализации.
ik
ik min
ik
ik min
ik
ik min
Предложено устройство для обнаружения загрязнения окружающей среды, содержащее систему мобильной телефонной связи, сопряженной с системой определения местоположения мобильных телефонов, мобильные телефоны со встроенными в них устройствами, по меньшей мере, измерения и регистрации значений показателей загрязнения окружающей среды, например уровня радиоактивного заражения местности, по меньшей мере, одним компьютером с возможностью электрической связи с мобильными телефонами и с централизованным устройством первого и последующих, более высоких уровней приема, обработки и анализа тревожных сигналов и возможностью последующей выработки сигнала аварии, при этом централизованное устройство первого уровня дополнительно включает в себя устройство запроса координат мобильных телефонов, устройство определения минимальной дистанции L между сравниваемыми i-ым и k-ым источниками тревожных сигналов, устройство определения периода времени Δt между началами тревожных сигналов, а также устройство сравнения значений L и Δt с нормированными допустимыми их значениями [L] и [Δt] соответственно, и выработки сигнала аварии при совместном условии
ik
ik
ik min
ik min
L<[L], Δt<[Δt].
Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных существенных признаков заявляемого устройства в рамках указанной выше совокупности основных существенных признаков устройства, а именно:
- комплекс указанных дополнительных устройств с конечным формированием сигнала аварии может быть выполнен в виде логической матрицы с двумя группами входов, с возможностью поступления на одну группу входов тревожных сигналов с различных мобильных телефонов, а по другой группе входов - запроса и получения информации от системы определения местоположения мобильных телефонов, и выходом, подключенным к формирователю сигнала аварии, при этом матрица выполнена по алгоритму получения сигнала на выходе при совпадении не менее двух тревожных сигналов на входе;
- по крайней мере, часть встроенных в мобильные телефоны устройств, по меньшей мере, измерения и регистрации показателей загрязнения окружающей среды может быть выполнена в виде устройств, по меньшей мере, измерения и регистрации концентрации отравляющих веществ в атмосферном воздухе, с возможностью автоматического сравнения с установленной предельно допустимой концентрацией.
На фиг.1 упрощенно представлен в виде блок-схемы пример выполнения заявляемого устройства обнаружения загрязнения окружающей среды (на примере радиоактивного загрязнения);
ik min
i
k
На фиг.2 - совмещенные графики зависимостей тревожных сигналов от двух произвольных датчиков (мобильных телефонов) - i-ого и k-ого, иллюстрирующего величину периода времени Δt между началами тревожных сигналов TC и TC.
ТС
ЦУ1
7 (ЦУ2
ЦУ-3
СА
CA-I
СА-II
Устройство содержит (включает в себя) систему 1 мобильной телефонной связи, сопряженной с системой 2 определения местоположения мобильных телефонов (системой навигации). Собственно мобильные телефоны 3 (на примере одного из изображенных телефонов), которые формально могут быть отнесены к системе 1 и являться, например, соответствующей моделью мобильных телефонов, содержат встроенные в них устройства 4 (на примере того же единичного телефона), по меньшей мере, измерения и регистрации значений показателей (параметров, физических величин) загрязнения окружающей среды (в данном примере - интенсивности излучения, уровня радиоактивного заражения местности - источника, обозначенного на фиг 1 слева звездочкой) и их сравнения с предельно допустимым уровнем (ПДУ). Имеется, по меньшей мере, один компьютер 5 с возможностью электрической связи с телефонами 3 (а через них - с устройствами 4 и с системой и/или программой (не показана) регистрации, обработки и анализа поступающих с них тревожных сигналов () и передачи последних на централизованное устройство 6 первого () и устройства последующих ),  и т.д., при необходимости), более высоких уровней приема, обработки и анализа тревожных сигналов и возможностью последующей выработки сигнала аварии  по каждому уровню (, ).
ik
ik min
ik
ik min
ik
ik min
ik
ik
ik min
ik min
Устройство 6 (ЦУ1) дополнительно включает в себя устройство 8 запроса координат (x, y) телефонов 3, с которых поступили ТС, связанное с ним устройство 9 определения на основании полученных координат минимальной дистанции L между сравниваемыми i-ым и k-ым источниками тревожных сигналов, устройство 10 определения периода времени Δt между началами тревожных сигналов, а также устройство 11 сравнения значений L и Δt с нормированными допустимыми их значениями [L] и [Δt] соответственно, и выработки сигнала аварии при совместном условии L<[L], Δt<[Δt], т.е. формирователь СА.
Функции устройств 8-11, в принципе, могут выполнять и соответствующие программы (подпрограммы), обеспечивающие функциональное назначение компьютера(ов) 5.
Заявляемое устройство может быть выполнено с возможностью передачи на ЦУ2 и централизованные устройства второго и каждого последующего, более высокого уровня приема, обработки и анализа тревожных сигналов, наряду с первичными ТС, расширенной информации, включающей в себя результаты обработки и анализа ТС, предпочтительно, сигналы аварии в предыдущих ЦУ (имеют отличительный верхний индекс «звездочка»), по меньшей мере, в ЦУ предыдущего уровня.
В составе ЦУ2 (поз.7) соответственно имеются компьютер 12 и блок 13 (формирователь) выработки сигнала аварии второго уровня - CA-II.
i
k
i
k
Комплекс указанных дополнительных устройств 8-11 с конечным формированием СА может быть выполнен, например, в виде логической матрицы 14 с двумя группами входов, с возможностью поступления на одну группу входов тревожных сигналов (TC и TC и т.д.) с различных телефонов 3, а по другой группе входов - запроса и получения информации от системы 2 определения местоположения телефонов 3, и выходом, подключенным к формирователю 11 СА, при этом матрица 14 выполнена по алгоритму получения сигнала на выходе при совпадении не менее двух тревожных сигналов на входе (например, TC и TC).
Заявляемые способ и устройство для его осуществления могут рассматриваться и в приложении к другим опасным загрязнениям (не только радиации), в частности к электромагнитному излучению (ЭМИ), химическому и бактериологическому заражению воздуха.
Применительно к ЭМИ и химическим веществам соответственно часть встроенных в телефоны 3 устройств 4 может быть выполнена в виде устройств (датчиков и обслуживающих устройств), по меньшей мере, измерения и регистрации концентрации отравляющих веществ в атмосферном воздухе с возможностью автоматического сравнения с установленной предельно допустимой концентрацией (ПДК). При этом принципиальная схема устройства и заявляемый способ остаются такими же, как и для примера с радиоактивным излучением (заражением) - см. фиг.1. Устройство датчиков и обслуживающих устройств (имеющих свою специфику) принципиально не отличаются от известных.
В заявляемом способе обнаружения опасного для жизни и здоровья загрязнения окружающей среды выше предельно допустимых значений оценочного показателя (параметра, физической величины), в частности ПДУ, измеряемые каждым датчиком 4 значения показателя загрязнения окружающей среды сравниваются (автоматически и/или пользователем телефона 3 по считываемой с дисплея информации) с нормированным значением этого показателя, в частности ПДУ. При превышении нормированного значения вырабатывается ТС, который передается по телефону 3 (по запросу, например с заданной скважностью - см. сигналы пунктиром; автоматически пользователем телефона 3) через оператора телефонной связи (1) на ЦУ-1 (6).
ТС, поданный на ЦУ1 непосредственно пользователем телефона 3, отличается на фиг.1 от автоматически подаваемого ТС индексом «ч» («человек»).
На ЦУ-1 (6) каждый тревожный сигнал ТС попадает на компьютер 5 (или на вход в логическую матрицу 14), где:
- формируется (и направляется через устройство 2 и систему 1 в целом на «тревожный» телефон 3) запрос координат «тревожного» телефона 3;
- получается ответ на этот запрос (посредством устройства 8, возможны варианты);
i
k
ik
- при наличии не менее двух ТС (например, с i-ого телефона - TC и с k-ого телефона TC) координаты «тревожных» телефонов поступают в устройство 9, где координаты источников ТС сравниваются во времени и определяется минимальная дистанция L между сравниваемыми i-ым и k-ым источниками (в принципе, возможно, особенно в зависимости от конкретной ситуации, дублирование автоматического определения местонахождения источника 5 ТС в голосовом диалоговом режиме, оперативным запросом с ЦУ1 соответствующих сведений об их местонахождении);
ik min
- определяется (вычисляется) посредством устройства 10 период времени Δt между началами сигналов (см. также фиг.2);
ik
ik min
ik
ik
ik min
ik min
- при значениях L и Δt, меньших, чем нормированные допустимые их значения (ПДУ), т.е. при совместном условии L<[L], Δt<[Δt], в устройстве 11 вырабатывается СА-1 (см. фиг.2).
Иначе говоря, сигнал аварии первого уровня вырабатывается на основании результатов обработки и оценки (экспертной) ранее накопленной информации.
При наличии одного, двух или большего числа централизованных устройств более высоких уровней (см. фиг.1) СА-1 поступает на реализацию или/и на ЦУ-11 (и далее).
i
k
Тревожные сигналы с телефонов (включая TC и TC) могут поступать и напрямик, минуя ЦУ1, на ЦУ2, т.е. параллельно, с дублированием информации.
Если заявляемое устройство выполнено с возможностью передачи на ЦУ2 и централизованные устройства второго и каждого последующего, более высокого уровня приема, обработки и анализа тревожных сигналов, наряду с первичными ТС, расширенной информации, включающей в себя результаты обработки и анализа ТС, предпочтительно, СА в предыдущих ЦУ, по меньшей мере, в ЦУ1, то эти функции выполняются в соответствии с изложенными в этом абзаце содержанием и последовательностью операций.
На ЦУ2 производятся, по сути те же действия, что и на ЦУ1, но, как правило, с входной информацией с большего числа датчиков (по мере накопления с большей территории) и/или СА-1, не идентифицированных в отрыве от всего массива тревожных сигналов, а также, преимущественно, экспертами более высокой квалификации и в большем количестве.
Для зарегистрированных ТС на всей их продолжительности (см. фиг.2) может определяться местоположение их источников 5 во времени (т.е. как функция времени), на основании чего может формироваться минимально идентифицированная карта зоны заражения окружающей среды.
В случае только автоматического поступления ТС на ЦУ1, оператор последнего незамедлительно направляет в автоматическом и/или неавтоматическом режиме сигнал уведомления абонента (3) о получении ТС с его телефона, а в случае выработки СА любого уровня также направляет сигнал уведомления об этом всем абонентам (3), чьи ТС использовались при формировании СА соответствующего уровня. При этом могут сообщать также номера других указанных абонентов (3) для организации взаимодействия всех участников аварийной ситуации.
По получении уведомления абонент направляет сигнал подтверждения получения уведомления, например, путем активации заданного оператором (ЦУ соответствующего уровня) кода, в противном случае оператор продолжает уведомление абонентов (3) с заданной периодичностью до тех пор, пока они не подтвердят факт их оповещения.
Работа (функционирование) систем с устройствами 4 определения зараженности иной природы, в частности ЭМИ и химического, с точки зрения данного изобретения принципиально не отличается от описанного выше, как отмечалось выше.
Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы системы экологической безопасности в условиях возможного радиоактивного, электромагнитного, химического, бактериологического и иного заражения местности и атмосферы путем уменьшения количества ложных тревожных сигналов и соответственно необоснованных сигналов аварий, а также повышения оперативности принятия и реализации мероприятий по обеззараживанию, обеспечению безопасности жизнедеятельности людей.