Oswe - Oswe PDF

Preview

Summary

Oswe...

Description

Zakres i podstawowe pojęcia ochrony środowiska Ochrona środowiska – działalność mająca na celu ochronę wszystkich elementów otoczenia przed niekorzystnym wpływem działalności człowieka, aby zapewniało mu ono optymalne warunki rozwoju fizycznego i psychicznego. Ochrona środowiska – zachowanie w nienaruszonym stanie elementów przyrodniczych o charakterze naturalnym. Energetyka – dział nauki i techniki, a także gałąź przemysłu, które zajmują się przetwarzaniem dostępnych form energii na postać łatwą do wykorzystania przy zasilaniu wszelkich procesów przemysłowych, a także napędzaniu maszyn i urządzeń używanych w życiu codziennym. W praktyce, energetyka obejmuje dostarczanie energii w dwóch postaciach: • energii elektrycznej - dostarczanej do odbiorcy przewodami elektrycznymi, produkowanej za pomocą turbin i prądnic napędzanych rozmaitymi źródłami energii, • energii cieplnej - dostarczanej odbiorcy za pośrednictwem transportującego ciepło nośnika, w szczególności może nim być para wodna pod dużym ciśnieniem, ogrzana woda lub inne płyny. Do ogrzewania tych nośników stosuje się rozmaite źródła energii. Ochrona środowiska w energetyce: - ochrona terenu i infrastruktury ,- ochrona powietrza atmosferycznego,- ochrona gleby,- ochrona wód,- ochrona lasów - ochrona krajobrazu, - ochrona przed hałasem, - ochrona przed działaniem pól E-M, - składowanie odpadów produkcyjnych Energia – miara zdolności układu do wykonania pracy

Rodzaje nieodnawialnych nośników energii oraz sposoby ich zagospodarowania

Ekologia – nauka biologiczna o strukturze i funkcjonowaniu żywej przyrody, obejmuje całość zjawisk dotyczących wzajemnych zależności między organizmami (i zespołami organizmów) a ich żywym i martwym środowiskiem. Ekologia – termin określający ruchy społeczne i polityczne (zieloni), których celem jest ochrona środowiska. Skażenie – wprowadzenie do środowiska substancji lub energii będących źródłem zagrożenia dla zdrowia ludzkiego, szkodliwych dla gatunków żywych i systemów ekologicznych, niszczących struktury nieożywione lub piękno przyrody. Sozologia – to nauka zajmująca się wypracowaniem i wdrażaniem wzorców postępowania wobec przyrody. Zagrożenia środowiska - naturalne – przemysłowe - katastrofy ekologiczne -skażenia i zanieczyszczenia, - pożarowe, termiczne, sejsmiczne,- elektromagnetyczne Powietrze(atmosfera)

Woda( hydrosfera)

Gleba(litosfera)

Skład czystego powietrza - Azot - 78,084 % - Tlen - 20,946 % - Argon - 0,934 % - Para wodna - 0,5 – 4 % - CO2 - 360 ppm - Neon - 18,18 ppm - Hel - 5,24 ppm - Metan - 1,7 ppm - Krypton - 1,14 ppm - Wodór - 0,5 ppm - Ksenon - 0,087 ppm

Zatrucia atmosfery - Skażenie powietrza: dym, SO2, SO3, NOx, VOC (volatile organic compounds), NO, Pb, - Kwaśne deszcze, chroniczne efekty toksyczne w drzewostanie, - Niszczenie budynków – korozja, - Choroby organizmów - alergie układu oddechowego, - Emisja ołowiu z paliw – przekroczenie zawartości dopuszczalnej w niektórych produktach rolniczych, - Dziura ozonowa – niszczenie warstwy O3 przez chlorofluorowęglowodory, - Radioaktywność – katastrofy ekologiczne. Zatrucia wód - Ścieki, nieszczelna kanalizacja, - Dezynfekowanie wody chlorem powoduje powstawanie chloropochodnych organicznych (rak pęcherza) jednakże woda nie denzyfekowana może powodować więcej chorób, - Detergenty, nawozy, pestycydy dostające się do rzek i mórz, - Stosowanie rur ołowianych. Skażenie gleby - Pb, Cd, inne metale, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) = polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), - Pestycydy (nieprzestrzeganie okresu karencji), - Nadmiar nawozów sztucznych, - Dioksyny z wypalania terenów, - Dzikie wysypiska śmieci. Zagrożenia bezpieczeństwa Zagrożenia militarne, terrorystyczne i zorganizowana przestępczość 5 BMR (CBRNE) • Chemiczne • Biologiczne • Radiologiczne • Jądrowe • Wysokoenergetyczne materiały wybuchowe Inżynieria bezpieczeństwa Bezpieczeństwo cywilne monitorowanie, identyfikacja i przeciwdziałanie zagrożeniom bezpieczeństwa obywateli, w tym procesy informacyjno – decyzyjne ratownictwa i zarządzania kryzysowego oraz skuteczne kierowanie działaniami ratowniczymi i reagowaniem kryzysowym Bezpieczeństwo techniczne projektowanie, budowa, eksploatacja i utylizacja obiektów i infrastruktury przemysłowo-komunalnej (energetyka, transport, przemysł, budownictwo) Priorytetowe technologie w inżynierii bezpieczeństwa • czujniki (sensory) • urządzenia pomiarowe i systemy monitorowania bezpieczeństwa obiektów i środowiska naturalnego • (systemy obserwacji, wykrywania i śledzenia) • systemy automatyzacji zarządzania i procedury informacyjno-decyzyjne ratownictwa i zarządzania kryzysowego Kluczowe technologie w systemach bezpieczeństwa Inżynieria materiałowa i nanotechnologie • Nowe właściwości i funkcje materiałów • Materiały o programowalnych właściwościach (optycznych, termicznych i mechanicznych) • Polimery, ceramiki, materiały kompozytowe • Materiały wysokoenergetyczne • Ogniwa paliwowe, napędy hybrydowe • Ultralekkie pancerze • Nanorurki i nanostruktury węglowe • Systemy MEMS i NEMS • Zintegrowane nanosensory • Układy zobrazowania • Adaptacyjne maskowanie, technologie STEALTH

Technologie fotoniczne • Materiały fotoniczne • Światłowody i obrazowody • Detektory promieniowania • Baterie słoneczne i displeje • Systemy obserwacji i rozpoznania • Technologie laserowe • Systemy monitorowania zagrożeń • Szerokopasmowa łączność laserowa • Optyka biomedyczna Technologie informacyjne i telekomunikacja • Sztuczna inteligencja • Wspieranie procesu decyzyjnego • Urządzenia komunikacyjne • Ochrona informacji • Bezpieczeństwo w cyberprzestrzeni • Scenariusze i symulacje decyzji • Zabezpieczenie sygnału • Elektroniczne uwierzytelnianie • Informatyka medyczna, telemedycyna • Przetwarzanie obrazów • Analiza sygnałów fizjologicznych Sieciocentryczność • wprowadzenie powszechnej dostępności w sieci do wiarygodnej, jednolitej informacji w czasie rzeczywistym • wypełnienie sieci nowymi, dynamicznymi źródłami informacji • zapewnienie dynamicznego i elastycznego kierowania

Energetyka • Produkcja i konwersja biomasy • Układy z paliwem wodorowym • Systemy geotermalne • Pompy ciepła o wysokiej efektywności • Fotoogniwa – struktury wielowarstwowe • Ogniwa paliwowe • Siłownie wiatrowe • Energetyka jądrowa, fuzja nuklearna • Gazyfikacja węgla • Czyste technologie węglowe • Energooszczędne źródła światła • Sztuczna fotosynteza Technologie kosmiczne i satelitarne Integracja wszystkich technologii i systemów Mikro- Nano- Bio- Info- i OptoTechnologie biomedyczne • Bio- nano- materiały • Nanorurki z proteinami • Biopolimery • Sensory biomolekularne • Detektory grawitacji • Bio-radiometry • Miniaturowe bioreaktory •medycyna kwantowa • systemy diagnostyczne •urządzenia do terapii •znaczniki DNA (Bio- IFF) Konwencjonalne źródła energii Węgle kopalne- skały osadowe powstałe w wyniku gromadzenia się i późniejszego przeobrażania szczątków roślin Torf(100m , czułość 500ppm System aktywny zasięg10-50m, czułaość 10ppm Układ pasywny z kolektorem optycznym- badanie eksploatacyjne na śmigłowcu Przenośny system DIAL do zdalnego wykrywania metanu- Czułość (10 m) 50 ppm x m (stała czasowa 50 ms) zasięg do 20 m Możliwości zastosowań metod optoelektronicznych do wykrywania i identyfikacji węglowodorów • wyznaczanie widm absorpcji • wyznaczanie widm odbicia • pomiary rozproszeń • wyznaczanie widm laserowo wzbudzanej fluorescencji • wyznaczanie widm emisji atomowej wzbudzanej laserowo • aktywny system zdalnej detekcji węglowodorów • układy zdalnej detekcji metanu - gazu towarzyszącego złożom ropy naftowej • monitoring zanieczyszczeń • kontrola procesów technologicznych Skażeania i zanieczyszczenia środowiska -powietrze( atmosfera) -woda( hydrosfera) -gleba( litosfera)

Pod pojęciem zanieczyszczeń atmosfery rozumiemy wszystkie czynniki wpływające szkodliwie na środowisko przyrodnicze, ludzi i na obiekty użytkowane przez człowieka. Ze względu na poztać fizyczną zanieczyszczeń rozróżniamy: pyły ,gazy i areozole Skażenia atmosfery obejmują bojowe środki chemiczne i biologiczne materiały promieniotwórcze oraz toksyczne środki przemysłowe

Formy rozprzestrzeniania broni chemicznej i biologicznej • Gaz • Aerozol (mikrokropelki) • Ciecz (krople) • Ciało stałe (proszek, pył)

Metody Lidarowe -LIDAR=LIght Detection And Ranging -LIDAR rozproszeniowy -LIDAR absorpcji róznicowej (DIAL) -LIDAR ramanowski -LIDARfluorescencyjny -LIDAR dopplerowski

Porównanie metod zdalnej detekcji

Systemy „remote" wykorzystują różne rodzaje niewielkich czujników punktowych "in situ", przy czym dane z tych czujników przesyłane są za pomocą łącz przewodowych lub bezprzewodowych do centrów alarmowych. • Sensory optyczne i biologiczne • Sensory półprzewodnikowe • Sensory elektrochemiczne • Spektrometry ruchliwości jonów • Spektrometry fotoakustyczne i LIBS • Analizatory masowe (SAW) Charakterystyka bakterii, wirusów i toksyn stosowanych jako broń biologiczna • Wąglik (płynna zawiesina lub proszek) Zarodki kuliste: 1 to 5 μm Bakterie: pręciki o długości 4-10 μm i średnicy >1.5 μm • Tularemia (płynna zawiesina) Nieregularne elipsoidalne bakterie, 0.2 μm na 0.2-0.7 μm • Dżuma (płynna zawiesina) Kapsułowate bakterie o rozmiarach 0.5-0.8 μm na 1-3 μm • Ospa (płynna zawiesina) Duże wirusy od 0.15 μm do 0.3 μm • Jad kiełbasiany (płynna zawiesina lub proszek) Toksyna - rozmiar ziaren zależny od sposobu rozsiewania

Charakterystyka aerozoli biologicznych • Suchy proszek lub płynna zawiesina (woda+oleje) • Rozmiar cząsteczek od 0.5 do 10 μm (w większych kroplach żyją dłużej) • Kropelki zawierają od 1 do 50 organizmów (tylko niewielka część żywych) • Gęstość aerozoli w zakresie 102 -106 cząsteczek na m3 (zbliżona do gęstości kropel w chmurach i gęstych mgłach, tzw. adwekcyjnych) Czym różnią się chmury środków biologicznych od chmur środków chemicznych? • W odróżnieniu od chemicznych środków trujących substancje biologiczne nie mają wąskich linii absorpcyjnych w podczerwieni, wyraźniejszą sygnaturę w podczerwieni mają krople płynu, w którym się znajdują lub ośrodka, w którym je hodowano • Wszystkie substancje biologiczne posiadają zbliżone spektralne charakterystyki fluorescencyjne w ultrafiolecie, związane z obecnością tryptofanu, NADH itp. Zdalna identyfikacja broni biologicznej jest zdecydowanie trudniejsza niż zdalna identyfikacja bojowych środków trujących.

Najważniejsze realizowane programy badawcze związane ze zdalną detekcją skażeń CB: 1. JSCWILD -szybkie skanowanie atmosfery i terenu w poszukiwaniu środków chemicznych w deszczu, aerozolach i w postaci par. 2. JSWILD (ARTEMIS) CBD Program .Zdalny system detekcji, śledzenia par, aerozoli i deszczy przenoszących środki chemiczne oraz biologiczne. 3. SIMBAD - Program DARPA ukierunkowany na opracowanie prototypówczujników do detekcji środków biologicznych i chemicznych. 4. JSLSCAD - - opracowanie lekkiego, pasywnego i w pełni automatycznego systemu detekcyjnego, który skanuje otaczającą atmosferę w poszukiwaniu środków chemicznych. 5. LASE - samolot ER-2 NASA LaRC Boeing 737. 6. SINBAHD -na podstawie laserowo indukowanej fluorescencji charakteryzacjachmur biologicznych. Detekcja danych w przedziale 300-600 nm wdwóch kanałach: 1-rozproszenie, 2-fluorescencja, wykorzystywane dwa lasery excimerowe 308 nm i 351 nm (40W), apertura optyczna 12 cali. 7. TACIT -zobrazowanie termalne z użyciem filtrów (Lidar CO2). 8. DARPA SBIR Contract for EOO Inc. - indukowana fluorescencja w UV do określenia BW. Zasada pracy lidaru rozproszeniowego wykrywającego chmurę aerozoli:Laser emituje długość fali 1064 nm, która przechodzi przez chmurę środka chemicznego lub biologicznego • Promieniowanie wykazuje absorpcję i rozpraszanie w chmurze • Promieniowanie odbija się od przeszkody (np. lasu) lub jest wstecznie rozpraszane przez aerozol i jest odbierane przez detektor • Jeśli wykrywany środek posiada wyraźną sygnaturę rozproszeniową lub absorpcyjną , to można osiągnąć duże prawdopodobieństwa wykrycia Zasada pracy lidaru dwubarwnego: Laser emituje dwie długości fali, które przechodzą przez chmurę środka chemicznego lub biologicznego • Promieniowanie wykazuje różną absorpcję i rozpraszanie w chmurze • Promieniowanie odbija się od przeszkody (np. lasu) lub jest wstecznie rozpraszane przez aerozol i jest odbierane przez detektor(y) • Jeśli wykrywany środek posiada wyraźną sygnaturę rozproszeniową lub absorpcyjną to można osiągnąć duże prawdopodobieństwa wykrycia oraz odróżnić aerozol wodny (BST, BBMR) od niewodnego Zintegrowany system elektro-optyczny do zdalnego wykrywania i identyfikacji broni chemicznej i biologicznej • Lidar rozproszeniowy (wykrycie sztucznych aerozoli) • Lidar fluorescencyjny (wykrycie BST i BSMR) • System DIAL (identyfikacja BST) • Czujniki „remote” (identyfikacja BBMR i BST) Modułowy charakter systemu zdalnej detekcji: a) system ostrzegania b) system wykrywania c) system identyfikacji

Profilometr wielospektralny Przeznaczenie: Określanie rzeźby terenu wraz z identyfikacją i analizą elementów jego pokrycia (w tym lokalizacja obiektów zamaskowanych), charakteryzująca się wysoką rozdzielczością przestrzenną. Fotografia laserowa - Rejestracja obrazów metodą kadrowania przestrzenno-czasowego Range Gated Imaging System. Podstawowe właściwości klasycznej fotografii:      

Horyzont przestrzenno-czasowy Kadrowanie wybranych obszarów przestrzeni Wymiarowanie przestrzeni Synteza informacji 3D Cyfrowa poprawa jakości obrazu termowizyjnego Fotografia laserowa

Teledetekcja jest działem nauk technicznych zajmującym się pozyskiwaniem informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów otrzymywanych z sensorów nie będących w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami. Metody rejestracji obrazu - Metoda aktywna – posiada własne źródło promieniowania fal elektromagnetycznych (radary, lidary) lub akustycznych (sonary) - Metoda pasywna – polega na rejestrowaniu promieniowania odbitego, którego źródłem jest Słońce (kamery, skanery, radiometry, fotometry), a także promieniowania emitowanego (termowizja, promieniotwórczość naturalna) Georadar -pozwala na wykrywanie różnego typu obiektów podziemnych bez potrzebykopania. Detekcja tego rodzaju możliwa jest przy wykorzystaniu zjawisk propagacji fal elektromagnetycznych w strukturze gruntu i ich odbicia od znajdujących się w nim obiektów. Kamera CCD (charge couple device) jest cyfrowym detektorem światła, zbudowana z dwuwymiarowych matryc obrazowych CCD umieszczonych w płaszczyźnie obrazowej obiektywu kamery. W celu uzyskania obrazu kolorowego stosuje sie odpowiednie filtry.

Teledetekcja wielospektralna Terminologia • Panchromatic: jedno szerokie pasmo spektralne (> 250 nm) • Multispectral: 2 do 5 pasm spektralnych (40 do 100 nm) • Superspectral: 5 do 10 pasm spektralnych (20 do 40 nm) • Hyperspectral: 10 do 100 pasm spektralnych (2 do 20 nm) Obrazowania wielospektralne rejestrują zakres światła widzialnego, mikrofal, dalekiej i bliskiej podczerwieni oraz ultrafioletu. Znajdują zastosowanie w wielu dyscyplinach, między innymi w medycynie, geologii, archeologii, kartografii, meteorologii, historii sztuki, ekologii, kryminalistyce i ratownictwie. W geomatyce, ze względu na przestrzenną złożoność informacji obrazowej wyróżnia się cztery rodzaje rozdzielczości: • Rozdzielczość przestrzenna • Rozdzielczość czasowa • Rozdzielczość radiometryczna • Rozdzielczość spektralna Rozdzielczość radiometryczna określa liczbę poziomów wartości intensywności (jasności) na które podzielony jest zakres sygnałów odbieranych przez system rejestrujący w każdym z kanałów. Czujniki do systemów monitorowania Podstawowe cele monitorowania skażeń i zanieczyszczeń środowiska są następujące: • ocena jakości poszczególnych elementów środowiska zgodnie z normami i wytycznymi; • wykrywanie źródeł i określanie wielkości emisji oraz szacowanie zasięgu ich oddziaływań na środowisko; • ocena wpływu zjawisk atmosferycznych na proces rozprzestrzeniania się skażeń i zanieczyszczeń; • wskazywanie dróg przemieszczania się skażeń i zanieczyszczeń; • badanie wpływu skażeń i zanieczyszczeń na zmiany klimatyczne; • określanie wpływu skażeń i zanieczyszczeń na środowisko i zdrowie człowieka (monitorowanie sprzężone z badaniami epidemiologicznymi i ekotoksycznymi); • badanie tła i trendów zmian w poziomie imisji poszczególnych skażeń i zanieczyszczeń. Metody stosowane w monitorowaniu atmosfery, z punktu widzenia sposobu pobierania próbek do analizy, można podzielić na dwie grupy: a) próbkowanie w miejscu występowania zanieczyszczeń, b) zdalna detekcja, identyfikacja i pomiar stężenia. W pierwszej grupie metod, z powodu rozdzielenia w czasie i przestrzeni miejsc pobrania próbki i jej analizy, dokładność i jednoznaczność pomiarów jest mało precyzyjna. Metody zdalne pozbawione są tych wad i w zależności od zastosowanej techniki pomiarowej umożliwiają prowadzenie monitorowania atmosfery nawet na wielokilometrowych odległościach. W zdalnej detekcji szczególną rolę odgrywają metody i technologie optoelektroniczne, które jako bardzo precyzyjne narzędzie wykrywania i określania stężeń gazowych zanieczyszczeń atmosfery coraz częściej wypierają w monitorowaniu środowiska metody dotychczas stosowane (np. metody chemii mokrej, chromatografia). Do najważniejszych zalet metod optoelektronicznych należy zaliczyć możliwość pełnej automatyzacji pomiaru, jednoznaczność wyników, możliwość dokonywania pomiarów bez konieczności pobierania próbki, a także zintegrowanie różnych systemów elektro-optycznych w procesie akwizycji, przetwarzania i transmisji danych. Wyróżnić można dwa rodzaje systemów zdalnego monitorowania: typu „standoff” i typu „remote”. Systemy „stand-off” (czujniki optyczne i radary) pozwalają wykrywać zanieczyszczenia (gazy, aerozole, dymy, pyły) ze znacznej odległości bez kontaktu z obszarem występowania tego zanieczyszczenia. Są to aktywne systemy laserowe (lidary z laserami przestrajalnymi i systemami obróbki danych pozwalającymi wyznaczyć absorpcję różnicową – Difference Absorption Lidar DIAL) lub pasywne systemy termowizyjne z wąskimi filtrami dopasowanymi do pasm pochłaniania gazów i obrazujące zmiany transmisji promieniowania pochłanianego wzdłuż drogi występowania gazu. Pojedyncza stacja typu „stand-off” może pokryć znaczny obszar, którego wielkość zależy od zasięgu, pola widzenia i szybkości skanowania. Systemy typu „remote” wykorzystują różne rodzaje niewielkich czujników punktowych „in situ”, przy czym dane z tych czujników przesyłane są za pomocą łączy przewodowych lub bezprzewodowych do centrów alarmowych. Centra te analizują dane przychodzące z sieci czujników i określają poziom zagrożenia. Jeśli czujniki te umieszczone są na ziemi, to nie wykrywają zanieczyszczeń unoszonych w powietrzu, dlatego wskazane jest by sieci naziemne wspomagane były przez czujniki umieszczone na bezpilotowych środkach latających. Należy podkreślić, że w tym przypadku konieczny jest kontakt czujnika z analizowanym obszarem, zdolność wykrywania osiąga się dzięki systemom transmisji danych. Niezależnie od przytoczonych rodzajów klasyfikacji systemów monitorowania, można je systematyzować także według innych kryteriów: • ogólnie przyjętych parametrów metrologicznych, jak np. czułość i granica oznaczalności, dokładność, selektywność, poziom szumów, czas odpowiedzi itp., • typu oznaczanych substancji, • fizykochemicznej zasady działania czujnika zastosowanego w systemie monitorowania. Każdy system monitorowania, w którym stosowane są czujniki, charakteryzują następujące parametry analityczno-eksploatacyjne: a) granica wykrywalności (wykrywalność) - najmniejsza ilość lub najmniejsze stężenie analizowanej substancji, które można wykryć za pomocą danej metody analitycznej (przyrządu). Odnosi się najczęściej do jakościowego stwierdzenia obecności analizowanej substancji w próbce. Pojęcie wysoka wykrywalność oznacza detekcję bardzo małych ilości (stężeń) analizowanej substancji; b) czułość metody (przyrządu) - najmniejsza różnica w ilościach lub stężeniach oznaczanej substancji, możliwa do określenia za pomocą tej metody (przyrządu);

c) granica oznaczalności - najmniejsza ilość lub najmniejsze stężenie analizowanej substancji, umożliwiające jej identyfikację za pomocą danej metody pomiarowej (przyrządu); d) selektywność - zdoln...