Совершенствование приборов и методов измерения параметров технологических процессов связано с необходимостью решения большого комплекса как научно- технических, так и экологических задач.
Одной из важнейших является задача повышения эффективности средств измерения за счет улучшения метрологических, технических и эксплуатационных характеристик первичных преобразователей и приборов на их основе. Повышению эффективности средств измерения служит и осуществляемая в настоящее время интеллектуализация измерительного процесса. Особую актуальность обретает данная задача при разработке методов и средств осуществления контроля экологических параметров внесения аэрозольных пестицидов.
Перспективным вариантом мониторинга пестицидов в окружающей среде видится использование беспроводных сенсорных сетей, что позволит обеспечить контроль определенных параметров на больших территориях. Объединенные в беспроводную сенсорную сеть, пьезокварцевые датчики образуют распределенную, самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи информации [1, 2].
Предложенный метод использования в качестве инструмента системного мониторинга – беспроводную сенсорную сеть – имеет ряд преимуществ перед традиционными методами оценки химического загрязнения почв. Во-первых, оценка всех параметров проводится во время распыления аэрозольных пестицидов, во-вторых, представляется возможность определить эффективность процесса химической обработки растений, в-третьих, исходя из дисперсности аэрозольных частиц, предположить равномерность распределения.
Датчики в реальном времени определяют основные параметры состояние почв (влажность, температуру), которые необходимо учитывать при внесения пестицидов. Другая группа датчиков информируется о концентрации пестицидов по структуре растения.
На рис. 1 приведен пример расположение датчиков контроля концентраций аэрозольных пестицидов в процессе распыления.
Рис. 1. Процесс аэрозольного распыления пестицидов и расположение датчиков контроля концентраций
Датчик № 1 (на рисунке расположенный внизу) находится на почве, так как снимает данные о пестицидах, которые не попали на растения, и данные о пестицидах, которые упали с растений в почву. Датчик № 2 (вверху) расположен на растении и снимает показания о попавших пестицидах на листьях.
Информационное обеспечение проведения соответствующих оценок подразделяется на следующие категории:
– характеристика и дифференциация используемых пестицидных препаратов по классу опасности;
– характеристика почв агробиоценозов;
– виды обрабатываемых культур;
– способы и технические средства внесения пестицидов [1, 3];
– тип вредителей, против которого направлено данное химическое вещество;
– метеорологические параметры (рис. 2).
Алгоритм классификации пестицидов по степени опасности оформляется в виде комплексной программы, работающей под операционными системами Windows 2007 в среде Builder (с традиционными языками программирования C, C++, Java и VBA) и включает справочный материал по предметному наполнению программы, средства выполнения соответствующих вычислений, графическому сопровождению.
Диалоговый режим системы организован следующим образом: после выбора защищаемой культуры и вредоносного объекта (вредителей, сорняков) пользователю предлагается набор препаратов, предназначенных для обработки почв, тип опрыскивательной системы, метеорологические условия распыления аэрозольных пестицидов. После вызова системы загружается главная кнопочная форма (рис. 2). В ней пользователь должен выбрать функцию (или вид работы) Новые данные ----Сводные данные ----Таблицы.
Данные полевых измерений аэрозольного применения пестицидов регистрируются в Протоколе, который содержит следующую информацию:
– наименование опрыскивательной системы (КР-0295, АН-2 и др.);
– место проведения измерений (район, село, хозяйство, поле № );
– вид химической обработки (химпрополка, защита растений от вредителей);
– используемый препарат (гербицид, инсектицид, фунгицид);
– установленная норма внесения химического препарата (согласно техническим условиям);
– количество проведенных измерений:
* измеренная концентрация пестицидов на листе растения;
* измеренная концентрация пестицидов на почве;
* широта полосы обработки( нормативная/измеренная);
* преимущественный размер частиц (мкм);
* однородность покрытия по полосе обработки.
* данные, получаемые в процессе измерения с датчиков.
По результатам исследования формируется таблица (рис. 3).
Рис. 2. Схема расположения основных элементов системы
Рис. 3. Структура таблицы«zamer»
Таблица «zamer» содержит информацию о проведенных замерах, такую как дата и время проведения замера, участок, на котором был сделан замер, используемый препарат, скорость ветра, влажность и температуру окружающей среды, показания датчиков на уровне растения и на почве, также указывается, каким способом был обработан участок.
Помимо таблицы ««zamer» в информационной системе присутствуют следующие таблицы:
• Таблица «tehnika» содержит перечень опрыскивательных средств и их характеристик.
• Таблица «uchastok» содержит информацию об участках: размер этого участка, о растениях, посеянных на этом участке, плотность посева.
• Таблица «vreditel» содержит информацию о сорняках, насекомых и вредителях.
• Таблицы «klass_opasnosti» содержит перечень классов опасностей используемых пестицидов.
• Таблица «sposob_nanesenia» – способы нанесения препарата;
• Таблица «soil» – типы почв и их характеристики;
• Таблица «type_veshestvo» – тип пестицидов.
• Таблица «type_vred» – типы вредителей.
• Таблица «kultura» содержит наименования культур.
Вся информация, полученная в реальном времени с датчиков, поступает на компьютер, где впоследствии обрабатывается программно-информационной системой. В систему поступают данные о концентрациях осевших пестицидов не только с датчиков, но и с GPS-устройств которые сообщают информацию о влажности, температуре и скорости ветра во время аэрозольного опрыскивания.
Данная система позволяет агрегировать данные и представлять их в виде таблиц, сводных отчетов, диаграмм (рис. 4, 5).
Рис. 4. Визуализация полученных данных о процессе аэрозольного распыления пестицидов в табличном варианте
Рис. 5. Визуализация полученных данных о процессе аэрозольного распыления пестицидов в виде диаграмм
Основной задачей информационно-программного обеспечения процесса аэрозольного распыления пестицидов является агрегирование разрозненной информации, такой как данные с различных датчиков, различных видов используемых пестицидов, культур и др. Также одна из задач инфомационно-программного комплекса – это визуализация данных, хранимых в системе, на основе которой будут сделаны выводы и прогнозы для улучшения ситуации с загрязнением земель в процессе аэрозольной обработки почв [1, 4,5].
По результатам исследования можно принять решение о необходимости оптимизации процесса химической обработки почв по экологическому параметру, об уровне консервативного загрязнения почв пестицидами, разработать рекомендации по использованию технических средств с учетом характеристик систем распыления.
Рецензенты:
Новоселов А.Л., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Барнаул;
Суторихин И.А., д.ф.-м.н., профессор, Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Новосибирск.
Работа поступила в редакцию 08.04.2013.