ГОДИШЊИ ИЗВЕШТАЈ О РЕАЛИЗАЦИЈИ ПРОЈЕКТА ЗА ПЕРИОД ДО ГОДИНЕ

Transcript

1 ГОДИШЊИ ИЗВЕШТАЈ О РЕАЛИЗАЦИЈИ ПРОЈЕКТА ЗА ПЕРИОД ДО ГОДИНЕ 1. Наслов пројекта и евиденциони број: 2. Руководилац пројекта: 3. НИО кординатор пројекта: 4. НИО учесници на пројекту: Унапређење система мониторинга и процене дуготрајне изложености становништва загађујућим супстанцама у животној средини применом неуронских мрежа - III др Ненад Живковић, ред. проф. Факултет заштите на раду у Нишу Електронски факултет у Нишу Медицински факуклтет у Нишу Технолошки факултет у Нишу 5. Корисник пројекта: Министарство просвете, науке и технолошког развоја Р.Србије 6. Број месеци истраживача: Трајање пројекта: 4 године Руководилац пројекта Проф. др Ненад Живковић Ниш, Јануар год. 0

2 Обавезе дефинисане Уговором о реализацији пројекта за годину 1. Кратак приказ предмета, садржаја и циљева истраживања (Прилог.1 Уговора) Општи циљ пројекта је утврђивање територијалног ризика при дуготрајној експозицији становништа загађујућим супстанцама на основу унапређеног система мониторинга квалитета животне средине и усавршених методологија за доношење оцене ризика по здравље. Постављени циљ реализоваће се интеграцијом потака о мерењима у систему мониторинга квалитета параметара животне средине и потака добијених предвиђањем поља концентрација загађујућих супстанци, моделирањем. Стога је предмет истраживања: методологија за процену изложености становништа загађујућим супстанцама, применом неуронских мрежа; модуларни аутоматски мерни информациони систем, за мерење и праћење квалитета ваздуха, воде и земљишта; и локални регистар извора загађивања и преноса загађујућих материја у поједине сфере животне средине. Истраживање ће се реализовати у оквиру 3 подпројекта. У оквиру подпројекта Развој методологије оцене квалитета животне срдине и процену изложености становништа загађујућим супстанцама, применом неуронских мрежа истраживање ће се базирати на израчунавању индекса квалитета стања појединх свера животне средине на годишњем нивоу. Овај приступ ће омогућити утврђивање узрочне повезаности квалитета животне средине и појаву хроничних и кацерогених болести код изложене популације. Ово је од посебне важности при доношењу реалне оцене здравственог ризика и одређивању територије урбаних средина, које представљају зону здравственог ризика. У циљу реализације ових истраживања, методолошки прво би се приступило комплексном и систематском истраживању свих битних карактеристика односа, који су предмет примене принципа каузалитета (узрочне повезаности згађња животне средине, квалитета стања животне средине и здравственог ризика). Статистичком методом ће се утврдити квантитативна одређеност статистичке масе потака, извршити њихово табеларно и/или графичко представљање и ти дедуктивно статистичко објашњење појава и стања. Валоризација територије урбане средине у погледу загађености обухватила би и просторе где није вршено праћење концентрација загађујућих супстанци, мерењем. Процена загађености и формирање поља квалитета ваздуха, во и земљишта, као и зона ризика по здравље, на анализираној територији, извршиће се применом мето вештачких неуронских мрежа. Њиховом применом приказаће се и каузалност поља квалитета стања животне средине са здравственим ризиком. Имајући ово у виду, репрезентативну оцену квалитета животне средине и оцену ризика по здравље, могуће је добити унапређењем постојећих система мониторнга. У пракси, системи мониторинга имају двојаку улогу. Традиционалу приступ подразумева управљање изворима емисије. Други приступ се заснива на управљању факторима који одређују степен деловања загађене средине на здравље људи. Реализација овог приступа захтева детаљно познавање просторно-временске расподеле концентрације загађујућих супстанци у ваздуху, води и земљишту, као и густину насељености анализиране области и динамике њене промене. Према томе, затак овог истраживања је и се истраже и аплицирају системи мониторинга чије ће карактеристике омогућити: оцену квалитета животне средине у анализираној области, одређивање потенцијалне експозиције становништва загађујућим супстанцама и показати повезаност са изворима загађивања. Унапређење постојећих програма мониторинга врши се у складу са захтевом се добију поци о тренутним мерењима и пољима квалитета појединих сфера животне средине на основу којих ће се донети оцена о утицају анализиране средине на здравље људи. Истраживање загађења, временског интервала мерања и места мерења, вршиће се са аспекта усклађености потреба оцене експозиције становништва и очекиванх ефеата на здравље. Од специфичних локалних услова зависиће избор приоритетних загађујућих супстанци и методи мониторинга. Због тога су у оквиру посебног подпројекта, под називом Kреирање и успостављање локалног регистра испуштања и преноса загађујућих материја у животној средини и валоризација урбане територије са аспекта загађености, дефинисана и истраживања која обухватају развој и примену локалног регистра испуштања и преноса загађујућих материја, са одговарајућим базама потака. Она представљају наставак истраживања, која су остварена на пројекту ТР, под називом Развој и реализација 1

3 локалних система за континуирано мерење и праћење еколошких и метеоролошких параметара у складу са светским станрдима. Затак овог подпројекта је изврши систематизацију извора загађивања, исшуштања и преноса загађујућих материја и на основу тога предвиди различите нивое мониторинга у појединим сферама животне средине, који би били покривени одговарајућим мерним метома, односно сензорима. Истраживање у оквиру трећег предложеног подпројекта, под називом Развој и реализација модуларног аутоматског мерног информационог система за праћење квалитета животне средине, такође представља наставак истраживања у овој области, са полазним резултатима који су остварени при реализацији пројекта ТР. Овим истраживањем проширио би се програм до са реализованог локалног мониторинга квалитета ваздуха и на мониторинг квалитета во и земљишта. Концепција система је усмерена ка примени нових микропроцесорских система, који имају могућност лаког прилагођења програма и електронике новим технологијама, као и могућност прихватања специфичних модула или сензора, односно комаптибилност интегрисаних веза са различитим периферијским уређајима. Због неопходне поузности, испуњавање постављених почетних захтева који су дефинисани светским станрдима, изабрани сензори, морају буду из групе савремених технологија, мерних мето и принципа. Реализовани аутоматски мерни систем мора на основу метеоролошких захтева, распоре станица, нивоа мерења, у потпуности прати изворе загађења на одређеној локацији, а по својим перформансама, одговарао би светским системима који ју тренутне вредности индикатора о квалитету ваздуха, воде и земљишта. 2. Циљ истраживања у трећој години (Прилог.1 Уговора) Остварење општег циља истраживања, засновано је на реализацији сета циљева дефинисаних у оквиру подпројеката у овом страживачком периоду. Подпројекат 1: Циљ истраживања у трећој години био је креирање методолошког оквира за квантитативноквалитативну оцену квалитета животне средине, на основу годишњег АQI, SWQI и нивоа комуналне буке. Одређивање годишњег АQI извршиће се на основу сета потака о мерењу основних загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуху и потака о анализи нивоа буке у животној средини на подручју гра Ниша, док ће SWQI бити одређен за најзначајније водотокове у Србији, Дунав и Мораву. Такође истраживање је имало за циљ утврђивање корелације између категорије здравственог ризика и годишњег АQI, SWQI, и нивоа комуналне буке. Истраживање корелације између поља квалитета вазуха и зона здравственог ризика извршено је коришћењем методе вештачких неуронских мрежа радијалне базисне функције, између квалитета во и здравственог ризика мултикритеријумском анализом - метод Visual Promethee, а нивоа буке, прорачуном нивоа емисије буке саобраћаја NAISS моделом. Подпројекат 2: Циљ реализације подпројекта је успостављање алата за одређивање преноса загађујућих супстанци и извештавање о достигнутим концентрацијама у локалној заједници избором одговарајуће ГИС апликације за приказивање распоре загађивача, врсте и количине емитованих загађујућих материја; софтверске апликације за подршку процни распростирања загађујућих материја кроз поједине елементе животне стредине на анализираној територији. Такође циљ је био и реализација Регистра испуштања и преноса загађујућих материја, која се заснива на инкорпорирању потака о испуштању и преносу загађујућих материја са релевантним поцима неопходним за праћење стања, на анализираној територији у систем, затим успостављање апликације за извештавање о изложености становништва загађујућим супстанцама у урбаним срединама, као и креирање карти о распореду загађивача, испуштањима и преносу загађујућих супстанци у локалној средини. Подпројекат 3: Предмет истраживања је модуларни аутоматски мерни информациони систем, који би у зависности од употребљених сензора на одређеном подручју у близини потенцијалних извора емисије мерио и пратио различите еколошке параметре, и у случају појаве критичног нивоа 2

4 загађења активирао алармну процедуру. Циљ реализације подпројекта је пројектовање и развој аутоматске мерне станице која би била у могућности врши основна еколошко-метеоролошка мерења, архивира мерене потке, обрађује потке са могућношћу ниског нивоа алармирања и приказа резултата, и остварује комуникацију са контролним рачунаром. Због постављених захтева у погледу поузности и тачности сензорских елемената њихов избор мора буде из групе најсавременијих технологија и оријентисан ка најновијим мерним принципима који могу се потпуно аутоматизују, као што су оптоелектронски или пиезоотпорни мерни принципи. Због аутономности мерних станица предвиђени су и сви типови нас доступних комуникација, као што су GPRS модули, радио модеми и WiFi бежично повезивање. 3. Фазе и активности у трећој години истраживања (Прилог.1 Уговора) са приказом % реализације активности Фаза I. Квалитативно квантитативна оцена сфера животне средине на анализираном подручју II.Успостављање алата за одређивање преноса загађујућих материја и извештавање о достигнутим концентрацијама III.Изра експерименталних инсталација, пројектовање, моделирање и изра лабораторијског прототипа система за мерење квалитета земљишта IV.Утврђивање корелације између категорије здравственог ризика и Активност 1. Одређивање годишњег индекса квалитета ваздуха за изабране загађујуће супстанце и доношење квалитативно квантитативне оцене квалитета ваздуха за подручје гра Ниша, за годину. 2. Одређивање индекса квалитета во за изабране загађујуће супстанце и доношење квалитативно квантитативне оцене квалитета во 3. Континуиран он-лине мониторинг стања нивоа буке на најкритичнијим локацијама у граду са дневном, недељном и месечном динамиком 1. Дефинисање одговарајуће ГИС апликације са поцима о распореду загађивача, врстама, карактеристикама и количинама емитованих гасовитих, течниих или чврстих загађујућих материја. 2. Дефинисање одговарајуће софтверске апликације за подршку процни распростирања загађујућих материја кроз поједине елементе животне стредине,. 3. Успостављање тестирање и верификација апликације за подршку процни распростирања загађујућих материја кроз поједине елементе животне стредине,. 1. Избор конструктивних решења механичких и електричних делова прототипа овог дела аутоматског мерног система. 2. Пројектовање и моделирање усвојеног решења хардвера, 3. Верификација пројекта хардвера уређаја 4. Реализација хардверских подсклопова овог дела лабораторијског прототипа на основу усвојеног решења % реализације 90% 50% 10% 1. Корелација између годишњих вредности индекса квалитета ваздуха и категорија здравственог ризика код изабране популације. 3

5 годишњег индекса квалитета стања појединих сфера животне средине и доношење оцене здравственог ризика V.Реализација Регистра испуштања загађујућих материја VI.Изра алгоритама и софтвера за управљање аутоматског мерног система VII.Повезивање хардверских подсклопова лабораторијских прототипова и изра коначног аутоматског мерног система 2. Корелација између годишњих вредности индекса квалитета во и категорија здравственог ризика 3. Изра wеб апликације намењене информисању грађана о стању нивоа буке на локалитетима територије гра Ниша. 1. Инкорпорирање свих сегмената регистра испуштања и преноса загађујућих материја у атмосфери, вома и/или земљишту са релевантним поцима неопходним за праћење стања, на анализираној територији у систем. 2. Изра и успостављање аликације за извештавање о изложености становништва загађујућим супстанцама у урбаним срединама засноване на GIS-у и Интернет технологији, 3. Креирање карти о распореду загађивача, испуштањима и преносу загађујућих супстанци, за анализиране територије 1. Изра алгоритма управљања за софтверско повезивање и синхронизацију свих подсклопова и изра софтвера за управљање аутоматског мерног система, 2. Дефинисање временске динамике прикупљања, обраде и приказа потака, 3. Изра софтвера 4. Остваривање бежичне комуникације. 5. Тестирање софтвера аутоматског мерног система 1. Повезивање хардверских подсклопова лабораторијских прототипова у аутоматски мерни систем, 2. Изра коначног прототипа аутоматског мерног система 3. Мерења карактеристичних величина на коначном прототипу аутоматског мерног система, обра потака и анализа резултата 4. Тестирање и верификација коначног прототипа аутоматског мерног система 60% 80% 40% 90% 4

6 Реализација обавезе дефинисане Уговором 1. Конкретан опис резултата пројекта, по активностима и фазама, који су остварени у извештајном периоду (до 15 страница), са упоређењем са обавезама и резултатима дефинисаним Уговором. Подпројекат -I: Развој методологије оцене квалитета животне срдине за процену изложености становништа загађујућим супстанцама применом неуронских мрежа Фаза 1 и 4 активност 1 У години, у оквиру фазе 1 и 4 пројекта, конципиран је предмет истраживања на основу добијених резултата у претходним годинама истраживања и заснива се на прорачуну и анализи годишњег индекса квалитета ваздуха у односу на концентрације чађи, сумпордиокси, угљенмонокси и азотнихокси како би се обезбедио континуитет у дуготрајном праћењу квалитета ваздуха на подручју гра Ниша (период година). Овако постављен предмет истраживања има оправност у чињеници вишегодишња континуирана изложеност емисијама загађујућих супстанцама из ваздуха, представља значајан фактор ризика који неповољно утиче на здравље популације. Аерозагађење се може узети као битан етиолошки и фаворизујући фактор за настанак и развој респираторних, кардиоваскуларних, малигних болести, али и других дефинисаних или недефинисаних патолошких стања код експонираног становништва. У оквиру фазе IV. 1 пројекта т је преглед здравственог ризика деце предшколског узраста, условљеног присуством загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуху и преглед појаве респираторних и кардиоваскуларних болести код деце у 7 обништа предшколске установе Пчелица у Нишу, а која се налазе у зонама процењеног здравственог ризика. Постављени предмет истраживања, треба омогући проверу постојећих и успостављање нових сазнајних вредности корелације просторне дистрибуције аерозагађења (поља квалитета ваздуха) и стања здравља континуирано експониране популације. Општи циљ реализације подпројекта I је идентификовање загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуху које треба чине полазну базу у квалитативно-квантитативној процени здравственог ризика који се јавља као производ објективне повезаности просторне и временске димензије експозиције. Приказ доминантних загађујућих супстанци утврђених мониторингом у одређеним просторним зонама гра је могућност утврђивања међузависности са врстом и кретањем присутне патологије код хронично експонираног становништва. Посебна је пажња усмерена на идентификацији присутних здравствених ефеката и последица експозиције станрдним загађујућим супстанцама (SO 2, CO, NO x, чађи и суспендованих честица) у однос на дефинисане зоне гра. Циљ је и утврђивање каузалне повезаности између доминантне патологије која се огле у обољењима респиратоног тракта, кардиоваскуларног система, малигних обољења као и других патолошких стања на појединим подручјима гра Ниша, у односу на хроничну изложеност аерозагађењу. Посебан циљ је утврђивање броја оболеле предшколске деце у односу на различите нивое квалитета ваздуха, за одређена подручја гра. Реализација постављених циљева истраживања омогућује се идентификују доминирајући фактори ризика у одређеним подручјима гра са пратећом патологијом као и успостављање зона здравствених ризика које би омогућиле адекватно спровођење превентивних процедура, поступака и мера у циљу контроле и смањења здравствених ризика, односно превенирање развоја болести које су директно или индиректно повезане са присутним аерозагађењем. Како би се утврдио већи проценат каузалитета између прекорачених, дозвољених, граничних вредности угљен монокси и честица у ваздуху и појаве нежељених здравствених ефеката код осетљиве популације, праћено је здравствено стање деце предшколског узраста у погледу појаве респираторних болести. Анализа појаве респираторних болести код деце предшколског узраста вршенa је у години за временски период од јануара до децембра месеца 5

7 у 7 обништа на територији гра Ниша. Избор анализираних обништа је вршен након картографисања квалитета ваздуха и утврђивања зона здравственог ризика. Сва анализирана обништа су лоцирана на подручју Гра Ниша на којима се предвиђају високе концентрације CO. С обзиром се на подручју гра, у мрежи мониторинга, налазе само 2 мерна места за праћење суспендованих честица, PM 10 и PM 2,5, у новембру и децембру године организовали смо мерење концентрација PM 10 у предшколској установи Пчелица, дечијем обништу Бамби аутоматизованом млниторинг станицом Аирпоинтер. Мерење PM 10 је спроведено у обништу Бамби како би се утврдио утицај честица на здравље експониране деце јер су истраживања у години, у оквиру фазе 3, указала су концентрације PM 2,5, у овом обништу, при субхроничној експозицији утицале на појаву нежељених здравствених ефаката. У целокупном периоду праћања, маја и априла године, концентрације PM 2.5 су биле знатно изнад дозвољених концентрација и кретале су се у интервалу од 43,11% до 107,4% у односу на граничне вредности. Како су у години, у обништу Бамби, забележене високе концентрације суспендованих честица PM 2,5 које условљавају појаву здравственог ризика, у години обављено је мерење суспендованих честица PM 10. Мерење је обављено у периоду од 28. новембра до 27. децембра. Резултати мерења ти су у елаборату као средње двадесетчетворочасовне вредности концентрација и као средње осмочасовне вредности концентрација, за период мерења од часова до часова у току на. На основу измерених усредњених двадесетчетворочасовних и осмочасовних вредности мерења концентрација CO, NO, NO 2, NOx и PM 10 у амбијенталном ваздуху, закључује се су вредности суспендованих честица PM 10 знатно изнад дозвољених граничних вредности за готово целокупни период праћења. Такође су високе концентрације CO, које су у појединим нима биле и изнад дозвољених граничних вредности или су се ближиле граничним вредностима. Концентрације NO x су у периоду праћења биле испод граничних вредности уз напомену се се у појединим нима мерења концентрације ближиле дозвољеним граничним вредностима. Концентрације сумпордиокси су знатно испод граничних вредности. Ток кретања концентрација анализираних супстанци проказан је на следећим дијаграмима Vrednost koncentracije PM10 granična vrednost PM10 tolerantna vrednost PM Ток кретања средњедневних концентрација PM 10 у временском интервалу године 6

8 Vrednost koncentracije CO 6 4 granična vrednost CO tolerantna vrednost CO Ток кретања средње дневних концентрација CO у временском интервалу године Vrednosti koncentracije NO2 granična vrednost NO2 tolerantna vrednost NO Ток кретања средње дневних концентрација NO 2 у временском интервалу године Vrednost koncentracije SO granična vrednost SO Ток кретања средње дневних концентрација SO 2 у временском интервалу године У оквиру истраживања, за свако обниште, према усвојеној методологији процене здравственог ризика, која је та у елаборату, израчунат је индивидуални ризик Ri и/или хазардни коефицијент здравственог ризика. Индивидуални ризик и вероватноћа настанка канцера као и хазардни коефицијент здравстевног ризика је рачунат при двочасовној експозицији концентрацијама загађујуће супстанце у току на. 7

9 На основу измерених концентрација суспендованих честица PM 10 за средњедневну концентрацију од 97,1 µg/m 3 у обништу Бамби, уз предпоставку су деца у току године два пута месечно експонирана поменутој концентрацији израчунате су вредности и те у наредној табели. Табела 1- Вредности индивидуалног ризика и вероватноће појаве канцера код експониране деце честицама PM 10 у обништу Бамби Узраст деце Индивидуални ризик Ri Вероватноћа појаве ризика канцерогених болести ICR млађе од 1године 2,124 % 5, год 11,59 % 7, год 28,51 % 9, Ако се за процену здравственог ризика користи средња вредност концентрација за 2009., и годину, која је предвиђена за подручје обништа Бамби РБФ мрежом и која износи 4,452 mg/m 3 може се израчунати хазардни коефицијент којим се процењује здравствени ризик предшколске деце код дуготрајне експозиције. Вредност израчунатог хазардног коефицијента, коришћењем усвојене методологије, за децу узраста од 3 до 6 година, уз предпоставку су била експонирана са поменутом вредношћу концентрације два сата у току на, износи 1,7. Вредност хазардног коефицијента, уколико се креће у опсегу од 1,7 до 2,3 подразумева постојање здравственог ризика у категорији изразити. Уколико се пође од предпоставке су деца предшколског узраста од 3 до 6 година експонирана средњегодишњим концентрацијама угљенмонокси од 4,452 mg/m 3 четири сата у току на, вредност хазардног коефицијента износи 3,37 и здравствени ризик је у категорији висок. Високи проценат оболеле деце, преко 30% био је у целокупном периоду праћења осим у јулу и септембру. Слика 1 Проценат респираторних болести експониране деце у обништу Бамби предшколског узраста у периоду јануар- новембар године Овакав преглед процента оболеле деце је т у елаборату за свако анализирано обниште, као и списак регистрованих респираторних и кардиоваскуларних болести. Картографисање квалитета ваздуха РБФ мрежом је коришћено код процене присуства загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуха подручја и осталих анализираних обништа ради процене здравственог ризика. Предвиђене средњегодишње концентрације угљенмонокси од 3,5 mg/m 3 у амбијенталном ваздуху подручја обништа Невен, квалитет ваздуха сврставају у категорију наповољан са вредностима хазардног коефицијента здравственог ризика од 1,13 што значи здравствени ризик експониране деце предшколског узраста од 3 до 6 година при двочасовној експозицији је у категорији умерен. 8

10 На основу предвиђених концентација у 2009., и години на подручју обништа Плави чуперак израчуната вредност хазардног коефицијента здравственог ризика износи 1,99 за децу узраста од 3 до 6 година при двочасовној експозицији у току на. Ова вредност хазардног којефицијента сврстава здравствени ризик у категорију изразитог ризика. Предвиђене средњегодишње концентрације угљенмонокси у години, су вредности око 3,5 mg/m 3, у години су око 4 mg/m 3, а у години су око 7,3 mg/m 3. За посматрани трогодишњи период вредност индекса квалитета ваздуха на подручју обништа Цврчак се кретала у интервалу од око 120 до 240. Квалитет ваздуха је био у категорији неповољан до категорије лош. Хазардни коефицијент здравственог ризика при експозицији угљенмоноксидом са опсегом поменутих концентрација и уз предпоставку двочасовног излагања деце предшколског узраста од 3 до 6 година у току на, износи 2,04. Ова вредност хазардног коефицијента здравственог ризика сврстава ризик у категорији изразитог. Средњегодишња предвиђена концентрација угљенмонокси у години је вредности око 4,1mg/m 3. У години та концентрација се смањује и у години долази поново до повећања концентрације угљенмонокси на подручју обништа Палчић. Индекс квалитет ваздух који је предвиђен у је 110, а у је 200 и квалитет ваздуха је у категорији од неповољног до изразито неповољног, средњегодишње концентрације угљенмонокси су од 3,28 mg/m 3 до 4,91mg/m 3. Вредности хазардног којефицијента здравственог ризика за децу предшколског узраста од 3 до 6 година при двочасовној експозицији у току на, за поменути опсег концентрација износи 1,55. Здравствени ризик за децу предшколског узраста на подручју обништа Палчић при двочасовној експозицији у односу на концентрације угљенмонокси у 2009., и години, је у категорији умереног. Квалитет ваздуха на подручју обништа Маслачак, у односу на честице чађи, за анализирани период година је био у категорији неповољан са вредностима индекса квалитета ваздуха од 115 до 150. Средњегодишње концентрације честице чађи су се кретале у интервалу од 59,624 µg/m 3 до 77,77 µg/m 3. На основу ових предвиђених средњегодишњих концентрација честица чађи, применом усвојене методологије израчунат је индивидуални ризик Ri као и вероватноћа настанка канцера при двочасовној експозицији, вредности су те у наредној табели. Вредности индивидуалног ризика и вероватноће појаве канцера код експониране деце честицама чађи у обништу Маслачак Узраст деце Индивидуални ризик Ri Вероватноћа појаве ризика канцерогених болести ICR млађе од 1 године 1,50 % 3, год 8,199 % 5, год 20,17% 6, У односу на предвиђене средњегодишње концентрације угљенмонокси од 3,96 mg/m 3 до 4,91 mg/m 3, на подручју обништа Маслачак израчуната вредност хазардног коефицијента здравственог ризика износи 1,7 уз предпоставку двочасовне експозиције деце узраста од 3 до 6 година. Ова вредност израчунатог хазардног коефицијента здравственог ризика указује подручје обништа Маслачак се налази у зони изразитог здравственог ризика. Хазардни коефицијент за средњегодишње концентрације угљенмонокси од 4,359 mg/m 3 до 7,7 mg/m 3 које су предвиђене за подручје обништа Бубамара, при двочасовној експозицији деце узраста од 3 до 6 година износи 2,279. За израчунату вредност хазардног коефицијента од 2,279 здравствени ризик се налази у категорији изразити. Детаљна микролокација анализираних обништа, као и анализа утицаја појединих извора емисије та је у елаборату. Такође у елаборату је применом COPERT IV методе одређена маса емитованих загађујућих супстанци са издувним гасовима моторних возила на локацијама обништа Плави чуперак и Бубамара код којих је забележен високи процента појаве респираторних болести код деце. 9

11 Фаза 1 и 4 активност 2 У оквиру активност 2, извршено je oдређивање индекса квалитета во за изабране загађујуће супстанце и доношење квалитативно квантитативне оцене квалитета во i корелација између годишњих вредности индекса квалитета во. Корелација критеријума класификације квалитета во успостављена је поређењем: стварног и потребног квалитета воде, трен квалитета воде, дугорочне промене десет обраних параметара квалитета воде вишекритеријумском анализом PROMETHEE/GAIA. Истраживања методолошког оквира за процену квалитета воде река упоређивањем критеријума класификације квалитета површинских во у складу са српским законовством, применом Директиве 75/440/ЕЕЦ и индексне методе WATER QUALITY INDEX (WQI) и Српског Индекса квалитета воде (SWQI) као и рангирање од најгорег до најбољег квалитета воде дуж водотока користећи PROMETHEE / GAIA мето, на примеру Студије случаја реке Дунав у Србији, приказано је у радовима (Ljiljana Takić, 2013), (Ljiljana Takić, Ivica Stamenković, Nenad Živković, Nataša Elezović 2013). Истраживања су извршена коришћењем потака фон Републичког хидрометеоролошког заво Србије за период , у шеснаест хидролошких мерних станица, дуж реке Дунав кроз Србију, слика 1. Израчунате вредности SWQI на мерним станицама показују квалитет Дунава дуж њеног тока кроз Србију био у распону од 82 до 90 индексних поена, што одговара описном индикатору 'добар', 'врло добар' и 'одличан' квалитет воде, слика 2. Слика 1. Карта профила на којима је вршено испитивање квалитета воде Дунава са вредностима SWQI индекса Промене параметара индексне методе су приказане у времену и простору. Еко - хемијски статус воде Дунава је процењен у односу на вредности параметара дефинисаних Директивом 75/440/ЕЕЦ. Вишекритеријумска анализа заснована на вредностима параметара квалитета воде рангира мерна места и идентификује повећане концентрације загађујућих материја у тачно утврђеним локацијама дуж реке Дунав кроз Србију. Резултати рангирања анализе, користећењем PROMETHEE/ GAIA методе, показују најмање загађено мерно место, са најбољим квалитетом воде је Добра (Л14), 10

12 SWQI value y = 1,4x+81,4 R 2 = 0,84 SWQI value Linear fit Year 6% 13% 9% 5% 11% 6% 10% 16% 2% 22% Temperature рн Conductivity Oxygen Saturation BOD-5 Suspended matter Total Oxidased Nitrogen Ortofosfate Ammoniumjon Слика 2. Линеарни тренд промене квалитета воде Слика 3. Удео параметара у индексном броју квалитета воде Дунав изражен методом SWQI док најзагађеније мерно место, са најгорим квалитетом воде је Панчево (Л9). Такође, користећи анализе од ГАИА равни најзначајнији загађивачи су идентификовани - азотни оксиди, ортофосфата, суспендованих материја и амонијум јона - као најважније променљиве које имају утицај на квалитет воде при рангирању. Резултати студије случаја квалитета воде реке Дунав у Србији су објављени у међународним конференцијама и научним часописима (Ljiljana Takić, Ivica Stamenković, Nenad Živković, Nataša Elezović: 2013),, (Ljiljana Ranđelović, Nenad Živković, Ljiljana Takić,.2013).. Табела 1. Сценарио рангираних узорака воде по мерним местима ph Conductivity O 2,r Suspended matter BOD-5 NO 2 Phosphate NH 4 + t o E.coli Max/min Min Min Max Min Min Min Min Min Min Min Funkcija preferencije Linear Linear Linear Linear Linear Linear Linear Linear Linear Linear Prag indiferencije (Q) 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % Prag preferencije (P) 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % Unit mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l M M M M M M M M M M M M M M M M За дефинисање тежинских критеријума, узета је у обзир чињеница сви параметри нису исте значајности, тј. немају сви исти утицај на квалитет воде (процентуални удео SWQI индекса сваког појединачног параметра у укупном индексу квалитета воде) што је и приказано на слици 3 у Табели 2. За дефинисан сценарио извршено је PROMETHEE рангирање, уз помоћ софтверског пакета Decision Lab На основу потака из табела 1 и 2 добијене су вредности позитивних (Φ + ) и негативних (Φ - ) токова, што је приказано у табели 3. PROMETHEE II рангирање мерних места од најбоље до најлошије опције за зате критеријуме, за дефинисан сценарио приказано је на слици 4. E. Coli 11

13 Табела 2. Додељени тежински коефицијенти Parametar kvaliteta vode Težinski koeficijent ph 9.0% Conductivity 6.0% O 2,r 18.0% Suspended matter 7.0% BOD % NO 2 8.0% Phosphate 8.0% NH % t o 5.0% E. coli 12.0% Σ = Табела 3. Мрежни токови преференција за Сценарио Scenario Φ + Φ - Φ M M M M M M M M M M M M M M M M Слика 4. PROMETHEE II комплетно рангирање алтернатива Резултати показују је најмање загађено мерно место под редним бројем 13, док је највише загађено мерно место под редним бројем 9 (Панчево), што је у сагласности са резултатима добијеним помоћу SWQI методе. Да би се одредила робустност преферентних релација, извршена је анализа стабилности интервала, приказана у Табели 4. Овом анализом добијени су интервали стабилности за сваки критеријум, који дефинишу у којим границама може се креће вредност тежинског кофицијента одређеног критеријума, а то нема утицаја на добијени резултат PROMETHEE II рангирања, при чему се мора усвојити чињеница се промена тежине сме вршити само по једном критеријуму, док релативне тежине осталих критеријума остају исте. На основу релативно широких интервала стабилности може се закључити се коначни редослед рангирања не мења чак и ка тежински коефицијенти варирају у широким границама. Табела 4. Тежински интервали стабилности за референтне сценарије Weight Interval min max ph Conductivity O 2,r Suspended matter BOD NO Phosphate NH t o E. coli На основу GAIA равни лако је могуће утврдити дискриминациону снагу сваког критеријума, аспекте сагласности и несагласности, као и квалитет сваке алтернативе по сваком критеријуму. Алтернативе су представљене троугловима, а критеријуми осама са квадратним 12

14 завршетком. Ексцентричност позиције квадрата критеријума представља јачину утицаја тог критеријума, док је сагласност између појединих критеријума дефинисана приближно истим усмерењем оса тих критеријума. Тако је, за дефинисани Сценарио (Слика 5), могуће утврдити сагласност између посматраних параметара. Такође и позиције алтернатива (троуглови) одређују јачину, или слабост алтернативе у односу на критеријуме. Уколико је ближа усмерењу осе појединог критеријума, утолико је и сама алтернатива боља по том критеријуму. Слика 5. GAIA раван за дефинисан сценарио Најзначајнији дирекни резултат истраживања индекса квалитета воде је монографија међународног значаја Assessment of Danube water quality in Serbia, Monograph, LAP LAMBERT, Academic Publishing, 2013, ISBN: , (категорије М12). Као резултат истраживања квалитета воде вишекритеријумском анализом PROMETHEE/GAIA у години реализован је и магистарски рад под називом: Валоризација екосистема гра Крушевца са аспекта хемијског загађења кандиткиње Данијеле Стојадиновић, дипл. инж. зжс., који је одбрањен на Факултету заштите на раду, мантор проф. др Ненад Живковић. Фаза 1 и 4 активности 3 У оквиру активности 3. реализован је мониторинг буке на нивоу дневне, недељне и месечне динамике петнаестоминутним мерењима буке на 44 мерне тачке у оквиру 11 карактеристичних мерних локалитета на територији гра Ниша. Формирана је база потака о: карактеристикама мерних места, суседних саобраћајница и објеката, карактеристикама саобраћаја (фреквенција појединих катагорија возила), меторолошким параметрима, параметрима буке за петнаестоминутне мерне интервале (еквивалентни ниво буке, максимални и минимални ниво буке, процентни нивои буке, профил буке). Статистичком обрадом мерних потака дефинисане су вредности које су коришћене за дефинисање акустичке карте гра Ниша за 2013 и предлог мера за снижавање ниво буке. У оквиру фазе 4 активности 3 дефинисани су основни елементи web апликације намењене информисању јавности о стању нивоа буке на мерним локацијама: поци о локацији мерног терминала са карактеристикама суседних саобраћајница и објеката; поци о карактеристикама саобраћаја, поци о метеоролошким параметрима; поци о параметрима буке (петнаестоминутни еквивалентни ниво буке, часовни нивои буке, целодневни нивои буке, нивои буке за периоде на (дневни, вечерњи, ноћни), недељни нивои буке, нивои буке за радне не, нивои буке за викенд, месечни нивои буке, годишњи нивои буке) 13

15 Подпројекат - II: Креирање и успостављање локалног регистра испуштања и преноса загађујућих материја у животној средини и валоризација урбане територије са аспекта загађености У години, подпројекат је реализован кроз 2 фазе и шест активности. Прва фаза се односи на успостављање алата за прогнозу преноса загађујућих материја из извора загађивања садржаних у бази регистра и извештавање о достигнутим концентрацијама (Фаза 2) засновано на генералисаном математичком моделу диспрзије. Друга обухвата реализацију Регистра испуштања загађујућих материја(фаза 5). Фаза 2. У складу са наведеним, први истраживачки циљ у овој фази био је теориског карактера и подразумевао је теоријска разматрања утицаја улазних потака на поља концентрација загађујућих материја (Слика 1) у доњем граничном слоју атмосфере добијених применом математичких модела као и истраживање, креирање и укључивања дотних модула у математички модел атмосферске дисперзије Гаусовог типа, чији је резултат генералисан Гаусов дисперзиони модел. c( x, y,0) c Q z+ h + y 2 ( ) σ z σ y x, y, z = e 2π uσ σ y z podnozje izvora Слика 1. Промена концентрација у зависности од растојања од високог извора низ ветар 2 ( t) = 2K t σ ( 0) 2 σ i i + i σ i ( 0) početna dimenzija oblaka (u trenutku t = 0 ), u sva tri pravca Dekartovog pravolinijskog koordinatnog sistema, prilikom kontinualne emisije ili diskretne zapremine koja se emituje u akcidentalnim situacijama. Генералисани математички модел диспрзије истраживан је у два дела. У првом делу приказана је једначина за дифузију и њено решење у Гаусовом облику за изворе емисије при тлу и за високе изворе. Детаљно су у Елаборату овог подпројекта описане методе одређивања улазних параметара, процеси који поред атмосферске дифузије утичу на величину концентрација загађујуће материје у атмосферском ваздуху, као што су подизање загађујуће материје до ефективне висине извора (Слика 2), сува депозиција, мокра депозиција и ресуспензија са тла ветром (Слика 3). Приказан је концепт математичког моделирања атмосферске дисперзије који је заснован на праћењу распростирања дискретних запремина тзв. пуфф -ова, које се емитују из извора у кратким, сукцесивним временским интервалима. Ови модели користе се за акциденталне емисије загађујуће материје у атмосферу, ма се и континуална, рутинска емисија може моделирати на овај начин ка се представи емисијом великог броја поменутих пуфф -ова (Слика 4). Довањем модула за рачунање ефективне висине извора, за рачунање брзине ветра на физичкој висини извора и на ефективној висини извора, довањем модула за суву и мокру депозицију и модула за ресуспензију са тла, који се позивају за сваки десет минутни сет метеоролошких потака узимајући у обзир топографију терена, поузност модела се повећава. Модел као улазне метеоролошке потке узима средње десетоминутне вредности. Избором периодичних приказа, као адекватним за анализе (правилници познају средње часовне, средње месечне, и средње годишње концентрације активности и годишње дозе), добијене су, средње месечне и средње годишње концентрације и одговарајуће дозе, које прима хипотетички становник у околини извора загађивања, на основу којих може се процени и успешност примене комплексног модела. 14

16 Δh Слика 2. Надвишење за различите категорије стабилности и за различите области дуж трајекторије облака загађујуће материје, a Слика 3. Ресуспензија са тла У другом делу истраживања развијен је и представљен опис модула за рачунање дозе инхалације на основу излаза из дисперзионог модела, дозе од боравка у токсичном облаку и утицаја од суве и мокре депозиције: D = g C x, y, z, t V inh inh ( ) br D obl = g obl, r C ( x, y, z, t) 17a 52 17a 1 = [( 1 ϑ) g + ( 1 ϑ ) b g ] ( Dry + Wet ) D tot b, r b, r dep, r dep, r λr D = D + D + Dry + Wet tot inh obl dep dep Слика 4. Шематски приказ распростирања 4 пуффа.(плави кругови означавају финални положај облак;стрелицама је обележен правац дувања ветра од 1. до 4. временског корака) Слика 5. Симулација распростирања облака загађујућих супстанци у акциденту Креиран је и т приказ екрана графичког корисничког интерфејса (Слика 6 и 7), који омогућава коришћење описаног математичког модела у рутинским и акциденталним ситуацијама. 15

17 Слика 6. Екран модела у рутинском раду Слика 7. Екран модела у акциденталним ситуацијама Карактеристика генералисаног дисперзионог модела (алгоритам + компјутерски код + онлине веза са аутоматском метеоролошком станицом_метеоролошки поци у реалном времену) огле се већ у његовој једноставној примени на велики број улазних метеоролошких потака. У овом систему, на сваких десет минута аутоматски се рачунају нови улазни параметри за модел, као што је нпр. ефекивна висина извора (димњака), а у полазном моделу та величина би се користила нека фиксна зата вредност. У акциденталним ситуацијама временски корак је краћи, износи јен минут, па је предност комплексног модела још очигледнија. На основу комплексаног модела развијем је компјутерски код који омогућава потпуно аутоматски рачунање распростирања било које загађујуће материје у реалном времену, као и прогнозе, узимајући у обзир све важне процесе у доњем граничном слоју атмосфере. Ради његове једноставне примене развијен је графички кориснички интерфејс који омогућава једноставно коришћење овог компјутерскиог ко. У Елаборату приказани су резултати рачунања поља средњих месечних концентрација пасивне супстанце (Слика 8)., коришћењем средњих десетоминутних улазних потака и резултати рачунања поља средњих месечних концентрација коришћењем средњих часовних улазних потака и станрдних девијација Гиффордовог сета за σ криве и коришћењем за σ, v σ w y z σ, σ из Пасqуилл- σ, σ добијених на основу осмотрених вредности. У експерименту су коришћени поци о димњаку, вентилационом испусту реактора РА Винча; висина извора 45м, висина доње базе извора 115м; температура гасова 20 о C; дијаметар светлог отвора димњака 2м; јединична јачина извора-брзина емисије пасивне супстанце. Претпоставља се је извор/вентилација активан 24х и се јачина извора не мења у времену. y z Слика 8. Поља средњих годишњих релативних концентрација пасивне супстанце емитоване из извора са карактеристикама вентилационог испуста реактора РА, на основу улазних метеоролошких потака усредњених на 10 мин. 16

18 Исти компјутерски код компатибилан је са обавезама локалне управе према закону о заштити животне средине, које се односе на праћење концентрација загађујућих материја на њиховој територији у доњем граничном слоју атмосфере, као најбржем и најопаснијем путу контаминације становништва. Поред индусријских извора овај систем може покрије и све комуналне изворе на територији локалне управе као што су нпр. депоније смећа, саобраћај, домаћа ложишта, ложишта љинског грејања. И на крају треба напоменути је овај програмски пакет припремљен за пројектовање мрежа за праћење и управљање квалитетом ваздуха. Према захтевима локалних управа пројектовање броја и просторног распоре станица може се решити довањем одговарајућег модула у чијој је основи алгоритам за оптимизацију броја и распоре мерних места према затим критеријумима. С обзиром на високу цену оваквих мерних система неопходно је наћи оптимална решења. Сматрамо је то скоро немогуће без оваквог приступа у чијој основи је математички модел (Слике 9 и 10). Слика 9. Поље концентрација пасивне супстанце добијено на основу потака о концентрацијама неравномерно распоређеним мониторинг локацијама Слика 10. Приказ неравномерно распоређених локација мониторинг тачака. Најзначајнији дирекни резултат истраживања овог подпројекта је рад Simulation of wind driven dispersion of fire pollutants in a street canyon using FDS, у врхунском међународном часопису категорије М21, као и рад Large Eddy Simulation of fire accident during flammable liquids transport in an urban area у националном часопису категорије М51. Фаза 5 У оквиру ове фазе извршено је дефинисање релевантних потака из регистра испуштања и преноса загађујућих материја у атмосфери (резултат реализован у 2012 години) и потака неопходних за праћење стања загађености атмосферског ваздуха на анализираној територији. Реализација је остварена утврђивањем повезаности емисије загађујућих супстанци из топлана и квалитета ваздуха, као и проценом доприноса ових извора загађивању ваздуха на подручја која су под њиховим утицајем. Реализација ових циљева захтева oдређивање концентрације загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуху које потичу од емисије из енергетских постројења. Реализација је праћена на студији случаја енергетских извора-топлане Ниша: Криви вир, Југ, Сомборска и Чаир. Њихов распоред је приказан на плану Ниша. Израчунавање поља концентрација загађујућих супстанци CO, NO 2, SО 2 i TSP, PM10 и PM2,5 као последица ра топлана вршено је реализованим софтверским пакетом Disper. Нумерички алгоритам за симулацију продуката трансформације горива у котлу одређује емисионе концентрације загађујућих материја, а алгоритмом Disper, који се заснива на једначини Гаусовог дисперзионог модела, израчунава концентрације загађујућих супстанци у амбијенталном ваздуху у окружењу топлана. Софтвер подржава појединачну симулацију сваке загађујуће супстанце и за 24 часовну усредњавање, а користи потке о метеролошким параметрима добијеним у реалном 17

19 времену мерном станицом. Креирање карти о распореду загађивача и преносу загађујућих супстанци, за симулацију ра топлане Југ у периоду октобар-децембар 2013 детаљно је приказано у Елаборату 2. Поље концентрација загађујућих супстанци за месец новембар је приказано на слици 4. Слика 4. Приказ карти поља концентрација загађујућих супстанци за месец новембар Овим је затак треће године истраживања у оквиру овог подпројекта углавном остварен. Приказани остварени резултати у оквиру треће године реализације пројекта потврђују наша очекивања за љи успешан завршетак пројекта. Подпројекат -III: Развој и реализација модуларног аутоматског мерног информационог система за праћење квалитета животне средине У претходној години, пројекат је реализован кроз три фазе и тринаест активности, које се могу свести на две основне целине. Прва се односи на реализацију лабораторијског прототипа система за мерење квалитета земљишта, а друга на реализацију лабораторијског прототипа модуларног аутоматског мобилног мерног информационог система за континуирано мерење и праћење еколошких и метеоролошких параметара. Фаза III: На почетку треће године истраживања, у оквиру ове фазе најпре је довршена реализација више мерних система за мерење квалитета ваздуха, чији су пројектовање и изра започети током претходне године реализације пројекта. У наставку су детаљније приказанe некe од тих реализација које су остварене у овој фази истраживања, а које заслужују највише пажње. Најпре је довршено једно решење лабораторијског прототипа система за мерење концентрације прашине у ваздуху. Ова реализација проглашена је техничким решењем, а више потака о реализованом уређају може се наћи у пријави техничког решења из Прилога 1. Остварена је реализација система за мерење концентрације прашине у ваздуху до 0.5mg/m 3. Реализовани систем се може користити за праћење концентрације прашине у просторијама и на отвореном простору. Показано је је коришћењем релативно јефтиних, и на нашем тржишту доступних компонената, могуће реализовати систем који се може поузно користити за мерење концентрације прашине у ваздуху. 18

20 Основни концепт реализованог мерног система приказан је преко функционалног блокдијаграма са слике 1. Детаљан технички опис система т је у Прилогу 1. Слика 1. Основни концепт реализованог мерног система Слика 2. Изглед реализоване сензорске јединице За мерење концентрације прашине у ваздуху примењен је оптички метод, код којег сензори који раде на овом принципу емитују светлосни зрак, који се одбија од прашине присутне у мерној комори сензора на фотоосетљиви пријемник који генерише импулсе. У конкретном решењу искоришћен је оптички сензор GP2Y1010AU0F фирме Sharp. Реализовани систем се састоји из две функционалне јединице: базне јединице и сензорског чвора, који су повезани помоћу RF комуникације на 433МHz. Систем је базиран на PC рачунару, што значи се сва мерења у реалном времену и меморисање потака обављају помоћу PC рачунара. Сензорски чвор врши мерење концентрације прашине, а резултате мерења потом преноси базној јединици. Базна једница врши аквизицију резултата мерења са сензорске јединице помоћу RF примопрејника, које потом прослеђује PC рачунару помоћу USB комуникације. Изглед реализоване сензорске јединице приказан је на слици 2, док је изглед реализованог лабораторијског прототипа базне јединице мерног система приказан на слици 3. Највећа уљеност између базне и сензорске јединице је 300m на отвореном простору и 100m унутар објекта са преградним зидовима. Специјални виртуелни инструмент за аквизицију потака са система у реалном времену, за њихову обраду, визуализацију и меморисање је развијен у програму LabVIEW. Комуникација између PC рачунара и реализованог система остварује се коришћењем уграђеног HID протокола микроконтролера PIC18F2550. Добијени резултати могу бити сачувани у облику Excel фајл формата за љу обраду у различитим апликацијама. Тренутна концентрација прашине се приказује на округлом мерачу виртуелног инструмента са слике 4, а како би се анализа потака олакшала, очитавања могу такође бити приказана у табели заједно са временом мерења, и на графику у облику хистограма. 19

21 Слика 3. Базна јединица за аквизицију мерених резултата Слика 4. Изглед виртуелног инструмента Развијени систем има неколико предности, међу којима су мале димензије, бежична комуникација у реалном времену, економичност и једноставност при коришћењу. Због свега наведеног, реализовани систем представља адекватну и јефтину алтернативу знатно скупљим сличним инструментима који су тренутно доступни на тржишту, посебно ка је потребно пратити концентрацију прашине на више локација. Током прве године реализације пројекта израђен је бежични двоканални мерни систем за мерење интензитета UV зрачења, који је базиран на фотодиоди SG01L-5 као сензору. У трећој години реализације пројекта овај мерни систем је усавршен, што је детаљно приказано у Елаборату 1. Систем омогућава се врши on-line контрола индекса UV зрачења и UV индекса на максималном растојању до 300m од контролне пријемне јединице у случају избора RF преноса, док при избору GSM/GPRS модема растојање не представља критичан параметар. У оквиру ове фазе израде пројекта извршена је реализација једног аутоматизованог система за калибрисање оваквих UV мерних уређаја. Предложен је нови лабораторијски калибрациони метод, који је захтевао реализацију једног прецизног аутоматизованог мерног система. У структури реализованог мерног система, који је такође приказан у Елаборату 1, издвајају се две целине. Прву целину сачињавају различити извори UV зрачења, секунрни еталонски UV мерни уређаји, као и уређаји који се испитују и калибришу. Друга целина је механичка структура која прецизно поставља еталонске и калибрационе уређаје на различитим растојањима од UV извора, и то са прецизношћу од 0.5mm, на растојању до 1.5m. Експериментални резултати пре и после калибрације показују коришћењем релативно јефтиних и на нашем тржишту доступних компонената, реализовани аутоматизовани систем у потпуности испуњава дефинисане захтеве у погледу калибрације радних или секунрних еталонских UV мерних уређаја. Као извори UV зрачења коришћене су UV лампе за различите опсеге зрачења, са различитим снагама зрачења и спектралним карактеристикама. Највиши ниво UV зрачења емитује се непосредно испред лампе, па је тако у циљу исправне калибрације потребно поставити реализовани систем заједно са дотим секунрним уређајем за калибрацију директно испред UV лампе, чиме се смањују грешке у мерењу UV зрачења. Да би се поступак калибрације што прецизније извршавао користи се специјална кориснички направљена покретна линијска платформа. Та покретна механичка структура се налази директно испред UV извора светлости. Дотни секунрни уређај и реализовани систем су намонтирани на покретну механичку структуру која се налази хоризонтално у односу на површину земље. Слика 5 представља изглед целог мерног система са покретном линијском платформом на којој се налазе уређаји за калибрацију. 20

22 Слика 5. Покретна линијска платформа са експерименталним Слика 6. Функционални блок дијаграм калибрационог мерним системом за калибрацију поступка Кретање спиралне осовине система са покретном линијском платформом се постиже помоћу двофазног степ мотора MS 135/200 ХТ-2, са резолуцијом од 1.8 о. Кретање покретног објекта ка унапред дефинисаним положајима и време потребно се кретање изврши, контролишу са помоћу PC апликационог програма и одговарајућих драјвера за мотор. Као драјвер (управљач) мотора, коришћен је AMD 24/28 драјвер направљен од стране ISEL-a, који поседује следеће карактеристике: излазна струја 4.2А, улазна фреквенција до 300kHz и аутоматско смањење електричне струје. Функционални блок дијаграм калибрационог поступка спроведеног у лабораторији, без присуства било ког другог извора светлости осим UV зрачења које емитује UV лампа, приказан је на слици 6. Наље, извршено је поређење између мерења остварених помоћу реализованог система и дотог секунрног уређаја са више извора UV зрачења. Процес калибрације захтева прецизно и стабилно кретање секунрног еталонског уређаја и реализованог система по унапред дефинисаним тачкама дуж UV зрака који потичу од UV лампе. Ка достигне унапред дефинисану тачку, покретна структура зауставља кретање и врши мерење. Након тога покретна структура заједно са уређајима на њој наставља кретање до наредне дефинисане тачке и поново врши мерење. Овај процес кретања и мерења се понавља све док се не достигне последња дефинисана тачка. На крају, ка су сва мерења завршена, могу се нацртати две одговарајуће мерене карактеристике (по једна за сваки од уређаја) и могу се израчунати параметри за правилну калибрацију. Обе мерене карактеристике, заједно са нормализованом карактеристиком реализованог система добијеном после калибрације су приказане на слици 7. Мерења су вршена до уљености од 1.52m, са резолуцијом од 4cm, помоћу UV лампе са флуоресцентним BLB цевима као извором UV зрачења. Као што се може видети на слици 7, нормализована карактеристика (црвени кругови) се скоро у потпуности поклапа са карактеристиком добијеном за секунрни еталонски уређај (зелени квадрати). Трећа карактеристика (плави троуглови) је карактеристика излазног напона аналогног кола које се користи за конверзију и појачање фотострује, мереног помоћу AD конвертора. Релативна грешка је веома мала, и никад не прелази 3% у целом опсегу мерења, што значи је калибрација реализованог система извршена на прави начин. Улазни прозор софтвера за мониторинг реализованог система, и приказивање и меморисање резултата мерења у бази потака, приказан је на слици 8. Пошто је реч о бежичном систему који може бити повезан са рачунаром уз коришћење одговарајућих PC апликација, могло би се рећи је представљени систем јединствен. Овај систем има универзалну примену, јер има флексибилну хардверску структуру, тако са минималним хардверским и софтверским променама може постане део било које метеоролошке станице. 21

23 Слика 7. Мерене карактеристике и нормализована Слика 8. Примењени софтвер за надглење система карактеристика реализованог система Истраживања спроведена у оквиру ове фазе обухватају и мерење природног позадинског гама зрачења помоћу два инструмента, MFM203 и Gamma-Scout, у циљу вредновања резултата добијених овим инструментима. Оба инструмента су инсталирана у метеоролошкој станици чија је реализација у току у склопу пројекта III 43014, при чему је MFM203 послужио као референтни инструмент. У наставку су приказани начин мерења и резултати добијени након мерења, уз дискусију и поређење резултата добијених применом оба инструмента. Мерења су извршена у метеоролошкој станици која се налази у Нишу (43,327 N, 21,898 E), на висини од 1m изнад земље, континуално током пет на у јануару. Поређење између карактеристика различитих детектора показује детектори имају значајне разлике, чак и ка се ради о најважнијим критеријумима. Управо због тога, главни циљ овог експеримента је поређење између мерења помоћу оба инструмента и процена ли се Gamma-Scout може користити као референтни инструмент за мерење позадинског гама зрачења у метеоролошкој станици. Изгледи инструмената MFM203 и Gamma-Scout приказани су на слици 9. (а) (б) Слика 9. Изгледи инструмента MFM203 (а) и Gamma-Scout (б) Након мерења током наведеног перио, поци из инструмента Gamma-Scout су пребачени на PC рачунар помоћу специјалне апликације доступне од стране произвођача. Ова апликација 22

24 генерише Excel фајл који садржи све релевантне потке (време и резултате) неопходне за прорачун релативне грешке и девијације мерења. Овај фајл се може учитати у специјализовани софтвер (у овом случају Matlab), који се може користити за љу обраду потака и њихову анализу, као и за упоредни графички приказ са резултатима добијеним из референтног система. MFM203 обавља интерно усредњавање резултата мерења на сваких пола сата и ово усредњавање уједно представља резултат његовог мерења, док Gamma-Scout врши мерења на сваких 30 секунди. Како би се извршило одговарајуће поређење између резултата са оба инструмента, резултати са инструмента Gamma-Scout су усредњени у Matlab-у, на интервале од пола сата. Резултати мерења гама зрачења за први н, заједно са мерењима температуре ваздуха, приказани су на слици 10. Интензитет гама зрачења (I D ) приказан је на y-оси графика, док се на x- оси налази време у опсегу од 0 до 24 часа. (а) Слика 10. Резултати мерења за први н: (а) гама зрачење, (б) температура (б) Gamma-Scout је дизајниран за поузн рад у температурном опсегу између -20 C и +50 C. Међутим, изненадна промена температуре у кратком временском периоду може довести до нестабилности и погрешних мерења. Мерене грешке проузроковане услед температурне нестабилности уоквирене су на слици 10 црвеном бојом. Током петог на мерења дошло је до мале промене у интензитету зрачења. У обележеном 6- сатном подручју дијаграма приказаног на слици 11, оба инструмента су детектовала повећање природног позадинског гама зрачења (до 20%). Највећи узрок овог наглог раста је Сунчева олуја која се одвијала у том периоду, док је мањи узрок киша која је та пала. (а) Слика 11. Резултати мерења за пети н: (а) гама зрачење, (б) температура (б) 23

25 Током краткотрајног тестирања и евалуације инструмента Gamma-Scout под реалним условима уочена је мерна грешка. Ова грешка се односи на разлику између мерења која потичу са инструмената MFM203 и Gamma-Scout и креће се у опсегу између 10% и 20%. Флуктуације које показују мерне криве могу се делимично приписати усвојеним метома обраде добијених резултата, без одбацивања екстремних измерених вредности. Начин усредњавања и обраде резултата са инструмента MFM203 је непознат, па је немогуће одредити правилно (исто) усредњавање резултата са инструмента Gamma-Scout, а самим тим и мерне грешке. Главни циљ овог дела реализације пројекта био је се процени могућност мерења природног позадинског гама зрачења помоћу инструмента Gamma-Scout. На основу прелиминарних резултата анализе закључено је Gamma-Scout има релативно прихватљиву грешку мерења у односу на MFM203, и се може употребити као референтни инструмент за мерење природног позадинског гама зрачења. У Елаборату 2 детаљније је приказана реализација експерименталне поставке за мерење природног позадинског гама зрачења, као и добијени резултати мерења. У току ове фазе реализације пројекта започето је и пројектовање, моделирање и изра лабораторијског прототипа система за мерење квалитета во. О резултатима ове активности биће детаљно реферисано у наредном извештају о реализацији пројекта. Фаза VI: Мерни системи реализовани током фазе 1, као и током претходних година реализације пројекта, предвиђени су буду део основне јединице аутоматског мобилног мерног информационог система за контролу и мерење различитих физичких величина и параметара у животној средини. У оквиру истраживања по овој фази, извршена је изра алгоритама и софтвера за управљање једним таквим аутоматским модуларним мерним системом за континуирано мерење еколошких и метеоролошких параметара. Ова фаза реализације пројекта одвијала се паралелно са наредном 3. фазом практичне реализације аутоматског модуларног мерног система за континуирано мерење еколошких и метеоролошких параметара у складу са светским станрдима. Резултати обе фазе истраживања приказани су у Елаборату 3. Бежична сензорска мрежа (WSN - wireless sensor network) је мрежа која се у основи састоји од просторно дистрибуираних аутономних уређаја, који групишу различите сензорске елементе са циљем заједнички прате одговарајуће физичке или еколошке услове. Бежичне технологије, посебно бежичне сензорске мреже које интегришу технологију бежичних сензора, бежичне комуникационе технологије, уграђене рачунарске технологије и технологије за дистрибуирани информациони менаџмент, могу смање и поједноставе ожичење, омогуће размештање сензора на уљена опасна места, омогуће лаку инсталацију и интеграцију различитих контролно-мерних система са низом предности, као што су релативно ниска цена, мале димензије, мала потрошња и велика мобилност. Елаборат 3 разматра примене реализованог система у инжењерству за заштиту животне средине и је приказ конкретне апликације са појединостима о хардверу, софтверу и интерфејс дизајну за бежични чвор и базну станицу. Потреба за љинским мерењима, аутоматизацијом и контролом у свим областима убрзано расте, а у оквиру праћења животне средине коришћење бежичних сензорских технологија је изузетно важно, јер су бежичне сензорске мреже веома погодне за дистрибуирано прикупљање потака и мониторинг, посебно у тешким условима ра. Системи за мониторинг животне средине коришћењем бежичне сензорске мреже (WSN) су врста аутономног решења које омогућава повећање поузности при континуираном праћењу битних параметара за квалитет животне средине, а посебно критичних параметара у различитим ексцесним ситуацијама. Намена бежичне сензорске мреже је замени конвенционалне системе са ручним прикупљањем потака. Архитектура система за прикупљање одговарајућих потака, који је коначни резултат треће године реализације пројекта, а који се састоји од сензорских чворова и њиховог бежичног умрежавања, приказана је на слици 12. У предложеном систему основна (базна) јединица WSN се састоји од чвора координатора и неколико сензорских чворова различитих нивоа и хијерархија, који се могу доти или смањити у зависности од постављених захтева при контроли одређене области. Ако су чворови исте боје, то значи су у истом нивоу, али са различитом ID адресом. Општа намена сензорског чвора је мерење параметара животне средине, као што су температура и влажност ваздуха, UV зрачење, присуство угљен монокси CO, сумпор диокси SО 2, водоник сулфи H 2 S, азот окси NO x и 24

26 партикуларних честица PM2.5 или PM10. Одговарајући сензори за наведене величине су интегрисани у свим чворовима. Слика 12. Основна јединица бежичне сензорске мреже Слика 13. Архитектура реализованог мерног система Координаторски чвор организује прикупљање потака из свих сензорских чворова са ID адресом у оквиру основне јединице мрежног система. Прикупљање потака у једном циклусу је завршено ка су сви поци са сензорских чворова најнижег нивоа прослеђени у координаторски чвор. Прикупљени поци прослеђују се у реалном времену ра система помоћу SMS порука преко GSM модема на централни рачунарски систем - сервер, где се ље обрађују, меморишу и приказују, а у случају постојања алармног захтева спроводи се одговарајућа процедура. На слици 13 приказана је комплетна архитектура мерног система, која се састоји од три основне јединице бежичне сензорске мреже. Данас у многим системима заснованим на WSN потрошња енергије постаје најважније и кључно питање, тако је њихов љи развој усмерен ка примени микропроцесорских система мале снаге. Због тога, у овом пројекту је предложен бежични сензорски систем, који је поузн и прецизан, а напајање система управљања, које је критично са стране поузности, реализовано је применом батерија великог капацитета и увођењем посебног контролног система који аутоматски управља процесима пуњења и пражњења, и је потке о тренутном стању свих присутних батерија у систему. У принципу, сви чворови бежичне сензорске мреже су пројектовани за аутономни рад и користе батерије различитог капацитета, тако је потак о њиховом тренутном стању неопхон за поузн рад сензорског чвора и комплетног мерног система. Фаза VII: Током треће године реализације пројекта, у оквиру ове фазе коначно је реализован аутоматски модуларни мерни систем за континуирано мерење еколошких и метеоролошких параметара у складу са светским станрдима. На слици 14 та је блок шема реализованог главног микропроцесорког модула, са свим пратећим микропроцесорским јединицама. Реализована варијанта система користи се као хардверски склоп за координаторски чвор основне јединице бежичне сензорске мреже. За чворове нижег нивоа приоритета користи се једноставнија варијанта у којој није присутан GPRS модем, а у неким случајевима се не користе и slave контролери CPU3 и CPU4. Хардверска структура реализованог мултипроцесорског и мултикомуникационог уређаја је следећа: 1. Главни master микроконтролер; 2. Slave микроконтролери - 4 ком.; a. RF 433MHz или 833MHz; b. RS232; c. RS485; 25

27 d. Мрежни анализатор (блок - таласни обик). Хардвер основне плоче заснован је на микроконтролеру 80C51F126, а садржи и следеће склопове: RTC real time clock DS 1307, који је батеријски подржан; Комуникацију према славе микроконтролерима RS 232 на 5V; Комуникациони модем према центру надзора; Индикацију Rx и Tx са обе комуникације мастер процесора; Екстерни кристал на 12MHz за дефинисање временских интервала у процесору. Подржани протоколи у мастер процесору су: - MOD BUS; - IEC ; - IEC ; ; - RC протокол. Слика 14. Блок шема реализованог главног микропроцесорког модула Детаљније карактеристике реализованог мерног система описане су у Елаборату 3. На крају, на слици 15 приказан је изглед реализованог главног микропроцесорког модула који представља завршни резултат пројекта у трећој години, где се јасно могу уочити сви његови саставни делови, који су описани у наведеном елаборату заједно са њиховим крактеристикама. Слика 15. Изглед реализованог главног микропроцесорког модула 26