Instrumente Utilizate Pentru Realizarea Sistemului de Monitorizare a Mediuluidocx
=== Instrumente utilizate pentru realizarea sistemului de monitorizare a mediului ===
UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ, ENERGETICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
PROGRAMUL DE STUDII: INFORMATICĂ APLICATĂ IN INGINERIE ELECTRICĂ
LUCRARE DE LICENȚĂ
Indrumător: Student:
Prof.dr.ing. Marinel TEMNEANU Silviu-Ovidiu DULCESCU
IASI 2015
UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ, ENERGETICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
PROGRAMUL DE STUDII: INFORMATICĂ APLICATĂ IN INGINERIE ELECTRICĂ
NE GANDIM LA UN TITLU
Indrumător: Student:
Prof.dr.ing. Marinel TEMNEANU Silviu-Ovidiu DULCESCU
IASI 2015
INTRODUCERE
Protecției mediului reprezintă o preocupare se strictă actualitate, verificarea periodică a eficienței deciziilor care sunt adoptate în vederea protecției mediului realizându-se prin asigurarea unui program de monitorizare a mediului.
Poluarea reprezintă contaminarea mediului înconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană, calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul în care trăiesc). Chiar dacă uneori poluarea mediului înconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice, cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane.
Necesitatea identificării interacțiunilor care influențează dinamica ecosistemelor a condus la dezvoltarea unor sisteme de monitorizare a calității mediului din ce în ce mai sofisticate. Cu toate acestea, datele oferite de aceste sisteme sunt de cele mai multe ori insuficiente pentru a acoperi totalitatea parametrilor a căror variație trebuie prezisă la adoptarea multitudinii de opțiuni decizionale. În altă ordine de idei, apariția unor noi probleme de mediu îngreunează înțelegerea corelației cauze-efecte. Din acest motiv, este dificil a defini managementul de mediu printr-o succesiune de pași, care conduc la un rezultat cert.
In prezentul proiect este detaliată realizarea unui instrument de monitorizare a temperaturii, umidității, presiunii atmosferice și concentrației monoxidului de carbon, cu ajutorul platformei Waspmote Gaze, instrument care achiziționează datele la un interval de o secundă, și asigură transmiterea wireless a acestora pentru prelucrare și afișarea grafică prin intermediul programului LabView.
CAPITOLUL 1. SURSE DE POLUARE ȘI METODE DE COMBATERE
1.1. Poluarea aerului
Contaminarea umană a atmosferei Pământului poate lua multe forme și a existat de când oamenii au început să utilizeze focul pentru agricultură, încălzire și gătitul alimentelor. În timpul Revoluției Industriale (sec.XVIII si XIX), poluarea aerului a devenit o problemă majoră.
Poluarea urbană a aerului este cunoscută sub denumirea de „smog”. Smogul este în general un amestec de monoxid de carbon și compuși organici din combustia incompletă a combustibililor fosili cum ar fi cărbunii și de dioxid de sulf de la impuritățile din combustibili. În timp ce smogul reacționeaza cu oxigenul, acizii organici și sulfurici se condensează sub formă de picături, întețind ceața. Până în secolul XX smogul devenise deja un pericol major pentru sănătate.
Un alt tip de smog, cel fotochimic, a început să reducă calitatea aerului deasupra orașelor mari cum ar fi Los Angeles în anii '30. Acest smog este cauzat de combustia în motoarele autovehiculelor și ale avioanelor a combustibilului care produce oxizi de azot și eliberează hidrocarburi din combustibilii "nearși". Razele solare fac ca oxizii de azot și hidrocarburile să se combine și să transforme oxigenul în ozon, un agent chimic care atacă cauciucul, rănește plante și irită plămânii.
Majoritatea poluanților sunt eventual "spălați" de către ploaie, zăpadă sau ceață dar după ce au parcurs distanțe mari, uneori chiar continente. În timp ce poluanții se adună în atmosferă, oxizii de sulf și de azot sunt transformați în acizi care se combină cu ploaia. Aceasta ploaie acidă cade peste lacuri și păduri unde poate duce la moartea peștilor sau plantelor și poate să afecteze întregi ecosisteme. În cele din urmă, lacurile și pădurile contaminate pot ajunge să fie lipsite de viață.
Una din cele mai mari probleme cauzate de poluarea aerului este încălzirea globală, o creștere a temperaturii Pământului cauzată de acumularea unor gaze atmosferice cum ar fi dioxidul de carbon. Odată cu folosirea intensivă a combustibililor fosili în secolul XX, concentrația de dioxid de carbon din atmosferă a crescut dramatic. Dioxidul de carbon si alte gaze, cunoscute sub denumirea de gaze de seră, reduc căldura disipată de Pământ dar nu blochează radiațiile Soarelui. Din cauza efectului de seră se asteaptă ca temperatura globală să crească cu 1,4° C până la 5,8° C până în anul 2100. Chiar dacă această tendință pare a fi o schimbare minoră, creșterea ar face ca Pământul să fie mai cald decât a fost în ultimii 125.000 ani, schimbând probabil tiparul climatic, afectând producția agricolă, modificând distribuția animalelor și plantelor și crescând nivelul mării.
Poluarea aerului poate să afecteze regiunea superioară a atmosferei numită stratosferă. Producția excesivă a compușilor care conțin clor cum ar fi clorofluorocarbonații (CFC) (compuși folosiți până acum în frigidere, aparate de aer condiționat și în fabricarea produselor pe bază de polistiren) a epuizat stratul de ozon stratosferic, creând o gaură deasupra Antarcticii care durează mai multe săptămâni în fiecare an. Ca rezultat, expunerea la razele dăunătoare ale Soarelui a afectat viața acvatică și terestră și amenință sănătatea oamenilor din zonele nordice și sudice ale planetei.
1.2. Poluarea apelor
Cererea de apă potabilă este în creștere continuă cât timp populația globului crește. Din anul 1942 până în anul 1990 preluarea apei potabile din râuri, lacuri, rezervoare și alte surse a crescut de patru ori.
Apa menajeră, apa industrială și produsele chimice folosite în agricultură, cum ar fi îngrășămintele și pesticidele sunt principala cauză a poluării apelor
În țările în curs de dezvoltare, mai mult de 95% din apa menajeră este aruncată în râuri și golfuri, creând un risc major pentru sănătatea umană.
Gunoaiele de tip deșeuri menajere reprezintă adeseori dovada prezenței unor agenți poluanți (metale grele, germeni microbieni) care pun probleme legate de sănatea publică mai ales în regiunile în care apele de suprafață sunt utilizate ca apă potabilă sau la spălatul rufelor, al veselei, la igiena personală sau la prepararea hranei .
Îngrășămintele chimice cum ar fi fosfații și nitrații folosiți în agricultură sunt vărsate în lacuri și râuri. Acestea se combină cu fosfații și nitrații din apa menajeră și măresc viteza de dezvoltare a algelor. Apa poate sa ajungă "sufocantă" din cauza algelor care sunt în descompunere și care epuizează oxigenul din ea. Acest proces, numit eutrofizare, poate cauza moartea peștilor și a altor forme de viață acvatice. La sfârșitul anilor '90 în apele dintre Golful Delaware și Golful Mexic au murit mii de pești din cauza dezvoltării unei forme toxice de alge numită Pfisteria piscicida.
Eroziunea contribuie și ea la poluarea apelor. Pământul și nămolul duse de apă de pe dealurile defrișate, pământurile arate sau de pe terenurile de construcție pot să blocheze cursul apelor și să omoare vegetația acvatică. Chiar și cantități mici de nămol pot să elimine unele specii de pești. De exemplu, când defrișările îndepărtează învelișul de plante al versanților dealurilor, ploaia poate să ducă pământ și nămol în râuri, acoperind pietrișul din albia unui râu unde păstrăvii sau somonii își depun icrele.
1.3. Poluarea solului
Solul poate fi poluat :
-direct prin deversari de deșeuri pe terenuri urbane sau rurale, sau din îngrășăminte și pesticide aruncate pe terenurile agricole ;
-indirect, prin depunerea agenților poluanti ejectați inițial în atmosferă, apa ploilor contaminate cu agenti poluanți “spălați” din atmosfera contaminată, transportul agenților poluanți de către vânt de pe un loc pe altul, infiltrarea prin sol a apelor contaminate.
În ceea ce privește poluarea prin intermediul agenților poluanți din atmosferă, se observă anumite particularități. Spre exemplu, ca regulă generală, solurile cele mai contaminate se vor afla in preajma surselor de poluare. Pe măsură, însă, ce înălțimea coșurilor de evacuare a gazelor contaminate crește, contaminarea terenului din imediata apropiere a sursei de poluare va scădea ca nivel de contaminare dar regiunea contaminata se va extinde în suprafață.
Nivelul contaminării solului depinde și de regimul ploilor.Acestea spală în general atmosfera de agenții poluanți și îi depun pe sol, dar în același timp spală și solul, ajutând la vehicularea agenților poluanți spre emisari. Trebuie totuși amintit că ploile favorizează și contaminarea în adâncime a solului.
Într-o oarecare măsură poluarea solului depinde și de vegetația care îl acoperă, precum și de natura însași a solului. Lucrul acesta este foarte important pentru urmărirea persistenței pesticidelor și îngrășămintelor artificiale pe terenurile agricole. Interesul econamic și de protejare a mediului cere ca atât ingrășămintele cât și pesticidele să rămână cât mai bine fixate în sol. În realitate, o parte din ele este luată de vânt, alta este spălată de ploi, iar restul se descompune în timp, datorită oxidării în aer sau acțiunii enzimelor secretate de bacteriile din sol.
Întrucât deplasarea pesticidelor și a îngrășamintelor din locul pe care au fost administrate mediului constituie un risc grav de poluare a mediului, s-au încercat metode pentru mărirea persistenței lor prin aditivi chimici. Spre exemplu persistența heptaclorului în sol a fost mărită:
cu 18% prin adaus de ulei lubrefiant mineral
cu 52% prin adaus de rășină de Piccopale ;
cu 30% prin adaus de polistiren alchilat ;
cu 29% prin adaus de plastifiant aromatic.
Cu 21% prin adaus de fracțiuni grele aromatice din petrol.
Experiența a arătat că persistența pesticidelor mai depinde și de natura solului : ea este mai mică în solurile cu conținut anorganic mai bogat (nisipuri, argile) decât în substanțe organice.
1.4. Metode de combatere a poluării
Pentru a preveni poluarea aerului :
-Dotarea marilor intreprinderi industriale, a exploatarilor miniere subterane cu dispozitive, care epureaza si neutralizeaza substantele poluante (exhaustoare cu filtre etc.);
-Amplasarea noilor obiective industriale in afara zonelor de locuit;
-Pentru controlul tehnic al vehiculelor, serviciul de circulatie dispune de analizatoare de gaze, filmetru si sonometru;
-Amplasarea in locuri speciale a rampelor de gunoi si transportul acestuia cu autovehicule inchise;
-Realizarea unei perdele vegetale de protectie, in jurul unor intreprinderi industriale, raspunzatoare de poluarea aerului atmosferic;
-Plantarea de arbori si arbusti, extinderea parcurilor etc.;
-Suprainaltarea cosurilor, la unitatile care genereaza mari cantitati de fum si gaze etc.
-Impotriva poluarii aerului de catre autovehicule se preconizeaza: folosirea turbinelor cu gaz, a unui combustibil combinat (benzina si gaz nepoluant) si extinderea automobilului electric.
-Se estimeaza ca in mari si oceane, diversate, anual, circa 5 mln. tone de titei, iar o tona se raspandeste pe o suprafata de minimum 12 km2. In aceste conditii, pelicula de hidrocarburi afecteaza procesul de evaporare, avand consecinte directe asupra climei, acesta constituind una dintre cauzele majore, care determina seceta in anumite zone.
Pentru a preveni poluarea solului:
– împădurirea zonelor cu fenomene de eroziune avansată;
– colectarea igienica a deseurilor menajere in recipiente speciale, pe cat posibil colectarea selectiva pe tipuri de deseuri;
– indepartarea organizata si la perioade cat mai scurte a deseurilor colectate, reciclarea, valorificarea sau eliminarea controlata;
– colectarea (recuperarea), transportul, reciclarea si valorificarea deseurilor, sau cand acestea nu mai sunt posibile, eliminarea lor prin depozitarea in rampe ecologice, aplicandu-se principiul celor 3R: recuperare, refolosire, reciclare;
– evitarea desecărilor necontrolate care au dus la săturarea solurilor;
– folosirea rationala pana la reducerea completa a ingrasamintelor si pesticidelor in agricultura si silvicultura;
– oprirea defrișărilor necontrolate, reducerea pășunatului excesiv;
– eliminarea aratului necorespunzător;
– supravegherea atenta a activitatilor potential poluante (de tipul forajelor pentru petrol);
– folosirea materialelor biodegradabile și reciclabile.
Pentru a preveni poluarea apei
– epurarea apelor reziduale;
– reutilizarea apei în circuit închis după epurări parțiale sau totale;
– renunțarea la fabricarea unor produse toxice (DDT, detergenți nebiodegradabili
– majorarea suprafețelor irigate cu apă uzată;
– mărirea capacității de autoepurare a cursurilor naturale prin:
mărirea diluției la deversarea efluenților în cursurile naturale,
mărirea capacității de oxigenare naturală a râurilor prin crearea de praguri, cascade etc.,
reaerarea artificială a cursurilor naturale cu echipamente mecanice plutitoare,
amenajarea complexă a cursurilor naturale cu acumulări, derivări, turbinări etc.
– construirea de baraje;
– construirea de bazine speciale de colectare a deșeurilor, pentru a împiedica vărsarea directă a acestora în apele de suprafață;
– construcția de zone de protecție a apelor;
– reducerea cantității și concentrației poluanților prin folosirea unor tehnologii de fabricație care să reducă cantitatea de apă implicată;
Politici adoptate în vederea combaterii poluari
Din cauza multor tragedii ale mediului înconjurător, de la jumătatea secolului XX, multe națiuni au instituit legi cuprinzătoare proiectate pentru a repara distrugerile anterioare ale poluării necontrolate și pentru a preveni viitoarele contaminări ale mediului. În Statele Unite a fost creat Actul pentru Aer Curat (Clean Air Act – 1970) prin care se reduceau semnificativ anumite tipuri de poluare ale aerului, cum ar fi emisiile de dioxid de sulf. Actul pentru Apa Curată (Clean Water Act – 1977) și Actul pentru Apă Potabilă Curată (Safe Drinking Water Act – 1974) au stabilit norme pentru deversarea poluanților în ape și standarde pentru calitatea apei potabile. Actul pentru Controlul Substanțelor Toxice (Toxic Substance Control Act – 1976) și Actul pentru Conservarea și Recuperarea Resurselor (Resource Conservation and Recovery Act – 1976) au fost create pentru a supraveghea și controla deșeurile periculoase. După 1980 au fost create programe care alocau fonduri pentru curățarea celor mai contaminate terenuri de depozitare a deșeurilor. Aceste acte și alte câteva legi federale ale unor state individuale au ajutat limitarea poluării dar progresele au fost lente și au rămas multe probleme cu privire la zonele cu contaminări severe din cauza lipsei fondurilor pentru curățare și din cauza problemelor în aplicarea legilor.
Înțelegerile internaționale au jucat un rol important în reducerea poluării globale. Protocolul de la Montréal cu privire la Substanțele care Distrug Stratul de Ozon (1987) a fixat date internaționale până la care să fie reduse emisiile de substanțe chimice, cum ar fi CFC, despre care se știe că distruge stratul de ozon. Convenția Basel pentru Controlul Transporturilor Internaționale ale Deșeurilor Periculoase și Depozitarea Lor (1989) servește ca punct de reper pentru reglementările internaționale ce se ocupă de transportarea deșeurilor periculoase și depozitarea lor.
Din anul 1992 reprezentanții a mai mult de 160 de țări s-au întâlnit în mod regulat pentru a discuta despre metodele de reducere a emisiilor de substanțe poluante care produc efectul de seră. În 1997 a fost creat Protocolul de la Kyõto, chemând celelalte țări să adereze la el pentru a reduce până în anul 2012 emisiile de gaze cu 5% sub nivelul din 1990.
CAPITOLUL 2 – CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND MONITORIZAREA MEDIULUI
2.1 Noțiunea de monitorizare
Monitorizarea unui proces, fenomen sau sistem înseamnă supravegherea acestuia, în mod sistematic, pe baza unui program stabilit în mod riguros, pe o perioadă de timp determinată.
Supravegherea poate fi realizată, după necesități, pornind de la un număr mic de măsurători simple, până la programe complexe, fundamentate pe principii statistice.
Conform Legii Nr. 137/1995 – “Legea Protecției Mediului”, Anexa 1, monitorizarea mediului se definește ca “un sistem de supraveghere, prognoză, avertizare și intervenție, care are în vedere evaluarea sistematică a dinamicii caracteristicilor calitative ale factorilor de mediu, în scopul cunoașterii stării de calitate și a semnificației ecologice a acestora, evoluției și implicațiilor sociale ale schimbărilor produse, urmate de măsuri care se impun” /MO 304 – 1995/.
Sintetic, monitorizarea mediului poate fi definită ca o activitate sistematică, de lungă durată, bazată pe rețele de măsură dimensionate spațial și temporal, astfel încât să poată asigura controlul poluării.
În prezenta expunere sunt definite următoarele noțiuni:
Companie = orice societate comercială, întreprindere, firmă, organizație guvernamentală sau neguvernamentală, regie autonomă, ce are preocupări legate de protecția mediului, în calitate de poluator, utilizator sau gestionar al unor resurse de mediu.
Resurse de mediu (resurse) = factori de mediu, indiferent de natura și utilizarea curentă a acestora.
Indicatori de calitate = orice informație referitoare la starea calității mediului: concentrații ale unor specii chimice, nivelul de zgomot etc.
Poluator = orice activitate antropică generatoare de impact negativ asupra mediului.
Impact de mediu = efectele, pozitive sau negative, asupra mediului, cauzate de activitățile antropice.
Zonă de impact = aria geografică afectată de un poluator.
2.2. Monitorizarea mediului –instrument al managementului de mediu
În ciuda faptului că abordarea problematicii de mediu este un proces demarat cu mult timp în urmă, înțelegerea proceselor din mediu și a efectelor perturbațiilor produse este departe de a fi completă. Necesitatea identificării interacțiunilor care influențează dinamica ecosistemelor a condus la dezvoltarea unor sisteme de monitorizare a calității mediului din ce în ce mai sofisticate. Cu toate acestea, datele oferite de aceste sisteme sunt de cele mai multe ori insuficiente pentru a acoperi totalitatea parametrilor a căror variație trebuie prezisă la adoptarea multitudinii de opțiuni decizionale. În altă ordine de idei, apariția unor noi probleme de mediu îngreunează înțelegerea corelației cauze-efecte. Din acest motiv, este dificil a defini managementul de mediu printr-o succesiune de pași, care conduc la un rezultat cert.
Principii generale privind managementul de mediu
Conform seriei de standarde ISO 14000, managementul de mediu se definește ca un instrument prin care o companie își poate stabili propriile emisii de poluanți, astfel încât să asigure un control strict al impactului produs de propria activitate asupra mediului.
Această serie de standarde nu are un caracter obligatoriu și nu impune criterii de performanță în domeniul managementului de mediu, acestea din urmă fiind stabilite prin reglementări la nivel național. Aplicarea prevederilor ISO 14000 este voluntară, dar pentru a fi eficientă nu trebuie să constituie o inițiativă solitară, ci trebuie adoptată la nivel cel puțin zonal.
Considerarea managementului de mediu ca management al resurselor necesită o supraveghere continuă a factorilor de mediu afectați, în vederea reactualizării înțelegerii funcțiunilor ecosistemelor, ceea ce permite cuantificarea exactă a impactului deciziilor adoptate. Deciziile manageriale viitoare pot fi astfel adaptate pentru a valorifica avantajele oferite de ecosistemele vizate. Din acest motiv, monitorizarea mediului este considerată drept un instrument de bază în managementul de mediu.
Prin standardul ISO 14004 sunt enunțate o serie de principii privind sistemele de management de mediu, și anume (figura 1.1):
Politica de mediu
O companie trebuie să-și stabilească propria politică de mediu și să asigure obligativitatea propriului sistem de management de mediu.
Planificarea
Compania trebuie să-și elaboreze un plan de asigurare a propriei politici de mediu.
Implementarea
Pentru o implementare eficientă, compania trebuie să-și dezvolte capacitatea și mecanismele-suport pentru a-și realiza politica de mediu, în vederea atingerii obiectivelor acesteia.
Măsurare și evaluare
Odată adoptat sistemul de management de mediu de către o companie, aceasta trebuie să măsoare, să supravegheze și să-și evalueze performanțele propriei politici de mediu. Acest principiu poate fi pus în practică prin verificarea periodică a eficienței deciziilor care sunt adoptate în vederea protecției mediului, prin asigurarea unui program de monitorizare a mediului.
Revizuirea managementului de mediu
Compania (organizația) trebuie să revizuiască și să îmbunătățească continuu propriul sistem de management de mediu, în scopul îmbunătățirii performanțelor globale ale politicii de mediu.
Etapele adoptării și funcționării unui sistem de management de mediu
Un program de monitorizare a mediului este realizat în vederea atingerii a cel puțin unuia dintre următoarele scopuri:
1) Determinarea gradului de conformare cu reglementările privind protecția mediului – monitorizarea emisiilor și a imisiilor.
2) Testarea unor ipoteze privind corelația cauze – efecte de mediu, în vederea întocmirii reglementărilor de mediu (standarde sau alte acte normative).
3) Monitorizarea de prognoză, în care sunt anticipate modificările calității mediului la scară mare, în timp, ca rezultat al impactului cumulat al mai multor activități antropice (ex. Poluarea atmosferei și schimbările climatice).
4) Evaluarea și prognoza eficienței măsurilor adoptate la nivelul sistemului de management de mediu.
2.3. Monitorizarea mediului și dezvoltarea durabilă
2.3.1 Obiective
Conceptul de dezvoltare durabilă (“sustainable development”) a fost introdus de către World Commission on Environment and Development (The Brutland Commision) în cadrul raportului din 1987 intitulat “Our Common Future” si poate fi definit ca un „proces lent de schimbări care permite folosirea pe termen lung a mediului pentru ca dezvoltarea economica să rămână posibilă concomitent cu menținerea calității mediului la un nivel acceptabil”.
O altă definiție, dată de aceeași comisie, poate fi rezumată sintetic prin „satisfacerea nevoilor generației actuale fără a fi afectate nevoile generațiilor viitoare”.
Odată cu definirea conceptului dezvoltării durabile, noțiunea de „resursă de mediu” sau „resursă naturală” a devenit aplicabilă practic oricărui factor de mediu.
Cerințele minime ale dezvoltării durabile sunt:
Redimensionarea creșterii economice, având in vedere o distribuție mai echitabilă a resurselor și accentuarea laturilor calitative ale producției.
Eliminarea sărăciei în condițiile satisfacerii nevoilor esențiale pentru un loc de muncă, hrană, energie, apă, locuințe și sănătate.
Conservarea și sporirea resurselor naturale, întreținerea diversității ecosistemelor, supravegherea impactului activităților economice asupra mediului.
Impunerea acestor cerințe minimale conduce la concluzia că o dezvoltare durabilă nu poate fi realizată numai prin conservarea resurselor de mediu, diminuând activitățile economice sau renunțând la acestea, ci prin reducerea impactului lor negativ asupra mediului. Urmare a acestui fapt, este necesară adoptarea unor tehnologii de fabricație mai puțin poluante, deci activitățile care generează bunuri și servicii trebuie să prevină, să limiteze sau să corecteze poluarea mediului. Astfel de tehnologii pot fi definite ca „tehnologii curate” și realizarea lor implică adaptarea progresului tehnic în domeniul protecției mediului.
Progresul tehnic in domeniul protecției mediului include tehnologiile „curate” care permit realizarea dezvoltării economice si menținerea calității mediului prin limitarea exportului de entropie in mediu. Exportul de entropie în mediu datorită producției și consumului (implicit prin utilizarea tehnologiilor) se realizează în trei moduri:
Eliminarea de căldură sau emisia de radiații;
Eliminarea de reziduuri provenite din prelucrarea materiilor prime;
Eliminarea de reziduuri datorate consumului și serviciilor.
Astfel pot fi identificate 5 categorii mari de tehnologii “curate”:
Tehnologii de tip A care permit tratarea reziduurilor la ieșirea lor din procesele de producție, prin utilizarea tehnologii și instalații de natura filtrelor, stațiilor de epurare, bazinelor de decantare. În general se utilizează procedee și metode clasice de reținere, decantare, separare mecanică, etc. În literatură, tehnologiile de acest tip se regăsesc sub denumirea „en bout de chaine” sau “end of pipe”.
Tehnologii de tip B sau „integrate” care permit transformarea și recircularea efluenților reziduali într-o formă reutilizabilă, fie direct prin instalațiile productive (optimizarea proceselor existente), fie printr-o altă instalație care utilizează procedee noi, nepoluante, sau realizează produse noi, mai ușor reciclabile sau eliminabile;
Tehnologii de tip C sau de reutilizare si recuperare. Prin intermediul acestor tehnologii se reciclează deșeurile produse în instalațiile industriale productive sau se modifică procedeele industriale existente, pentru a diminua deșeurile și a evita acumularea lor;
Tehnologii de măsurare si analiză a calității mediului (monitorizare);
Tehnologii de substituție a materiilor prime poluante în procesul de producție.
Tehnologiile „curate” au o serie de avantaje față de tehnologiile clasice deoarece:
Din punctul de vedere al calității mediului, devine posibilă reducerea poluării; prin intermediul tehnologiilor „curate” se promovează un control consistent asupra proceselor de producție implicate și se reduc riscurile de oprire și avariere;
Din punctul de vedere al eficienței, tehnologiile „curate” determină economii de energie și materii prime, care conduc la recuperarea mai rapidă a sumelor investite;
Din punctul de vedere al locurilor de muncă, acestea se mențin concomitent cu creșterea productivității printr-o mai bună gestiune și prin luarea de măsuri preventive. Spre exemplu, studii efectuate in SUA au arătat ca se pot crea 60 000-70 000 noi locuri de muncă la 1 miliard $ cheltuiți pentru introducerea de instalații antipoluante, față de o medie de 50 000 locuri de muncă generate de 1 miliard $ PIB. S-a mai constatat și modificarea cererii de forță de muncă în favoarea personalului superior calificat și mai bine remunerat.
2.3.2 Implementarea unui program de monitorizare a mediului
În funcție de scopurile în care a fost întocmit, un program de monitorizare a mediului poate avea cel puțin una din următoarele funcții:
Supraveghere – implică determinarea emisiilor de poluanți și a stării de impurificare a mediului cu contaminanții evacuați.
Prevenire și prognoză – determinarea evoluției probabile a stării de poluare și posibilitățile de prevenire a unor situații critice. Pentru realizarea acestei funcțiuni, este necesară evaluarea riscului de accidente și avarii cu impact asupra mediului.
Arbitraj și stabilire a responsabilităților – în cazul în care într-o zonă restrânsă există mai mulți poluatori care evacuează același tip de poluanți.
Avertizare și intervenție – în cazul în care, pe termen scurt, se observă o degradare puternică a calității mediului.
Un sistem de monitorizare trebuie să fie proiectat corespunzător scopurilor propuse, pentru a oferi managerului de mediu informații suficiente în vederea elaborării deciziilor. Pe lângă această condiție, un program de monitorizare a mediului trebuie să fie fundamentat științific, să se armonizeze cu alte programe de monitorizare a mediului și cercetare, să sintetizeze și să prezinte periodic datele privind calitatea ecosistemelor studiate și să asigure durabilitatea ecosistemelor supravegheate.
Pentru atingerea acestor obiective, la adoptarea unui program de monitorizare a mediului trebuie luate în considerare următoarele elemente-cheie:
Definirea obiectivelor programului.
Programele de monitoring au ca obiective generarea de răspunsuri unor probleme specifice managementului de mediu, descrierea funcțiunilor și a proceselor de bază ale ecosistemelor și cuantificarea și evaluarea impactului activităților antropice asupra mediului.
Unele programe de monitorizare mai pot avea ca obiectiv achiziția sistematică a datelor privind starea de calitate a mediului, pe un interval lung de timp, în vederea realizării unor modele matematice de predicție a răspunsurilor ecosistemelor la perturbațiile la care acestea sunt expuse.
Cu cât obiectivele sunt mai clar specificate, cu atât atât eficiența operării unui program de monitorizare este mai mare.
Aceste obiective trebuie să concorde cu necesitatea de informare la nivelul sistemului de management de mediu, astfel încât să poată fi cuantificat impactul produs asupra mediului ca urmare a deciziilor adoptate, avantajele pe care le oferă aceste decizii, precum și capacitatea de a caracteriza și prezice impactul perturbărilor produse asupra ecosistemului.
Integrarea programului în context regional.
Integrarea în context regional este necesară datorită existenței și a altor activități antropice în zona de impact, fiecare dintre acestea fiind interesate în a se implica în programe de monitorizare a calității mediului.
În consecință, este necesar a se corela programul propriu de monitorizare a mediului cu programele similare existente în zonă. De asemenea, programul de monitorizare trebuie extins și în afara propriei incinte; dacă programul de monitorizare a mediului, în cadrul unei companii, s-ar limita numai la aria acoperită de aceasta, dinamica influențelor externe asupra calității ecosistemelor și impactul propriei activități asupra mediului nu ar fi niciodată înțelese.
Evaluarea risc-avantaje.
Înțelegerea dinamicii ecosistemelor și a riscurilor la care acestea sunt vulnerabile oferă soluții privind utilizarea unor fonduri strict alocate, limitate, pentru monitorizarea acestora. În caz contrar, evaluarea necesarului acestor fonduri devine inexactă, pot surveni cheltuieli, ceea ce conduce la o creștere a necesarului de investiții.
O evaluare corectă a riscului se realizează prin aportul unor grupuri de specialiști în diverse aspecte privind dinamica ecosistemelor și utilitatea acestora.
Problemele care pot fi avute în vedere sunt: precipitațiile acide, poluarea solului și a apei, dinamica populațiilor unor specii vegetale și animale etc.
Proiectarea programului de monitorizare.
La proiectarea unui program de monitorizare a medilui trebuie avute în vedere următoarele probleme:
– stabilirea indicatorilor de calitate urmăriți;
– distribuția spațială și temporală a măsurătorilor;
– dinamica populațiilor și productivitatera unor specii vegetale și animale.
Inițierea de parteneriate științifice.
Inițierea unor parteneriate științifice, cu colective de cercetare specializate în problematica ecosistemelor monitorizate, este dictată de necesitatea corelării programelor de cercetare cu cele de monitorizare a mediului și de fundamentarea științifică a acestora din urmă. Această necesitate este completată și de aceea a unei informări corecte și complete asupra dinamicii stării de calitate a mediului. Aceste parteneriate oferă majoritatea răspunsurilor la problemele privind dinamica stării de calitate a mediului.
Protocoalele de recenzie.
Protocoalele de recenzie reprezintă proceduri standardizate de achiziție a datelor de mediu și sunt necesare dacă se dorește ca datele să fie acceptate și de alte persoane juridice (firme, organisme guvernamentale, organizații neguvernamentale etc.) și acoperă procedurile de achiziție (prelevare, conservare și analiză a probelor) și prelucrare a datelor.
Protejarea resurselor/ecosistemelor de impactul negativ potențial generat de propria
activitate.
Dacă un program de monitorizare a mediului este insuficient realizat, ecosistemele și resursele pot suferi dezechilibre semnificative, îndeosebi la scară mică din punct de vedere spațial (dezechilibre locale).
Aceste dezechilibre, care se materializează prin daune, se datorează unei evaluări incomplete a impactului deciziilor adoptate în baza datelor oferite se programul de monitorizare.
Managementul informațiilor.
Prelucrarea, centralizarea și prezentarea datelor privind starea de calitate a mediului este o problemă de o importanță deosebită pentru managerul de mediu. Importanța managementului informațiilor este dată de rolul acestora de bază a elaborării deciziilor privind asigurarea și controlul calității mediului.
Analiza integrată a evoluției stării de calitate a mediului este îmbunătățită în mod semnificativ de un sistem de management informațional care funcționează la parametrii optimi. Această activitate este facilitată în mod semnificativ de utilizarea sistemelor informaționale geografice.
Sintetizarea și raportarea datelor.
Sintetizarea și raportarea datelor trebuie realizată în timp util și în baza unui program periodic, în fișiere cu format unitar, pentru a asigura managerului de mediu în timp util tot necesarul de informații.
Deși ideea introducerii monitorizării ca instrument al managementului mediului nu este recentă, primele preocupări în această direcție fiind semnalate la începutul deceniului 8, aceasta a putut fi pusă în practică, pe plan internațional, abia la mijlocul deceniului 9, iar la noi în țară, problema a fost pusă la începutul anilor '90. Această inerție s-a datorat în principal costurilor ridicate pe care le presupune implementarea unui sistem de monitorizare integrată.
Date fiind costurile ridicate, investițiile trebuie eșalonate în timp. Monitorizarea de fond și a imisiilor în mediu intră în sarcina unor organisme guvernamentale, astfel încât finanțarea unor proiecte în acest sens se realizează din surse bugetare, deseori limitate. În schimb, automonitorizarea (monitorizarea emisiilor) este o sarcină a fiecărui poluator sau potențial poluator. Din acest motiv, este posibil ca inițiativa de implementare a unui sistem de monitorizare integrat să întâmpine rezistență din partea celor ce ar trebui să-și modifice planurile de investiții.
O pondere importantă în costurile unui sistem de monitorizare o au echipamentele destinate achiziției și validării datelor (cca. 75%), ponderea echipamentelor de prelucrare și stocare a informațiilor fiind de maxim 25%.
Un alt motiv pentru care implementarea monitorizării integrat întâmpină rezistență din partea agenților economici a căror activitate prezintă impact asupra mediului o constituie tocmai rezultatele monitorizării, care, în cazul unei poluări voite sau accidentale, pot conduce la măsuri rapide din partea autorităților, măsuri care pot fi inclusiv de tip coercitiv.
2.4. Aspecte juridice privind monitorizarea mediului
2.4.1 Evolutia noțiunii de monitorizare internațională
Pe plan internațional, preocupările privind evidențierea schimbărilor produse în mediu, ca urmare a activităților antropice, precum și evaluarea și prognoza acestora, au fost evidențiate pentru prima oară în anul 1972, în cadrul Conferinței asupra Mediului de la Stockholm, în cadrul programului “Observarea planetei”. Cu această ocazie s-au pus bazele Programului Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP). Crearea unui sistem de monitoring a fost determinată de creșterea pericolului poluării la nivel planetar, observându-se în acest sens efecte nefaste la scara întregii biosfere, ca urmare a activităților antropice.
În anul 1974, la Consfătuirea interguvernamentală convocată de UNEP la Nairobi (Kenya), au fost elaborate recomandări privind scopul și principiile GEMS, și s-au întocmit liste care includ indicatorii calității mediului natural și lista poluanților prioritari ce trebuie supravegheați.
În cadrul aceleiași manifestări s-au propus și următoarele domenii de aplicare a monitorizării mediului:
– controlul continuu al poluării de fond a atmosferei;
– controlul continuu al calității aerului în zonele urbane și industriale;
– controlul continuu al calității apelor maritime;
– controlul calității solurilor.
La scurt timp după înființarea celor două sisteme (GEMS și IGBM) la nivel mondial, în România au fost înființate subsistemele naționale globale de monitoring al mediului (GEMS-RO), respectiv de monitoring de fond (IGBM-RO). Momentan, funcționează sisteme de monitorizare pentru factorii de mediu apă, aer și sol, biota fiind încă în fază incipientă. Mai puțin dezvoltate sunt sistemele de monitorizare de fond, care sunt concepute astfel încât să răspundă domeniilor climă, poluare transfrontieră, resurse terestre, ape maritime și poluarea mediului.
Ulterior, România a aderat la o serie de convenții internaționale sau regionale, și anume: Convenția de la Geneva asupra poluării atmosferice transfrontiere pe distanțe lungi (1979), Convenția de la București privind protecția Mării Negre împotriva poluării (1992), Convenția privind protecția stratului de ozon de la Viena (1985) și Protocolul privind substanțele care epuizează stratul de ozon (Montreal 1986), Convențiile de la Rio (1992) privind schimbările climatice și biodiversitatea, Convenția privind protecția și utilizarea cursurilor de apă transfrontiere și a lacurilor internaționale (Helsinki 1992), Convenția privind utilizarea durabilă a fluviului Dunărea (Sofia 1994). Toate aceste convenții prevăd măsuri de supraveghere, control, evaluare și prognoză, care pot fi puse în practică prin asigurarea unei monitorizări integrate.
2.4.2 Reglementări privind monitorizarea mediului la nivel
În legislația română, dispozițiile privind mediul se regăsesc inclusiv în cadrul Constituției. Astfel, conform Art. 20, alin. 1, sunt garantate “drepturile și libertățile cetățenilor […], în conformitate cu Declarația Universală a Drepturilor Omului”, la care România este parte semnatară. Printre alte drepturi, Declarația prevede dreptul la viață, dreptul la ocrotirea sănătății și dreptul la un mediu curat.
Aceste drepturi sunt reiterate în alte articole ale Constituției. Astfel, Art. 22 garantează dreptul la viață, iar Art. 33 garantează dreptul la ocrotirea sănătății și obligația statului de a lua măsuri pentru asigurarea sănătății și igienei publice.
Articolul 31 consfințește dreptul neîngrădit al persoanelor de a avea acces la orice informație de interes public, cu condiția ca acest drept să nu prejudicieze siguranța națională, printre aceste informații situându-se și cele privind calitatea mediului.
Conform Art. 41, din Constituția României, dreptul la proprietate este un drept inalienabil, dar care implică și o serie de obligații, printre care și “respectarea sarcinilor privind protecția mediului și asigurarea bunei vecinătăți”. Articolul 134 al legii fundamentale prevede faptul că refacerea, ocrotirea mediului, precum și asigurarea echilibrului ecologic sunt sarcini ale statului român (alin. 2, litera e), iar resursele naturale (bogății ale subsolului, spațiul aerian, apele cu potențial energetic valorificabil, plajele, apele maritime teritoriale) fac obiectul proprietății publice.
Constituția garantează “dreptul neîngrădit al persoanelor de a avea acces la orice informație de interes public, cu condiția ca acest drept să nu prejudicieze siguranța națională”. Acest drept este reiterat în Legea Protecției Mediului (Art. 5, litera a), care prevede: “Statul recunoaște tuturor persoanelor dreptul la un mediu sănătos, garantând”, printre altele și “accesul la informațiile privind calitatea mediului”.
Legea Protecției Mediului este o lege organică (în sensul că reglementează activitatea unor organisme ale statului) și constituie legea-cadru a reglementărilor privind protecția mediului. Conform Art. 3, alin. f, al acestei legi, crearea sistemului național de monitorizare integrată a mediului constituie un element strategic ce stă la baza legislației de mediu.
Alte acte normative care au ca obiect protecția mediului sunt decretele cu putere de lege, hotărârile și ordonanțele Guvernului și ordinele departamentale.
Astfel, conform ordinului MAPPM Nr. 860/2002, prin care se reglementează procedura de autorizare a activităților economice și sociale cu impact asupra mediului, este necesar ca documentațiile necesare eliberării acordului (memoriu tehnic) sau autorizației (fișa de prezentare și declarație) de mediu să prezinte dotările și măsurile ce se iau pentru controlul emisiilor de poluanți și supravegherea calității mediului în zona de impact. Obligativitatea autorizării activităților cu impact asupra mediului este enunțată în Legea Protecției mediului (Art. 4, lit. b), care prevede “obligativitatea procedurii de evaluare a impactului asupra mediului în faza inițială a proiectelor, programelor sau activităților”. Procedura de evaluare implică întocmirea unui studiu de impact sau a unui bilanț de mediu, precum și a întocmirii unui memoriu tehnic sau a unei fișe de prezentare și declarație.
Evaluarea impactului asupra mediului se poate realiza printr-un studiu de impact asupra mediului sau printr-un bilanț de mediu, în urma cărora se stabilește un program de conformare. Programul de conformare constă în măsuri de natură tehnică, eșalonate în timp, sub formă de investiții, în scopul reducerii impactului asupra mediului.
Mecanismele de control privind respectarea sau nerespectarea prevederilor legale pot fi de natură stimulativă sau coercitivă. Mecanismele de natură stimulativă constau în acordarea unor facilități sau derogări, în scopul stimulării unui poluator de a lua măsurile ce se impun pentru reducerea poluării (de exemplu, un poluator industrial poate fi exceptat temporar de la plata unor taxe, cu condiția respectării stricte a programului de conformare).
Mecanismele de natură coercitivă sunt declanșate dacă autoritatea de mediu constată încălcarea normativelor în vigoare privind poluarea sau nerespectarea programului de conformare. Aceste mecanisme pot fi de natură civilă, contravențională sau penală (și implică o răspundere contravențională, civilă sau penală). Măsurile de natură contravențională sunt stabilite de autorităsțile de mediu competente, și pot consta în amenzi, taxe, retragerea temporară sau definitivă a autorizației sau a acordului de mediu și/sau reactualizarea studiului de impact/bilanțului de mediu și a programului de conformare.
Acțiunile de natură civilă sau penală sunt de competența justiției. Acțiunile civile pot fi inițiate de persoane fizice și/sau juridice, a căror activitate este grav afectată ca urmare a poluării.
Acțiunile penale pot fi inițiate de autorități (nu numai cele de mediu), când se constată că poluarea poate avea efecte importante asupra mediului și sănătății populației, iar culpa poate fi încadrată în prevederile legislației penale (de exemplu, nerespectarea regimului substanțelor toxice și periculoase, periclitarea sănătății publice etc.).
În această situație, monitorizarea mediului poate fi decisivă în prevenirea unor situații care să implice luarea unor măsuri de natură coercitivă, prin adoptarea unor măsuri de natură tehnică, iar rezultatele monitorizării pot fi utilizate ca probe care să ateste vinovăția sau nevinovăția unui potențial poluator în cazul în care calitatea factorilor de mediu sau sănătatea populației ar fi afectate ca urmare a unei poluări, fie ea și accidentală.
2.5 Sisteme integrate de monitorizare. Structură și funcțuni
Un sistem de monitoring integrat poate fi caracterizat, din punct de vedere structural, din cel puțin două elemente, și anume ariile sectoriale de investigație și sistemele subordonate (subsistemele). Subsistemele unui sistem de monitoring sunt:
– subsistemul rețele de monitoring;
– subsistemul laborator;
– subsistemul de management al informațiilor. [2]
2.5.1 Obiective
La începutul anilor '90, obiectivele Sistemului Integrat de Monitoring se refereau în esență la perfecționarea activității de cunoaștere a diferiților factori de mediu, în directă relație cu mediul antropogen și definirea tendințelor de evoluție a calității mediului, în scopul fundamentării unor strategii adecvate.
În prezent, în obiectul Sistemului Național de Monitoring Integrat intră și controlul interacțiunilor și al interdependențelor cauză – efect.
După scopul pe care îl urmăresc în mod direct, obiectivele se pot clasifica în:
– obiective cu caracter general, rezultate din necesitatea de armonizare a reglementărilor naționale la nivel regional;
– obiective cu caracter specific fiecărui sistem național de monitoring integrat, ce constituie o consecință a reglementărilor la nivel local;
– obiective cu caracter prospectiv, rezultate din necesitatea integrării, într-o primă etapă, a sistemelor locale (naționale) la nivel regional.
2.5.2 Obiective cu caracter general
Sunt obiective rezultate din necesitatea de armonizare a reglementărilor naționale la nivel regional, și anume:
Integrarea monitorizării factorilor de mediu prin sistemele informaționale sectoriale (apă, aer, sol, deșeuri, biotă, arii protejate, radioactivitate etc.);
Obținerea datelor și a informațiilor privind starea calității factorilor de mediu, inclusiv a conexiunilor dintre acestea și a tendințelor de evoluție spațio-temporală;
Fundamentarea tehnică pentru elaborarea, selectarea și adoptarea deciziilor și a măsurilor,
în cazuri normale sau excepționale, cu următoarele domenii:
– gospodărirea și conservarea resurselor naturale, pe principii ecologice;
– stabilirea și urmărirea obiectivelor strategiei de protecție a mediului;
– încadrarea în prevederile convențiilor internaționale;
– informarea publicululi cu privire la starea mediului.
Controlul efectelor aplicării măsurilor propuse prin strategia de protecție a mediului, în scopul reajustării lor, în raport cu realitatea și cu obiectivele propuse;
Evaluarea eficienței persoanelor juridice al căror obiect de activitate îl constituie protecția mediului;
Asigurarea și dezvoltarea schimbului internațional de informații privind starea mediului, inclusiv în context transfrontier.
2.5.3 Obiective cu caracter specific
Acestea au un caracter local și sunt determinate de reglementările și planurile strategice naționale, în domeniul protecției mediului. Aceste obiective se referă la:
Evaluarea calității factorilor de mediu, periodic, prin compararea acesteia cu normativele în vigoare, în scopul stabilirii priorităților legale de intervenție.Evaluarea calității mediului permite și elaborarea unor prognoze sectoriale și globale;
Reevaluarea periodică a surselor de poluare;
Obiective legate de performanțele programului de monitoring:
– consolidarea și extinderea programului de monitoring intersectorial;
– îmbunătățirea capacității tehnice și a calității datelor analitice.
2.5.4. Obiective cu caracter prospectiv
Au în vedere necesitatea integrării într-o primă etapă, a sistemelor locale (naționale) la nivel regional, și anume:
Armonizarea criteriilor, obiectivelor și a funcțiunilor sistemelor locale de monitoring, legate în special de:
– proiectarea rețelelor;
– activitatea de laborator, prin programe de intercalibrare;
– managementul informațiilor;
Fundamentarea tehnică a criteriilor și obiectivelor de calitate a factorilor de mediu, în context transfrontier, precum și urmărirea acestora;
Definirea unor strategii de protecție a mediului la nivel regional, elaborarea de standarde și norme internaționale, evaluarea impactului pe scenarii de acțiune, stabilirea de priorități și urmărirea aplicării obiectivelor strategice propuse;
Monitorizarea în caz de accidente și/sau incidente de mediu, de proveniență sau cu efect transfrontier.
2.6 Funcții ale sistemelor de monitoring integrat
Funcțiunile sistemelor de monitoring integrat sunt strict corelate cu obiectivele prezentate anterior. Se evidențiază funcțiuni ale tuturor subsistemelor ce alcătuiesc un sistem de monitoring integrat, și anume:
– funcțiuni ale subsistemului rețele de monitoring;
– funcțiuni ale subsistemului laborator;
– funcțiuni ale subsistemului de management al informațiilor.
2.6.1 Funcțiuni ale subsistemului de organizare și proiectare a rețelelor de monitoring:
– conducerea și coordonarea unitară a subunităților din structura de organizare;
– controlul efectelor aplicării deciziilor și a măsurilor adoptate (feed-back), precum și a structurii proprii de organizare, în scopul funcționării continue și la parametrii proiectați a sistemului;
– evaluarea, analiza și reproiectarea periodică a rețelelor de monitoring;
– elaborarea concepției privind dezvoltatea proprie, pe baza resurselor tehnice, umane și administrative, sporirea capacității tehnice și analitice a laboratoarelor din subordine;
– asigurarea întreținerii echipamentelor și a instalațiilor proprii.
2.6.2.Funcțiuni ale subsistemului laborator:
– intercompararea și intercalibrarea laboratoarelor, la nivel național și internațional, pentru a se asigura omogenitatea calității datelor;
– achiziția datelor privind calitatea mediului.
2.6.3 Funcțiuni ale subsistemului de management al informațiilor:
Analizarea și integrarea sistemelor informaționale existente, inclusiv asigurarea legăturilor cu centrele de intervenție în situații excepționale;
Asigurarea sistemului informațional – decizional prin:
– colectarea, prelucrarea, validarea transmiterea, stocarea și interpretarea datelor, în flux rapid și lent;
– elaborarea și transmiterea deciziilor stabilite pe baza informațiilor obținute sau stocate în banca de date, cu respectarea termenelor de execuție, a responsabilităților etc.;
– urmărirea executării deciziilor.
Avertizarea și alarmarea instituțiilor publice și a agenților economici, în cazul în care calitatea factorilor de mediu atinge valori inacceptabile și determină stări excepționale;
Furnizarea și transmiterea datelor către organizațiile abi-litate prin lege în adoptarea deciziilor, precum și infor-marea publicului asupra stării calității factorilor de mediu;
Culegerea de date ecologice și climatice, elaborarea situației globale de poluare a mediului;
Stabilirea explicită a responsabilităților în adoptarea deciziilor, pe baza normativelor în vigoare;
Stabilirea indicatorilor de caracterizare globală a eficienței persoanelor juridice care au ca domeniu de activitate protecția mediului;
Reglementarea, supravegherea și coordonarea monitorizării exploatării obiectivelor cu rol de gospodărire a resurselor;
Elaborarea prognozelor privind evoluția calității factorilor de mediu sau a efectelor producerii unor evenimente generatoare de impact asupra mediului;
Stabilirea indicatorilor de caracterizare sectorială globală a calității mediului pentru zone urbane și zone deschise (aer, apă, sol, arii protejate, deșeuri etc.), pe sectoare;
Analiza, selectarea și stabilirea măsurilor necesare încadrării în prevederile convențiilor internaționale;
Colaborarea cu organizații similare din țară și din străinătate.
2.7 Structura sistemelor integrate de monitorizare
Un sistem integrat de monitoring constituie un sistem complex de achiziție a datelor și informațiilor privind calitatea mediului, obținute pe baza unor măsurători sistematice, de lungă durată, la un ansamblu de parametri și indicatori cu acoperire spațială și temporală, care să asigure posibilitatea controlului poluării (eva-luarea și managementul de risc etc.).
Densitatea și frecvența măsurătorilor, cât mai ales parametrii care trebuie urmăriți, sunt diferențiate în funcție de aria de investigație.
În esență, la caracterizarea structurii sistemelor de monito-ring integrat trebuie luate în considerație cel puțin două elemente:
– ariile sectoriale de investigații;
– subsistemele (sistemele subordonate).
O schemã funcționalã a unui sistem de monitoring integrat este reprezentatã în figura 3.1.
Schema generalã de funcționare a unui sistem de monitoring integrat
2.7.1 Arii sectoriale de investigații
Pe plan mondial, în prezent, se practică măsurători pe 12 arii de investigație. Acestea sunt grupate pe trei categorii, și anume:
– vectori de propagare a poluării;
– interfețe de contact;
– medii de bioacumulare și biotransformare.
Criteriul de diferențieire adoptat îl constituie procesele fizico-chimice și biochimice predominante la nivelul fiecărei arii de investigație.
A. Vectori de propagare a poluării
Sunt acele arii de investigație care, prin natura lor, consti-tuie surse ale poluării sau sunt medii de propagare a poluanților. În această categorie se încadrează următoarele arii de investigație:
1. Aer (emisii/imisii).
2. Meteorologie și climă.
3. Apa: ape de suprafață, ape subterane, ape uzate, ape marine.
4. Activități antropice: industrie, transporturi, agricultură, populație.
Parametrii specifici de monitorizare, pentru aceste arii de investigație, se referă la concentrație, debit masic asociat, coeficienți de dispersie.
B. Interfețe de contact
Sunt acele arii de investigație aflate în legătură directă cu aerul și apa (de suprafață și subterană). Se caracterizează prin schimbul de substanță și energie cu mediile cu care sunt în contact.
În această grupă se încadrează:
1. Solul.
2. Sedimentele.
3. Deșeurile.
Aceste arii de investigație se caracterizează, din punct de vedere al monitorizării, prin timpi de retenție, capacitate de adsorbție, absorbție, desorbție, schimb ionic, partiție.
Sedimentele trebuie corelate și cu mediile de bioacumulare (ecologie acvatică), dar și ca vector difuz de propagare a poluării apelor.
C. Mediile de bioacumulare și biotransformare
Se caracterizează prin rețele de acumulare-conversie-eliminare, coeficienți de retenție și, în mod deosebit, prin caracteristici ecotoxicologice.
Mediile de acumulare sunt:
1. Vegetație și faună terestră, păduri (ecologie terestră).
2. Faună și floră acvatică (ecologie acvatică).
3. Sănătatea publică.
4. Resurse naturale, zone umede, biodiversitate.
5. Radioactivitatea de mediu.
Dintre ariile de investigație enumerate mai sus nu se evidenți-ază arii sau medii cu o importanță mai mare sau mai mică. Fiecare dintre acestea au rețele și parametri proprii din punct de vedere al monitoringului.
2.7.2 Subsisteme
Pe plan mondial, indiferent de scara sistemului de monitoring (local, regional), se diferențiază trei subsisteme, atât la nivel sectorial, cât și global. Sistemele subordonate unui sistem de monitoring integrat (subsisteme) sunt:
– subsistemul de management și proiectare a rețelelor de monitoring;
– subsistemul laborator;
– subsistemul de management al informațiilor.
A. Subsistemul rețele de monitoring
Acest sistem are în vedere proiectarea și ținerea la zi a rețelelor de monitoring. Proiectarea (dimensionarea) rețelelor de monitorizare se realizează ținând seama de ariile sectoriale investigate și scopul monitorizării.
Proiectarea rețelelor de monitorizare presupune stabilirea următorilor parametri:
– aria de acoperire a sistemului. Aceasta este strict corelată cu scopul monitorizării. Astfel, monitorizarea de conformare se adresează poluatorilor și autorităților locale de protecția mediului (Agențiile locale și regionale, departamente de mediu ale administrației publice locale) și are ca scop determinarea nivelului de conformare cu legislația în vigoare. Din acest motiv aria de acoperire a acestor sisteme este mică. Sistemele de alarmare, avertizare și intervenție au ca scop prevenirea efectelor unui eventual accident chimic, se bazează pe o monitorizare continuă a ariilor sectoriale pe o arie mică. În schimb, monitorizarea de prognoză și de stabilire a corelației cauze de mediu – efecte de mediu se realizează la scară largă (regională, continentală sau chiar globală) și implică o arie de acoperire mare.
– frecvența măsurătorilor este dependentă atât de natura ariei sectoriale investigate, cât și de sacopul monitorizării. Astfel, pentru vectorii de propagare a poluării, care au o evoluție spațio-temporală rapidă, se impune o frecvență mare a măsurătorilor (1/zi, 1/h) în cazul monitorizării de conformare și de alarmare, dar pentru monitorizarea de prognoză și stabilire a corelației cauze-efecte, ca urmare a ariei mari de acoperire, sunt nesecasre frecvențe de măsurare mici (1/an, prin medierea rezultatelor obținute pe parcursul unui an calendaristic). Pentru interfețele de contact, care se caracterizează printr-o dinamică lentă, frecvențe de 1-4 măsurători/an sunt suficiente
– ariile sectoriale investigate
– indicatorii de calitate urmăriți.
Indicatorii de calitate reprezintă mărimi de natură fizică, fizico-chimică, chimică, biologică, ce descriu starea calității mediului. După natură, indicatorii de calitate sunt clasificați în:
– indicatori fizici: care descriu proprietăți fizice ale factorilor de mediu: temperatură (°C), conductivitate electrică (mS, μS), indice de refracție, turbiditate (UTF), conductivitate termică, suspensii, umiditate, densitate, porozitate, culoare, gust, miros;
– indicatori fizico-chimci: pH;
– indicatori chimici: exprimă concentrațiile unor specii chimice. Modalitatea de exprimare a indicatorilor chimici diferă de la o arie sectorială de investigație la alta, după cum urmează:
a) pentru aer și gaze reziduale, concentrațiile pot fi exprimate în fracții volumetrice (procentual pentru O2, CO2, ppm (vol.) sau pentru majoritatea poluanților (SO2, NO2, COV, CO, pulberi etc.), ppb (vol.) pentru micropoluanți), respectiv în mg/mc sau μg/Nmc. Normele privind calitatea aerului ambiental prevăd exprimarea concentrațiilor SO2, NOx (ca NO2), pulberi, CO, Pb, COV în mg/mc sau μg/mc, considerând temperatura de 20 °C și presiunea atmosferică normală.
b) pentru mediile lichide, concentrațiile sunt exprimate în mg/l sau μg/l. În cazul apelor dulci sau a apelor uzate cu un conținut redus de materii dizolvate, densitatea este considerată ca având valoarea 1 kg/l, exprimarea în mg/l poate fi echivalată ca ppm, iar cea în μg/l ca ppb.
c) Pentru mediile solide, concentrațiile sunt exprimate în mg/kg (ppm) sau μg/kg (ppb).
– indicatorii biologici exprimă dinamica și productivitatea anumitor specii vegetale și animale, fie utilizate ca markeri ai poluării (o serie de moluște), fie pentru a evalua starea de sănătate a unor ecosisteme;
– indicatorii moicrobiologici și bacteriologici exprimă distribuția microorganismelor într-un factor de mediu dat. O atenție deosebită este acordată microorganismelor patogene în apă (exprimat în număr indivizi/cm3);
– indicatorii radiologici: radioactivitate globală, alfa, beta, gamma, concentrații ale unor radionuclizi.
B. Subsistemul laborator
Subisitemul laborator are ca scop achiziția datelor privind calitatea mediului, pe baza principiilor chimiei analitice și ale analizei instrumentale. Acestui subsisterm îi sunt alocate cca. 75% din cheltuielile de monitorizare, motiv pentru care posedă o structură piramidală, pe trei niveluri ierarhice:
1) Laboratoare Naționale de Referință, în număr de 12, câte unul pentru fiecare arie sectorială. Au ca scop coordonarea activității pentru ariile sectoriale din subordine și sunt singurele abilitate să elaboreze protocoale de recenzie și să acrediteze laboratoarele din subordine. Participă la programe de intercalibrare pe plan internațional și organizează programe de intercalibrare la nivel național. Asigură pregătirea personalului ce deservește laboratoarele mediane.
2) Laboratoarele mediane, sunt acele laboratoare organizate la nivelul Agențiilor județene de protecțai mediului și al filialelor de bazin hidrografic ale A.N. Apele Române. Coordonează activitatea laboratoarelor de bază din subordine, asigură pregătirea personalului acestora, participă la programele de intercalibrare naționale. Nu pot acredita laboratoarele din subordine și nu pot elabora protocoale de recenzie. Nu execută operații de achiziție a datelor.
3) Laboratoarele de bază au ca obiectiv achiziția datelor de calitate a mediului, prin proceduri specifice chimiei analitice și analizei instrumentale, reglementate conform protocoalelor de recenzie.
Pentru ca un laborator să poată funcționa ca laborator de bază, este necesar să îndeplinească o serie de condiții:
– infrastructură: să dispună de o clădire cu încăperi corespunzătoare activității de achiziție a datelor de mediu (calitatea construcției, climatizare, etanșeitate);
– dotări: echipamente, aparatură și instrumentar de laborator, echipamente necesare asigurării securității și igienei muncii și PSI, reactivi și sisteme de gestiune a acestora;
– respectarea normativelor privind gestiunea deșeurilor de laborator;
– personal: acesta trebuie să fie calificat; cel puțin un angajat pe schimb cu studii superioare de specialitate, angajații cu studii medii trebui să fie calificați ca laboranți sau tehnicieni de laborator. De asemenea este necesară instruirea periodică de specialitate a personalului.
La nivelul subsistermului laborator se realizează și analiza statistică primară a rezultatelor, care sunt trimise apoi subsistemului de gestiune a informațiilor.
C. Subsistemul de gestiune a informațiilor
La nivelul acestuia sunt preluate datele furnizate de subsistemul laborator în vederea prelucrării statistice avansate și a prezentării sub formă de fișiere-raport cu format unitar. Acest subsistem lucrează cu sisteme de baze de date relaționale, în format electronic și pe hârtie, fișierele-raport fiind furnizate sistemului de management de mediu, care elaborează decizii.
CAPITOLUL 3. INSTRUMENTE UTILIZATE PENTRU REALIZAREA SISTEMULUI DE MONITORIZARE
3.1. Mediul de programare LabVIEW
Proiectele pentru dezvoltarea acestui mediu de programare au fost inițiate în anul 1983. Trei ani mai târziu el însemna pionieratul întro nouă abordare a instrumentației, depunând bazele instrumentației virtuale. Combinând unele periferice performante cu facilitățile de calcul, afișare și conectivitate ale calculatoarelor Macintosh foarte populare, acest sistem centrat în jurul unui software de aplicație oferea funcțiile unui instrument dedicat, deosebit de performant, la un preț redus. Flexibilitatea totală în configurație și mecanismul matematic deosebit de puternic au fost argumente puternice în favoarea acestui soft
specializat. Este o abordare revoluționară a ingineriei software: este un mediu de programare grafică. Oferă flexibilitatea unui limbaj de programare puternic, fără ca utilizatorul să scrie măcar un rând de cod-program.
Oferă avantajele semnificative ale unui mediu multitasking, putând rula simultan mai multe instrumente virtuale sau instanțe ale acestora. Fluxul de date schițat în diagrama funcțională specifică implicit și operațiile ce se execută simultan. Având un design modular, există posibilitatea ca orice instrument virtual deja creat să poată deveni o componentă a alteia.
Compilatorul integrat generează un cod executabil optimizat, pe 32 de biți, cu viteza de rulare comparabilă cu un program C/C++ compilat.
LabVIEW este un mediu de programare utilizat mai ales pentru realizarea măsurătorilor si monitorizarea unor procese automatizate. Mediul LabVIEW conține mai multe biblioteci de funcții predefinite pentru achiziția, prelucrarea, afișarea și transmiterea datelor.
Programele realizate în LabVIEW se numesc instrumente virtuale (Visual Instruments – VIs), la baza acestora stând conceptele de modularizare și ierarhizare arborescentă. Când se proiectează și se implementează un IV, trebuie să se țină cont de natura modulară a acestuia : să poată fi utilizat atât ca program principal cât și ca subrutină în componența unui alt IV. Un IV folosit la realizarea unui alt IV se numește sub IV, având rolul unei subrutine. Prin crearea și utilizarea de sub IV la realizarea altor IV, utilizatorul definește ierarhii de IV.
Bibliotecile aferente conțin funcții-sistem puternice, axate pe următoarele domenii:
– achiziție de date și control ( drivere pentru dispozitive I/O și automate programabile, regulatoare numerice, dispozitive de înregistrare /vizualizare)
– control dispozitive ( GPIB, VXI,RS-232,CAMAC)
– analiză de date (evaluări statistice, elemente de algebră liniară, funcții de calcul pentru domeniul timp și frecvență, filtre numerice) etc.
Mediul LabVIEW oferă dezvoltatorilor de programe două metode de asistență, care pot fi utilizate pe parcursul dezvoltării unui IV : fereastra (Help Windows) și utilitarul (Online Help) de asistență.
Fereastra de asistență se utilizează în cazurile următoare :
• la afișarea descrierii pentru obiectele din Panoul frontal și diagrama bloc;
• la consultarea casetei cu funcții, se prezintă semnătură și o descriere de utilizare;
• în diagrama bloc, terminalul conductorului IV, asupra căruia se folosește unealta de
interconectare, este evidențiat prin afișare intermitentă în fereastra de asistență ; metoda de asistare este utilizată frecvent în realizarea conexiunilor la nodurile dotate cu mai multe terminale, pentru selectarea exactă a parametrilor așteptați ;
• în diagrama bloc se permite afișarea structurii de date, folosită pentru valoarea care se transfera între acele noduri, pe o legătură existentă; se oprește unealta de interconectare deasupra legăturii ; se reamintește faptul, că nodul reprezintă elementul de execuție din limbajul G.
Structura unui program
Programele realizate în mediul LabVIEW se numesc instrumente virtuale (IV). Un IV are trei părți
componente:
• Panoul frontal;
• Diagrama bloc;
• Pictograma si conectorul
PANOUL FRONTAL
Panoul Frontal definește interfața grafică cu utilizatorul sau ceea ce va vedea utilizatorul pe ecranul calculatorului. Obiectele grafice de interfață disponibile pentru realizarea panoului frontal se împart în controale si indicatoare. Prin intermediul controalelor, utilizatorul introduce sau actualizează valorile datelor de intrare (obiecte de tip Get); indicatoarele sunt folosite pentru a se afișa rezultatele prelucrărilor (obiectelor de tip Say). Dacă IV se privește ca sub IV (deci ca subrutină), atunci controalele corespund parametrilor formali de intrare, iar indicatoarele sunt
parametri formali de ieșire.
Mediul LabView oferă dezvoltatorului de aplicații o colecție de obiecte predefinite pentru proiectarea panoului frontal : butoane, comutatoare, cursoare, obiecte pentru reprezentări grafice, rezervoare s.a.
Tipuri de controale și indicatoare
Sunt disponibile controale și indicatoare pentru majoritatea tipurilor de date: numeric, șir de caractere, boolean, tabel, tablou, grupare de date, grafic, s.a. Pentru un anumit tip de date sunt disponibile mai multe variante de controale și indicatoare, utilizatorul putând să opteze pentru cea mai sugestivă realizare.
A. Controale și indicatoare de tip numeric
Transmiterea valorilor numerice spre program sau afișarea rezultatelor numerice se face prin intermediul controalelor și indicatoarelor numerice. Există mai mute reprezentări ale componentelor de interfață, corespunzătoare tipului de dată numeric.
B. Controale și indicatoare de tip Boolean
Componentele de interfață, ale panoului frontal, aparținând tipului boolean, au doua valori posibile,corespunzând stării de adevărat (True) sau fals (False). Valoarea logică fals este valoare inițială: componenta booleană a fost preluată din caseta de controale și indicatoare și plasată pe suprafața panoului frontal.
Există mai multe reprezentări grafice de controale de tip boolean: butoane care pot fi
apăsate, comutatoare, întrerupătoare, butoane radio.
C. Controale și indicatoare de tip șir de caractere
Comportamentele de interfață tip șir de caractere permit citirea /afișarea mărimilor
aparținând acestui tip de dată. În etapa construirii panoului frontal, se introduce o valoare pentru un control șir de caractere prin unealta de etichetare sau de operare.
D. Controale si indicatoare tip tablou si grupare de date
Tablou (Array) este o structura de date compusă, cu elemente aparținând aceluiași tip:
numeric, boolean, șir de caractere, cale de fișier (path), identificator unic (refnum) grupare de date (cluster). Se spune ca tabloul este o structură omogene de date. Elementele dețin în cadrul structurii compuse o poziție bine determinată; accesul la o celulă se face prin indexare.
Pentru un tablou cu N elemente, primul element se găsește la poziția 0, iar ultimul element din tablou la poziția N-1. Un tablou poate avea mai multe dimensiuni; numărul maxim de elemente/dimensiuni este 231 – 1.
E. Controale și indicatoare pentru reprezentări grafice
Prin intermediul acestor componente de interfață plasate în panoul frontal, se permite
vizualizarea reprezentărilor grafice. Indicatoarele primesc valori numerice necesare realizării reprezentării grafice, în urma prelucrării din diagrama bloc. Controalele se utilizează în locul indicatoarelor dacă valorile necesare realizării reprezentării grafice sunt primite ca parametri de intrare pentru IV curent, folosit drept subrutina (sub IV). Nu se permite utilizatorului să realizeze o reprezentare grafica interacționând direct asupra unui control.
Caseta cu unelte grafice reține elementele, care se pot folosi de către utilizator în faza de execuție a IV, prin care se realizează operații de scalare și de stabilire a unor opțiuni associate reprezentării.
Componentele de interfață, dedicate reprezentărilor grafice, se împart în doua categorii generale:
• Diagrama (chart);
• Grafic (graph).
DIAGRAMA BLOC
Părții din interfața grafică cu utilizatorul, dată de panoul frontal, îi corespunde diagram bloc, care reține codul programului și definește funcționalitatea IV.
Elementele utilizate la realizarea diagramei bloc sunt clasificate în trei grupe generale:
1. noduri;
2. terminale;
3. fire.
1. Nodurile sunt elemente de execuție din limbajul G, ale unui IV. Nodurile din limbajul G corespund operatorilor, funcțiilor predefinite, instrucțiunilor, subrutinelor realizate de utilizator – din limbajele convenționale de programare structurată.
Un nod se execută doar în momentul, în care există valori disponibile pentru toți parametrii de intrare; date-rezultat sunt furnizate simultan în exterior, doar după ce toate operațiile din corpul nodului s-au realizat.
2. Terminalele reprezintă „porți” prin intermediul cărora se realizează transferul datelor:
– între Panoul Frontal și Diagrama Bloc (bidirecțional);
– între nodurile Diagramei Bloc (unidirecțional).
Terminalele se regăsesc în diagrama IV și au asociată o reprezentare grafică sugestivă.
3. Firele, definesc și reprezintă grafic fluxul datelor (între noduri se realizează schimbul de informații) în diagrama bloc. Fluxul datelor este de la terminalele sursa spre terminalele destinație.
Fiecare tip de dată este codificat cu ajutorul culorilor după cum se observă și în figura de mai jos :
3.2. Placa Waspmote
Waspmote se bazează pe o arhitectură modulară. Ideea este de a integra doar
modulele necesare în fiecare dispozitiv, aceste module pot fi modificate și extinse în funcție de nevoi.
Modulele disponibile pentru integrarea în Waspmote sunt clasificate în:
– ZigBee :/ module 802.15.4 (2.4GHz, 868MHz, 900MHz). Redusă și de mare putere.
– GSM / GPRS Module (Dual Band: 850MHz/900MHz/1800MHz/1900MHz)
– Modulul GPS
– Module de senzori (plăci de senzori)
– Modulul de stocare: Card de memorie SD
Waspmote are 7 intrări analogice accesibile în conectorul senzorului. Fiecare
intrare este conectată direct la microcontroler. Microcontroler folosește un analog
convertor digital (ADC) cu aproximare succesivea de 10 biți. Valoarea tensiunii de
referință pentr u intrări este 0V (GND). Valoarea maximă a tensiunii de intrare este
de 3.3V, care corespunde cu putere general al microcontrolerului tensiune.
Specificati:
Microcontroller: ATmega1281
Frecventa: 8MHz
SRAM: 8KB
EEPROM: 4KB
FLASH: 128KB
SD Card: 2GB
Greutate: 20gr
Dimensiuni: 73.5 x 51 x 13 mm
Interval de temperatură: [-20 C +65C]
Date electrice:
Valorile de functionare:
Tensiunea bateriei minime de funcționare: 3.3V
Tensiunea bateriei maxime de funcționare: 4.2V
USB tensiune de încărcare : 5V
Tensiune de încărcare panou solar: 6-12V
Curentul de incarcare a bateriei de la USB: 100mA (max)
Curentul de incarcare a bateriei de la panoul solar: 240mA (max)
Tensiundea bateriei 3V
Valori maxime absolute:
Tensiunea în orice PIN: [-0.5V,+3.8V]
Curent maxim de la orice digital I/O pin: 40mA
Puterea tensiuni USB: 7V
Puterea tensiuni panoului solar: 18V
Tensiune de baterie încărcată: 4.2V
Modulul Xbee
Waspmote integrează modulele Digi XBee pentru comunicarea in benzile ISMB (Industrial Scientific Medical Band)
Aceste module comunica cu microcontroler folosind UART_0 la o viteză de 38400bps.
Modulele XBee integrate în Waspmote includ conectori antena RPSMA.
Module XBee 802.15.4 sunt conforme cu standardul IEEE 802.15.4, care definește nivelul fizic și nivelul de legătură (MAC strat)
Cu scopul de a obține cadre total compatibile cu standardul IEEE802.15.4 și împuternicirea interoperabilitatea cu alte chipset-uri, comanda XBee.setMacMode (m) a fost creat pentru a selecta în orice moment, în cazul în care modulele trebuie sa utilizeze compatibilitatea totala a pozitiei format , sau invers permite utilizarea de opțiuni suplimentare pentru descoperirea de nod și de detectare a pachetelor duplicat.
Criptarea este furnizată prin algoritmul AES 128b. In mod specific, prin tipul AES-CTR. In acest caz Frame Counter câmpul are un ID unic și criptează toate informațiile conținute în domeniul Payload care este în cadrul 802.15.4 unde sunt stocate datele pentru a fi trimise.
Placa gaze
Placa cu senzori de gaze Waspmote a fost proiectat pentru a monitoriza parametrii de mediu cum ar fi temperatura, umiditatea, presiunea atmosferică și 14 tipuri diferite de gaze.
Acesta permite includerea de 6 senzori de gaze în același timp, reglementarea
puterii lor printr-un sistem de comutatoare în stare solidă și amplificarea semnalului de ieșire pe fiecare dintre ele, o etapă de amplificare non-inversoare de un câștig maxim de 101 controlate de un potențiometru digital configurabil prin
Inter-Integrated Circuit Bus, I2C).
Gazele care pot fi monitorizate sunt:
– Monoxid de carbon – CO
– Dioxid de carbon – CO2
– Oxigen molecular – O2
– Metan – CH4
– Hidrogen molecular – H2
– Amoniac – NH3
– Izobutan – C4H10
– Etanol – CH3CH2OH
– Toluen – C6H5CH3
– Hidrogenul sulfurat – H2S
– Dioxid de azot – NO2
– Ozon – O3
– Compuși organici volatili (COV)
– Hidrocarburi
Specificatii:
Greutate: 20gr
Dimensiune: 73.5 x 51 x 13 mm
Interval de temperatură: []
Caracteristici electrice:
Puterea tensiuni pe placa: 3.3V si 5V
Sensor de tensiune : 5V
Curent maxim admis(continuu): 200mA
Curent maxim admis(vârf): 400mA
CAPITOLUL 4. DESCRIEREA SISTEMULUI DE MONITORIZARE REALIZAT
Proiectul își propune realizarea unui instrument de monitorizare a temperaturii, umidității, presiunii atmosferice și concentrației monoxidului de carbon, cu ajutorul platformei Waspmote Gaze, instrument care achiziționează datele la un interval de o secundă, și asigură transmiterea wireless a acestora pentru prelucrare și afișarea grafică prin intermediul programului LabView.
4.1. SENZORI UTILIZAȚI
Senzorul de umiditate – 808H5V5
Acesta este un senzor analogic, care oferă o tensiune de ieșire proporțională cu umiditatea relativă din atmosferă. Deoarece gama de semnal a senzorului este în afara a ceea ce a permis intrarea lui Waspmote, un divizor de tensiune a fost instalat ce transformă tensiunea de ieșire la valori cuprinse între 0,48 ~ 2.34V.
Senzorul rămâne alimentat cu condiția ca alimentarea plăcii de 5V să fie pornită, astfel că pentru citirea sa este necesar doar să se execute comanda de captare a valorii analogice a pinului la care este conectat senzorul (ANALOG4).
Codul sursa:
{
SensorGas.setBoardMode(SENS_ON);
delay(100);
value = SensorGas.readValue(SENS_HUMIDITY); }
Specificații:
Gama de masurare: 0 ~ 100 %
RH Semnal de iesire: 0.8 ~ 3.9V (25°C)
Precizie: <± 4 % RH (la 25°C, interval de la 30 ~ 80 %), <± 6 % RH (intervalul 0 ~ 100)
Tensiunea de alimentare: 5VDC ± 5 %
Temperatura de operare: -40 ~ +85°C
Timp de raspuns: < 15 secunde
Consumul tipic: 0.38 mA
Consumul maxim: 0,5 mA
Senzorul de temperatură – MCP9700A
MCP9700A este un senzor analogic care convertește o valoare de temperatură într-o tensiune analogică proporțională. Gama de tensiuni de ieșire este între 100mV (-40°) și 1.75 (125°C), rezultând o variație de 10mV / °C, cu 500mV de ieșire pentru 0°C. Ieșirea poate fi astfel citită direct din Waspmote prin comanda de captare a valoarii dată de pinul analogic la care este conectat (ANALOG1).
Codul sursa:
{
SensorGas.setBoardMode(SENS_ON);
delay(100);
value = SensorGas.readValue(SENS_TEMPERATURE);
}
Specificatii:
Gama de măsurare: [-40°C, +125°C]
Tensiune de ieșire (0°C): 500mV
Sensibilitate: 10mV / °C
Precizie: ± 2 ° C (interval de 0°C ~ +70°C), ± 4°C (-40 ~ +125°C)
Tensiunea de alimentare: 2.3 ~ 5.5V
Timp de raspuns: 1.65 secunde (63% răspuns 30 la 125°C).
Consumul tipic: 6μA
Consumul maxim: 12μA
Senzorul de presiune atmosferică – MPX4115A
Senzorul MPX4115A convertește presiunea atmosferică până la o valoare de tensiune analogică într-un interval care acoperă plaja 0.2V și 4.8V. Deoarece aceasta este o gamă care depășește valoarea maximă admisă de Waspmote, ieșirea a fost adaptată pentru a se potrivi într-un interval între 0.12V și 2.88V.
Codul sursa:
{
SensorGas.setBoardMode(SENS_ON);
SensorGas.setSensorMode(SENS_ON, SENS_PRESSURE);
delay(30);
value = SensorGas.readValue(SENS_PRESSURE);
}
Specificatii:
Gama de masurare: 15 ~ 115kPa
Semnal de ieșire: 0,2 ~ 4,8 V (0 ~ 85°C)
Sensibilitate: 46mV/kPa
Precizie: <± 1,5% V (0 ~ 85°C)
Consumul tipic: 7mA
Consumul maxim: 10mA
Tensiunea de alimentare: 4.85 ~ 5.35V
Temperatura de operare: -40 ~ +125°C
Temperatura de depozitare: -40 ~ +125°C
Senzor de monoxid de carbon
TGS2442 este un senzor rezistiv sensibil la schimbările în concentrația de monoxid de carbon (CO) și, hidrogen (H2), care poate fi introdus în soclurile 3 și 4 ale plăcii, și trebuie să fie conectat într-un anume mod, indicat în documentația tehnică.
Rezistența senzorului variază liniar în coordonate logaritmice, dar poate prezenta diferențe semnificative între doi senzori diferiți. De aceea este recomandat să se consulte documentația senzorului pentru a alege rezistența de sarcină și amplificarea și să se calibreze înainte de a-l introduce în final în aplicație.
Citirea acest senzor necesită un ciclu de o secundă de-a lungul căreia două impulsuri de alimentare sunt generate pe rezistența de încălzire și rezistența sensibiliă de 14ms și 5ms fiecare (consumul mediu pe tot parcursul ciclului de alimentare este 3mA). Executarea acestui ciclu și citirea senzorului se poate face automat prin funcțiile bibliotecii SensorGas.
Codul sursa:
{
SensorGas.setBoardMode(SENS_ON);
SensorGas.configureSensor(SENSOR, GAIN, RESISTOR);
value = SensorGas.readValue(SENSOR); }
Specificații:
Gaze: CO
Gama de masurare: 30 ~ 1000 ppm
Rezistenta la 100ppm: 13.3 ~ 133KωSensibilitate: 0.13 ~ 0.31
Tensiunea de alimentare: 5V ± 0.2V DC
Temperatura de operare: -10 ~ +50°C
Timp de raspuns: 1 secundă
Rezistența de sarcină minimă: 10k
4.2. CODUL SURSĂ DE CITIRE A SENZORILOR ȘI TRANSMITERE A DATELOR PRIN XBEE
Placa de senzori Waspmote pentru gaze, are propria sa bibliotecă, care conține un set de instrucțiuni necesare pentru congigurarea si citirea fiecărui senzor în parte, conectați pe placă.
Funcția descrisă în această secțiune este folosită pentru a stabili parametrii care afectează efectuarea de măsurători a senzorului: soclul în care este conectat senzorul, etapa de amplificarea la ieșire și rezistența de sarcină.
Sursa încărcată în placa de bază Waspmote, pentru realizarea acestui sistem de monitorizare a parametrilor aerului este:
/*
* Sursa incarcata in Waspmote + Sensor board
* Implementare: Silviu Ovidiu Dulcescu
*/
// definire si initializare variabile
long previous=0;
char X[10];
char Y[10];
char Z[10];
char W[10];
packetXBee* paq_sent;
char data[30];
uint8_t stare=2;
float valoare_temp=0;
float valoare=0;
uint8_t contor=0;
// configurare Sensor board, senzori utilizati si protocol xbee
void setup()
{
SensorGas.setBoardMode(SENS_ON);
SensorGas.setSensorMode(SENS_ON, SENS_PRESSURE);
SensorGas.setSensorMode(SENS_ON, SENS_SOCKET4B);
SensorGas.configureSensor(SENS_SOCKET4B, 1, 50);
xbee802.init(XBEE_802_15_4,FREQ2_4G,NORMAL); // initializare XBEE
xbee802.ON(); // pornire modul XBEE
previous=millis();
}
// rutina apel transmitere date la fiecare 1000 de milisecunde
void loop()
{
if( (millis()-previous) > 1000 )
{
sendData();
previous=millis();
}
}
// rutina transmitere date
void sendData()
{
paq_sent=(packetXBee*) calloc(1,sizeof(packetXBee));
paq_sent->mode=UNICAST;
paq_sent->MY_known=0;
paq_sent->packetID=0x52;
paq_sent->opt=0;
xbee802.hops=0;
xbee802.setOriginParams(paq_sent, "GAS", NI_TYPE);
valoare=0;
valoare_temp=0;
for(int g=0;g<5;g++){
valoare_temp = SensorGas.readValue(SENS_TEMPERATURE);
valoare = valoare_temp + valoare;
delay(10);
}
valoare = valoare /5;
valoare*=100;
Utils.long2array(valoare,X);
valoare=SensorGas.readValue(SENS_HUMIDITY);
valoare*=100;
Utils.long2array(valoare,Y);
valoare=SensorGas.readValue(SENS_PRESSURE);
valoare*=100;
Utils.long2array(valoare,Z);
valoare=SensorGas.readValue(SENS_SOCKET4B);
valoare*=100;
Utils.long2array(valoare,W);
sprintf(data,"***%s,%s,%s,%s,$", X, Y, Z, W);
xbee802.setDestinationParams(paq_sent, "0013A20040710852", data, MAC_TYPE, DATA_ABSOLUTE);
while( contor<3 ){
stare=xbee802.sendXBee(paq_sent);
contor++;
}
contor=0;
if(!stare)
{
XBee.println("OK");
}
free(paq_sent);
paq_sent=NULL;
}
4.3. INSTRUMENTUL VIRTUAL
Pentru prelucrare si afișarea datelor, recepționate de către modulul wireless, s-a folosit interfața programului LabView. Panoul frontal al instrumentului dezvoltat precum și diagrama de legături sunt redate în figurile următoare.
PANOU FRONTAL !!!!
DIAGRAMA LEGATURI !!!!
4.3.1. Panoul Frontal
Este interfața dinspre utilizator a instrumentului virtual și elementul de bază al programelor elaborate în LabVIEW deoarece cu ajutorul său se realizează introducerea sau extragerea datelor în/din mediul de programare. În panoul frontal, comenzile care implică intervenția utilizatorului sunt în foarte mare măsură simplificate, fiind preferate elementele de comandă și afișare grafice, denumite controale sau indicatoare.Controalele reprezintă intrările în instrumentul virtual, cele care introduc datele, iar ieșirile, cele care comunică operatorului datele rezultate din proces, poartă numele de indicatoare (elemente de afișare). Controalele au diferite aspecte, precum: butoane, întrerupătoare, comutatoare, cursoare, cadrane etc., fiecărui tip corespunzându-i un element dintr-un instrument clasic.
Panoul Frontal a Instrumentului Virtual de citire a datelor emise de către senzorii utilizați conține:
– controlere ale ratei de transfer, a timpului de citire a datelor, a portului de pe care se face citirea datelor recepționate, a benzii de transfer si a șirului de caractere.
Caracteristicile Controlerelor:
Rată de transfer: 38400 kb/s
Citirea datelor: 8 biți
Citirea sursei: COM ?/ COM ?
Pauză citire: 10 sec
Număr de octeți: 200
Figura CONTROLERE
– indicatori text pentru valorile gazelor, temperaturii, monoxidului de carbon si a presiunii atmosferice.
Figura Indicatori text
– indicatori grafici, pentru reprezentarea valorilor umidității, temperaturii, presinunii atmosferice si a monoxidului de carbon.
Figura Indicatori grafici
4.3.2. Diagrama bloc
Însoțește panoul frontal și poate fi imaginată ca fiind un cod sursă, așa cum este cunoscut în limbajele de programare clasice. Componentele sale reprezintă nodurile programului, precum structurile de decizie, operatorii matematici, funcțiile de prelucrare logice etc.Între componente, legăturile se realizează prin fire (wire) care descriu fluxul de date în interiorul instrumentului virtual creat de program.
Diagrama bloc a sistemului de monitorizare a parametrilor aerului este formată din controlere ale ratei de transfer, a timpului de citire a datelor, a portului de pe care se face citirea datelor recepționate, a benzii de transfer, a șirului de caractere si de sub diagrame bloc, pentru fiecare senzor în parte, prezentate în cele ce urmează.
Calculul concentrației de monoxid de carbon.
Relația de calcul a rezistenței senzorului de CO în funcție de tensiunea citită de la placa de senzori este:
; în care:
RS – Rezistența senzorului
RL – Rezistența de sarcină
VC – Tensiunea de alimentare (5 V)
VOUT- Tensiunea citită de la sensor
Alegem rezistența de sarcină RSde valoare 50 Ω, egală cu rezistența RO a senzorului la 100 ppm CO,
în aceste condiții:
Conform graficului de mai jos, relația dintre concentrația de CO, notată în cele ce urmează cu y și RS/RO este una liniară, în coordonate logaritmice.
Diagrama senzorului CO
log (y) =a*log (RS/RO) + b, unde
a și respectiv b sunt două constante care pot fi determinate prin rezolvarea unui sistem de două ecuații, scrise pentru punctele de coordonate (4, 30) și (1,100)
Rezultă:a= – 0.8684
b=2
Prin înlocuire obținem relația finală de calcul a concentrației de CO, exprimată în ppm, în funcție de tensiunea citită de la senzor:
Diagrama de legaturi a instrumentului virtual care implementează această formulă este redată mai jos:
Diagrama de legături și formula de calcul a senzorului CO
Celelalte calcule ale senzorilor de umiditate, temperatură si presiune atmosferică, se calculează în mod asemănator, cu diferența că, caracteristica acestora este una liniară.
În continuare vor fi prezentate diagramele bloc si calulele realizate în programul LabView, a senzorilor de umiditate, temperatură si presiune atmosferică.
Calculul umidității
Y= , = 0.6
Diagrama de legaturi a instrumentului virtual care implementează această formulă este redată mai jos.
Instrument pentru calculul umidității
Calculul temperaturii
Y=100(x-0.5)
Diagrama de legaturi a instrumentului virtual care implementează această formulă este redată mai jos.
Instrument pentru calculul temperaturii
Calculul presiunii
Y= , =0.6
Diagrama de legaturi a instrumentului virtual care implementează această formulă este redată mai jos.
Instrument pentru calculul temperaturii
CONCLUZII
În ciuda faptului că abordarea problematicii de mediu este un proces demarat cu mult timp în urmă, înțelegerea proceselor din mediu și a efectelor perturbațiilor produse este departe de a fi completă. Necesitatea identificării interacțiunilor care influențează dinamica ecosistemelor a condus la dezvoltarea unor sisteme de monitorizare a calității mediului din ce în ce mai sofisticate. Cu toate acestea, datele oferite de aceste sisteme sunt de cele mai multe ori insuficiente pentru a acoperi totalitatea parametrilor a căror variație trebuie prezisă la adoptarea multitudinii de opțiuni decizionale. Din acest motiv, este necesară dezvoltarea unor soluții specifice de monitorizare, cu preț relativ scăzut și adaptate crescută.
In cadrul prezentei lucrări de licență a fost realizat un sistem de monitorizare a parametrilor de mediu capabil să urmărească variațiile temperaturii, umidității, presiunii atmosferice și dioxidului de carbon, cu ajutorul platformei Waspmote Gaze.
Achiziționarea datele se realizează la un interval de o secundă, transmitere wireless a datelor captate și afișarea grafică a acestor valori fiind realizată in mediul de programare grafică LabView.
BIBLIOGRAFIE
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Instrumente Utilizate Pentru Realizarea Sistemului de Monitorizare a Mediuluidocx (ID: 116882)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.