Использование сеансно-временного метода при обращении к спутнику в задаче мониторинга животных в заповедниках

 

Использование сеансно-временного метода при обращении к спутнику в задаче мониторинга животных в заповедниках

Содержание

Введение

. Понятие мониторинга животного мира и традиционные методы работы со спутниками

.1 Мониторинг животного мира

.2 Методы управления космическими аппаратами

.2.1 Метод командного телеуправления

.2.2 Метод программно - временного управления

. Спутниковый мониторинг на основе сеансно-временного метода

.1 Сеансно - временной метод автономного управления

.2 Модель автономного управления

. Анализ эффективности предлагаемой модификации

.1 Задача мониторинга популяций диких животных на территории заповедников

.2 Модификация методики отслеживания

. Безопасность, экологичность и экономическая эффективность

.1 Безопасность жизнедеятельности

.1.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе на персональном компьютере

.2 Экономическое обоснование

.3 Экологическая часть

Заключение

Введение

В настоящее время действующий способ сбора информации об отдельных особях для составления общей картины состояния вида в целом осуществляется путём имплантации датчиков слежения и дальнейшего отлова помеченных особей для пополнения информационных архивов. Процесс поиска помеченных особей производится путём использования радиометок для определения места положения искомого животного. Данный метод является весьма затратным по времени, поскольку ареалы обитания особей могут составлять десятки квадратных километров, а порой происходит так, что животное может уйти за пределы своей территории, что так же усложняет процесс поиска. Не стоит исключать вариант гибели особи, что ведёт за собой холостую трату времени. Так же стоит учесть, что поиск может быть затруднён труднопроходимостью местности.

Для решения задачи по сокращению времени сбора информации предлагается использование навигационных спутниковых систем. Данная система многократно сократит затрачиваемое время на сбор информации, поскольку будет исключена необходимость выслеживания помеченных особей. Появиться возможность в любой момент времени узнать месторасположение особи и отправить исследовательскую группу уже в известную точку для получения необходимых данных.

Уменьшение временных затрат также позволит собирать больше информации о других помеченных особях, что упростит процесс наблюдения и установления закономерностей жизненных процессов в целом.

Также стоит учесть то, что на данный момент спутниковые системы не являются оптимизированными по временному критерию вследствие использования методов управления, не обеспечивающих автономную работу (командный метод управления), либо же не дающими достаточный уровень надежности работы космических аппаратов (программно - временной метод), что так же сказывается на времени выполнения поступающих команд.

Цель работы: разработать модификацию действующей системы мониторинга диких животных на территориях заповедников.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

.Рассмотреть понятие мониторинга животного мира;

2.Рассмотреть действующие методы управления спутниками;

.Предложить альтернативный метод управления спутниками и способ его реализации;

.Провести анализ эффективности предлагаемой модификации.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырёх глав и заключения.

.Понятие мониторинга животного мира и традиционные методы работы со спутниками

.1 Мониторинг животного мира

Мониторинг животного мира представляет собой долговременное ведение регулярных, комплексных, сравнительных оценок состояния и тенденций динамики важнейших экологических и систематических групп диких животных в условиях современной антропогенной нагрузки и ландшафтной дифференциации природной среды.

Цель его - оценка состояния популяций и сообществ наиболее репрезентативных видов животных, позволяющих проследить изменения разнообразия животного мира как в стране в целом, так и в определенных типах местообитаний, создание сети контроля состояния природной среды с помощью объектов животного мира.

Объектами наблюдений при проведении мониторинга животного мира являются дикие животные - млекопитающие, птицы, пресмыкающиеся, земноводные, рыбы, насекомые и другие животные, обитающие на земле (на поверхности, в почве, в подземных пустотах), в поверхностных водах и атмосфере в условиях естественной свободы.

Мониторинг животного мира осуществляется по следующим направлениям:

.наблюдение за дикими животными, относящимися к объектам охоты, и средой их обитания;

2.наблюдение за дикими животными, относящимися к объектам рыболовства, и средой их обитания;

.наблюдение за дикими животными, включенными в Красную книгу, и средой их обитания;

.наблюдение за дикими животными, относящимися к видам, подпадающим под действие международных договоров, и средой их обитания.

Наблюдения за дикими животными и средой их обитания проводятся на пунктах наблюдений мониторинга животного мира, включенных в государственный реестр пунктов наблюдений Национальной системы мониторинга окружающей среды.

Количество и местонахождение пунктов наблюдений мониторинга животного мира, технология работ по организации и проведению мониторинга животного мира, перечень параметров и периодичность наблюдений устанавливаются Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды и должны обеспечивать получение информации, достаточной для объективной оценки состояния животного мира.

Экологическая информация, полученная в результате проведения мониторинга животного мира, включает:

.данные о видовом составе диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

2.данные об общей численности, в том числе промысловом запасе диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

.данные о динамике численности и структуре сообществ отдельных видов диких животных;

.оценку воспроизводства объектов животного мира, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

.прогноз возможных изменений состояния диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

.данные о распространении диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

.данные о физическом состоянии диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров;

.данные о структуре, качестве и площади среды обитания диких животных, относящихся к объектам охоты и рыболовства, включенных в Красную книгу, а также подпадающих под действие международных договоров.

Состав и содержание экологической информации, получаемой в результате проведения мониторинга животного мира, сроки, а также порядок ее предоставления в главный информационно-аналитический центр Национальной системы мониторинга окружающей среды определяются Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Данные мониторинга животного мира, подлежащие длительному хранению, включаются в установленном законодательством порядке в государственный фонд данных о состоянии окружающей среды и воздействиях на нее.

.2 Методы управления космическими аппаратами

.2.1 Метод командного телеуправления

Начиная с первых космических аппаратов, сначала в качестве единственного, а затем одного из основных методов для управления космическими аппаратами в целом и для управления решением целевой задачи используется традиционный метод командного телеуправления. Метод реализуется с привлечением средств наземного комплекса управления (НКУ) для задач анализа состояния изделия, выработки решения о выдаче совокупности управляющих воздействий на основании плана проведения сеансов, контроля работоспособности бортовых средств в течение сеанса и выдачи на борт управляющих воздействий в реальном масштабе времени. Таким образом, задача выделения подмножества команд организации единичного сеанса связи, определяемое заявкой на сеанс, и подмножества команд, определяемое текущим состоянием космического аппарата, из множества команд, используемых при проведении сеансов связи, полностью возлагается на средства внешнего контура управления. Этот факт предполагает привлечение НКУ для проведения единичного сеанса связи на время и определяется следующим выражением:

,

где - время получения информации о текущем состоянии, включает в себя время на организацию съема телеметрии и накопление достаточного количества информации и ее вывод, - время анализа текущего состояния космических аппаратов,

- время выделения подмножеств

- темп выдачи команд средствами НКУ,

- подмножество команд организации единичного сеанса связи, определяемое заявкой на сеанс,

- подмножество команд, определяемое текущим состоянием космического аппарата,

- длительность сеанса связи.

Улучшение показателей для перспективного уровня достигается использованием новых аппаратных средств и автоматизации принятия решения и передачи команд средствами НКУ, но, как показывает таблица 1.1, существенного уменьшения времени привлечения средств НКУ это не обеспечивает.

Таблица 1.1

Приблизительные показатели составляющих времени привлечение НКУ для единичного сеанса связи

ЭтапсексексекминсекДостигнутый уровень6006003045300732Перспективный уровень60010245101050

Это связано в основном с ограниченными энергетическими возможностями и, следовательно, с ограниченной информативностью линии НКУ - космический аппарат, а также с необходимостью работы НКУ в течение всего сеанса целевой работы.

Возможности НКУ ограничивают оперативность решения целевой задачи, не позволяют существенно сократить потери работоспособности космических аппаратов из-за большого времени восстановления.

Данный метод обладает такими недостатками, как: низкая оперативность реагирования на возникновение изменений в состоянии космических аппаратов связи, ретрансляции и навигации; большое время, затрачиваемое на выдачу управляющих воздействий, определяемое затратами на съем и анализ телеметрической информации о состоянии космического аппарата; выбором соответствующих управляющих воздействий и их выдачей по командной радиолинии с контролем выполнения; большие затраты средств на эксплуатацию наземных комплексов управления, привлекаемых на весь период целевой работы; снижение вероятности выполнения целевой задачи из-за сравнительно низкой живучести и надежности наземных территориально разбросанных средств наземных комплексов управления и линий связи между ними.

.2.2 Метод программно - временного управления

Основным методом автономного управления, получившим широкое распространение на космических аппаратах ретрансляции и связи является программно - временной метод (ПВМ). В рамках этого метода обеспечивается отработка программы, элементами которой являются пары , где Uk - управляющее воздействие, которое должно быть выдано в момент времени tk. Реализация этого метода на изделиях ранее осуществлялась с использованием электромеханических специализированных устройств. На современных изделиях метод реализуется программным способом с использованием БЦВМ, что обеспечивает резкое расширение его функциональных возможностей.

Программы автономной работы, содержащие пары закладываются с НКУ по программной радиолинии. Кроме того, программы могут дополняться фрагментами, формируемыми бортовым программным обеспечением. Ядром средств, реализующих ПВМ, является программа временного управления (ПВУ), которая выбирает из программы автономной работы пару с наименьшим и выдает это значение в регистр установок текущего времени (РУСТВ). При достижении значения текущего времени выбранному времени РУСТВ выдает сигнал прерывания, по которому включается программа ПВУ и, проверив равенство =, выдает сигнал на исполнение команд. Исполнение команд по коду выполняют соответствующие этим кодам аппаратные и программные действия в бортовых системах.

Процесс отработки программы управляется по командам от НКУ. Управление заключается в запрете и разрешении отработки программы либо какой-либо ее части. Процесс отработки может контролироваться средствами НКУ по поступающим туда телеметрическим параметрам, таким, как код последнего выданного управляющего воздействия, степень заполнения массива программ и т.д.

Параметры, характеризующие средства реализации ПВМ приведены в табл. 1.2. Из таблицы следует, что разработанные современные средства реализации ПВМ на космических аппаратах ретрансляции и связи обладают достаточно развитыми возможностями по формированию программы автономной работы, ее коррекции, управлению процессом ее отработки, но имеют ограничения по размеру программы. Эти ограничения связаны как с ограниченными ресурсами бортовых вычислительных машин, так и с проблемами закладки больших программ по сравнительно низко - информационной радиолинии управления.

В целом, ПВМ обладает следующими недостатками:

1.срыв выполнения программы возможен и при наличии работоспособных резервов;

2.при реализации параллельных, взаимосвязанных асинхронных процессов управления, характерных для современных, сложных, многоцелевых объектов с ограниченными общими ресурсами, коррекция программы работы в части одной цели невозможна из-за влияния на остальные части программы;

.большой объем программы на длительный период автономности, связанный с большим числом элементов изделия, обеспечивающих проведение целевой работы;

.значительные периоды подготовки к автономности, определяемые необходимостью осуществления предварительного съема информации о состоянии объекта, ее обработки для разработки программы работы на очередной период автономности с учетом полученной информации о состоянии аппарата.

Таблица 1.2

Параметры средств реализации ПВМ

Эксплуатируемые изделияРазрабатываемые изделияМаксимальный объем программы автономного управления400512Требования к упорядоченности программ по времениестьнетВозможность дополнения программестьестьВозможность коррекции программнетестьКоличество раздельно управляемых частей программ316Максимальный объем программ, формируемых бортсистемами команд64512Размер одного элемента66

2.Спутниковый мониторинг на основе сеансно-временного метода

.1 Сеансно-временной метод автономного управления

Таким образом, одной из задач является выявления более эффективного метода автономного управления, обеспечивающего отработку программы, элементами которой являются пары где - область нахождения вектора выходных параметров в интервале времени от до , т.е. - цель управления. Такой метод должен обладать свойствами адаптивности, позволяющими реализовать процедуру достижения цели с учетом текущего реального состояния изделия, т.е. при реализации такого метода на борту на каждом шаге управления определяется управляющее воздействие ,

.

Тогда, при условии , где - область допустимых управлений, вероятность автономной работы будет стремиться теоретически к единице. На практике вероятность автономной работы определяется количеством функциональных элементов и степенью резервирования в бортовых системах, поэтому

,

где - вероятность отсутствия неустранимого на области допустимых управлений возмущения. При параллельно-последовательной надежностной схеме средств обеспечения сеансов связи неустранимое возмущение - это отказ всех комплектов одного и более функциональных элементов. Поэтому

,

где - вероятность безотказной работы (c учетом резервирования) -того функционального элемента на интервале автономности .

На основании вышеизложенного для космических аппаратов связи, ретрансляции и навигации определен сеансно-временной метод автономного управления (СВМ).

Сеансно-временной метод - это метод адаптивного автономного управления, позволяющий по заданным в программе автономного управления параметрам сеансов целевой работы, либо параметрам других типовых циклограмм управления определять и реализовывать управляющие воздействия, обеспечивающие выполнение программы независимо от текущего состояния изделия.

Эффективность использования метода определяется конкретными особенностями построения бортовых систем космических аппаратов ретрансляции и связи, Так, функциональный элемент при наличии ненагруженного резерва и средств переключения на резерв является элементом с восстановлением. Восстановление функционального элемента происходит с вероятностью . При реализации переключателя на централизованных сбоеустойчивых средствах, определяющих работоспособность и живучесть изделия в целом, вероятность безотказной работы переключателя можно условно принять за единицу.

В таком случае величина определяется следующим выражением:

,

где - вероятность достоверного определения текущего состояния;

- время восстановления текущего элемента;

- допустимое время задержки начала сеанса, либо допустимое время перерыва.

,

где - время обнаружения отказа, определяемое периодом контроля;

- время, затрачиваемое на принятие решения о выдаче управляющего воздействия;

- время реализации управляющих воздействий;

- время приведения резервного элемента в рабочее состояние.

Достоверность определения текущего состояния определяется достоверностью информации о состоянии параметров бортовых систем. Повышение достоверности приводит к увеличению загрузки вычислительных средств, а загрузка вычислительных средств влияет на время обнаружения отказа, время принятия решения и время реализации управляющих воздействий.

Таким образом, для СВМ вероятность выполнения интервала автономности стремится к вероятности сохранения работоспособного сочетания комплектов при условии наличия достаточно полной модели управления и обеспечения реализации этой модели с приемлемыми временными характеристиками и показателями достоверности.

Кроме этого, независимость программы автономной работы от текущего состояния бортовых систем, означает возможность закладки на борт программ работы различными независимыми источниками, не владеющими информацией о текущем состоянии космического аппарата ретрансляции и связи. Таким образом, создается предпосылка для построения систем ретрансляции с децентрализованным доступом абонентов, что резко повышает живучесть системы в целом, увеличивает оперативность доведения до борта заявок на проведение сеансов связи.

При оценке эффективности СВМ в части интервала времени подготовки к автономному функционированию необходимо учесть, что для СВМ величина интервала подготовки к автономности не включает в себя получение и анализ информации о текущем состоянии ОУ для учета ее при разработке плана. Величина интервала определяется следующим выражением:

,

где - темп закладки программы средствами ВКУ;

- число сеансов в программе;

- величина элемента программы;

- подмножество элементов программы, определяющее цель управления, т.е. параметры -го сеанса.

,

где - подмножества элементов программы, определяющие параметры го сеанса, - команды управления функциональными элементами, из которых набирается требуемая конфигурация средств обеспечения сеансов связи.

Таким образом, величина периода подготовки к автономности для СВМ определяется только размером элемента программы и количеством элементов программы, необходимых для задания параметров единичного сеанса, и при использовании конкретных технических средств закладки является минимальной.

.2 Модель автономного управления

Модель управления, представляющая базу знаний продукционной системы и лежащая в основе реализации сеансно-временного метода, должна обеспечивать процесс управления совокупностью большого количества функциональных элементов, характеризующийся многочисленными причинно-следственными связями между множеством параллельно протекающих процессов. Поэтому с учетом требований, определенных выше, для разработки математической модели управления целесообразно применение сетей Петри. Сети Петри являются мощным средством моделирования дискретных систем и используются в самых различных областях техники, в том числе и при моделировании процессов управления и контроля космических аппаратов.

Cеть Петри задается совокупностью множеств:

,

где - множество позиций,

- множество переходов,

- функция входных инциденций,

- функция выходных инциденций,

- вектор начального маркирования.

Функции входных и выходных инциденций задают отношения между позициями и переходами сети. При этом используются следующие обозначения:

для и

для и

Множество называется множеством входных (выходных) позиций перехода , а множество множеством входных (выходных) переходов позиции .

Вектор ставит в соответствие каждой позиции сети целое неотрицательное число. Графически сеть Петри представляет собой ориентированный двудольный граф с двумя типами вершины: позиции и переходы.

В содержательном плане позициям соответствуют некоторые условия, а переходам - события. Входные позиции перехода определяют набор условий, необходимых для того, чтобы событие могло произойти. В свою очередь, в результате события появляются новые условия, определяемые выходными позициями перехода. Таким образом, сеть Петри позволяет решать причинно-следственные связи моделируемого процесса управления в пространстве условий и событий.

По решаемым задачам наиболее близкими является разновидность сетей Петри - Е-сети. Е-сеть определяется, как связная конфигурация позиций посредством разрешаемых схем переходов и задается совокупностью множеств

,

где - конечное непустое множество позиций,

- множество периферийных позиций,

- множество решающих позиций,

- конечное непустое множество переходов ,

,

- схема перехода,

- время перехода

- процедура перехода

- начальное маркирование.

Еще большими возможностями обладают макро-Е-сети, построенные на более сложных элементах с формальным определением в терминах Е-сетей.

Однако они не обеспечивают универсальность и наглядность описания продукций, образующих модель управления. Поэтому для представления процессов управления космическими аппаратами ретрансляции и связи необходимо расширить и интерпретировать понятия сетей Петри, т.е. ввести специализированные схемы переходов и интерпретации позиций, определив, таким образом, конкретные понятия макро-сети для построения модели автономного управления, что позволит однозначного описать и проанализировать параллельные, асинхронные и взаимосвязанные процессы управления.

3.Анализ эффективности предлагаемой модификации

.1 Задача мониторинга популяций диких животных на территории заповедников

Данная задача заключается в реализации цепочки событий мечение - выпуск - повторный отлов (МВПО) для оценивания ряда экологических характеристик популяции, а именно:

.Численности;

2.Уровня подвижности организмов и определения границ индивидуального участка;

.Скорости индивидуального (хронологического) роста;

.Демографических показателей и т.п.

В общем случае мечение представляет собой процедуру присвоения организму определенного признака (метки), отличающего его от другого (немеченого) животного. Метки могут быть либо индивидуальными (кодово-номерными), либо унифицированными (единообразными) для группы животных в целом.

Важными особенностями, как самой метки, так и всей процедуры мечения в целом, являются следующие:

.процедура мечения должна быть относительно проста и не оказывать отрицательного влияния на все процессы жизнедеятельности меченого организма;

2.метки должны быть относительно долговечными (идеальный вариант, когда метка сохраняется на протяжении всей жизни животного);

.сами метки не должны демаскировать животное и повышать вероятность быть обнаруженным хищниками;

.наличие метки не должно оказывать влияние на вероятность отлова данной особи.

В данной работе интерес представляют радиометки, наносимые преимущественно крупным млекопитающим, поскольку альтернативный метод слежения заключается именно в их замене.

Повторный отлов производится исследовательской группой, располагающейся в ближайшем специализированном пункте. Такая группа выдвигается в зону обитания помеченной особи с набором радиоаппаратуры для идентификации места расположения животного и проведения процедуры отлова и сбора необходимой информации. Для доставки группы на место используется автотранспорт или же малогабаритные самолёты.

Проблема заключается в том, что первичное определение местоположения особи с помощью считывания сигнала радиометки производится с существенной ошибкой (до нескольких километров), зависящей от дистанции между центром приёма сигнала и целью и ландшафта местности. Эта ошибка непосредственно влияет на затрачиваемое время поиска. сеансный временный мониторинг животный

После идентификации искомой особи, её усыпляют с помощью дротика с транквилизатором. Далее животное увозят в пункт для осмотра либо производят его на месте. Осмотр включает в себя: измерение роста, веса, взятие проб крови для анализа на различные показатели, замеры давления и др. В реестр заносится дата, время и место процедуры. При необходимости производится замена метки. Когда действие транквилизатора начинает подходить к концу, животное уносят в безопасное место и отпускают.

.2 Модификация методики отслеживания

Описанный выше метод может быть улучшен заменой радиометок на GPS - метки, которые упростят процесс мониторинга помеченных особей. Их преимущество заключается в том, что с переходом на мониторинг посредством выделенного спутникового канала устраняется ограничение на зону приема сигнала, и значительно сокращается ошибка идентификации местоположения особи. Второе особенно важно в случае, когда речь идёт о таком показателе, как труднопроходимость местности. Примером может послужить полуметровый покров снега. В такой ситуации зона поиска в один километр уже представляет собой существенную проблему. Также будет устранена надобность в использовании мобильной радиоаппаратуры, применяемой исследовательской группой непосредственно в зоне поиска для выявления точного местонахождения цели.

Говоря об устранении ограничений на прием сигнала, подразумевается возможное сокращение количества пунктов приёма сигнала. Другими словами, будет запущен процесс унификации: произойдёт объединение раздробленных информационных архивов, что, несомненно, является плюсом, поскольку доступ к хранящимся в них данным будет упрощён.

В общем, сравнение радиометок и GPS - меток приведено в таблице 3.1

Таблица 3.1

Характеристики радио - и GPS - меток (в идеальных условиях)

Тип меткиРадиометкаGPS - меткаИсточник питаниябатареябатарея или солненая энергияПродолжительность действиядни - месяцымесяцы - годыДиапазон0.1 до 100+ км.неограниченныйОтслеживаниеручноеспутниковоеТочность±5 м. до 1 км.±10 до 20 м.

Стоит отметить, что стоимость некоторых GPS устройств, технические характеристики которых делают их приемлемыми для эксплуатации, невысока. Так, модуль TranSystem EB-500, применимый в различных областях, в том числе и в личном позиционировании, отлично подходит для реализации мониторинга диких животных. Общая стоимость следящего устройства на основе такого модуля составит ~1500 р.

Описание TranSystem EB-500 приведено ниже.

Основные характеристики:

·Небольшой размер: 13 х 15 х 2.2 мм.

·Бессвинцовая версия - одобрены RoHS/WEEE

·Высокая чувствительность -165dBm

·66 канальный

·Поддержка A-GPS

·Быстрое определение местоположения

·Низкое энергопотребление

Область применения:

·Портативные (карманные) устройства

·Автомобильная и морская навигация

·Автомобильный навигационный трекинг(автомобильный навигатор отслеживания)

·Контроль безопасности (локатор ЧС)

·Географические наблюдение(съемка, геодезия)

·Личное позиционирование

·Спорт и развлечения

·Встраиваемые приложения PDA, DSC, Смартфоны , UMPC, PND, MP4

Таблица 3.2

Технические характеристики модуля TranSystem EB-500

КаналыL1 frequency, C/A code (SPS)66 независимых каналовЧувствительность-165dBm /Отслеживание; -148dBm /ЗапросЧастота обновленияДо 5ГцТочностьБез вспомогательных средств: 3м - 2D-RMS<3m CEP(50%) без SA(горизонт)DGPS (WAAS, EGNOS, MSAS, RTCM): 2.5mЗапрос (открытое небо)Холодный пуск: 35 секТёплая запуск: 34 секГорячий запуск: 1,5 секA-GPS > 15 секПовторный захват<1 секДинамикаВысота над уровнем моря: 18000m (max.)Скорость: 515m/sec (max.)Вибрация: 4G (max.)Напряжение питанияDC 3.0 ... 4.2 VПотребляемая мощность<28mA @ 4.0V (без акт. ант) <25,5mA @ 4.0V (w/o Active ANT) / TrackingАккумулятордля автономной работыDC 3.0 ... 4.2 V ( RTC Vcc )NMEA MessageNMEA0183 v3.1 скорость передчи 4800/9600/…/57600, default 9600Protocol: 3V CMOS/TTLВыбираемый выход: GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, and VTGБазовая точкаWGS-84 (всего 219)АнтеннаВнешняя активная антеннаВыходное напряжение : 2,8 VDCИнтерфейсUARTМонтажSMT Type, 22 PinРазмеры12 x 12 x 2.2 мм

Таким образом, нет никаких технико-экономических препятствий для реализации предлагаемой модификации методики мониторинга диких животных.

4. Безопасность, экологичность и экономическая эффективность

.1 Безопасность жизнедеятельности

Программное обеспечение, использованное в ходе данной квалификационной бакалаврской работы можно использовать на любых рабочих офисных или персональных компьютерах. Заранее неизвестно, в каких помещениях, и при каких условиях пользователи будут применять это программное обеспечение, поэтому все требования и рекомендации по безопасности жизнедеятельности следует рассмотреть в общем виде.

Организация рабочего места

Рабочее место - это оснащенное техническими средствами пространство, где осуществляется деятельность пользователя (пользователей).

Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и размещению их в определенном порядке. При создании рабочих мест с компьютером должно учитываться расстояние между рабочими столами с мониторами, которое должно быть не менее 2 м, а расстояние между боковыми поверхностями мониторов - не менее 1,2 м.

Помещение, где находятся компьютеры, должно быть достаточно просторным и хорошо проветриваемым. Минимальная площадь на один компьютер - 6 м2, минимальный объем - 20 м3. Кроме того, такие помещения оснащаются аптечкой первой помощи и порошковыми огнетушителями.

Рабочие места с ПК по отношению к световым проемам располагаются так (в соответствии с СНиП П-4-79), чтобы естественный свет падает слева. Экран монитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600-700 мм.

4.1.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе на персональном компьютере

Опасные и вредные производственные факторы, действующие на пользователя компьютера, устанавливаются согласно ГОСТ 12.0.003-74 Классификация опасных и вредных производственных факторов.

Выделяют физические и психофизиологические опасные и вредные производственные факторы.

Физические опасные и вредные производственные факторы:

1.пониженная температура воздуха рабочей зоны;

2.повышенный уровень шума;

.повышенный уровень статического электричества;

.недостаток искусственного освещения рабочей зоны;

.повышенный уровень естественного освещения;

.повышенный уровень электромагнитного излучения;

.повышенное напряжение электросети и другие.

Источники возникновения физически опасных и вредных производственных факторов:

1.низкая температура источника отопления;

2.использование шумящего оборудования (принтер, сканер);

.использование ламп накаливания, неисправные светильники;

.неправильная ориентация окон;

.работающий компьютер;

.экран монитора;

.короткие замыкания в электронных устройствах, перегрев аппаратуры, неисправная изоляция.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы:

.статические перегрузки;

2.эмоциональные перегрузки;

.умственное перенапряжение;

.перенапряжение зрительного анализатора;

.монотонность труда.

Источники возникновения психофизиологических опасных и вредных производственных факторов:

.рабочее место не соответствует требованиям эргономики;

2.повышенная ответственность, некачественное программное обеспечение, дефицит времени;

.наличие сложных задач, алгоритмов и т. п.;

.блики на экране, несоблюдение правил и режимов труда;

.большое число повторений одной операции.

Электробезопасность

Энергоснабжение компьютера должно осуществляться через сеть электропитания с номинальным напряжением 220В и частотой 50 Гц.

Для обеспечения электробезопасности персонала применяют защитное заземление, которое подключается к компьютеру и вспомогательным устройствам через вилку электропитания. Так как бытовая электрическая сеть является сетью с напряжением до 1000В, то защитное заземление применяется в трехфазных сетях переменного тока с изолированной нейтралью. Сопротивление заземляющего устройства электроустановки напряжением до 1000В с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом по ГОСТ 12.1.030-81. На одну розетку опасно подключать много устройств, поэтому необходимо использовать сетевые фильтры с предохранителем.

Необходимо принять меры к предотвращению доступа пользователей к частям компьютера, находящихся под опасным напряжением, защитным корпусом. Необходим контроль над состоянием изоляции. Работу по ремонту компьютеров следует производить только лицам, имеющим соответствующую подготовку и прошедшим инструктаж по технике безопасности. Кроме того, необходимо регулярно проводить инструктажи по технике безопасности и со всем остальным персоналом, чтобы они были технически грамотными и соблюдали правила безопасности в процессе работы.

Защита от электромагнитных полей

В настоящее время борьба за снижение уровня вредного воздействия мониторов ПК на человека ведется в нескольких направлениях. Первое - это проведение работ по созданию и внедрению стандартов, а также других регламентирующих документов, допускающих производство мониторов только с очень низкими уровнями электромагнитных излучений. Второе - усовершенствование старых и создание новых технологий, минимизирующих вредные воздействия монитора на человека.

В соответствие с ГОСТ 12.1.006-84 пользователи должны находиться не ближе чем на 1,2 метра от задних и боковых поверхностей мониторов, потому что источник высокого напряжения компьютера помещается в задней или боковой части монитора.

Защита от шума и вибрации

Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах для помещений с компьютерами прописаны в СанПиН 2.2.2.542-96. Например, уровень шума на рабочем месте программистов и операторов, работающих за компьютером, не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. Источниками шума в помещениях с компьютерами являются: процессоры, принтеры, сканеры, клавиатура, вентилятор и внешние шумы. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Также между рабочими местами можно использовать звукопоглощающие перегородки. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

Эргономика рабочего места

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет характер работы. В частности, при организации рабочего места с компьютером должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Таким образом, рабочее место должно отвечать требованиям:

оборудование рабочего места (стол, стул, подставка для ног) должны быть специальной конструкции, обеспечивающей возможность индивидуальной регулировки;

сиденье и спинка стула должны быть покрыты не электризующимися полумягкими материалами;

расположение рабочих поверхностей должно обеспечить согласованность компоновки рабочего места и маршрута движений, а также достаточную легкость для слежения за рабочими операциями;

освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк (при комбинированном освещении).

Для операторов на рабочем месте было выделено 21 пространственных параметров, которые представлены в таблице 4.1 и на рисунке 4.1.

Таблица 4.1

Параметры рабочего места

Пространственные параметрыL, мм1. Высота сидения400-5002. Высота клавиатуры от пола600-7503. Угол наклона клавиатура7-15°4. Ширина основной клавиатурыне > 4005. Глубина основной клавиатурыне > 2006. Удаление клавиатуры от края стола80-1007. Высота экрана от уровня пола950-10008. Угол наклона экрана и нормали0-30°9. Удаленность экрана от края стола500-70010. Высота поверхностей для записей670-85011. Площадь поверхности для записей600х40012. Угол наклона поверхности для записей0-10013. Глубина пространства для ног в коленях<40014. Глубина пространства на уровне ступней<60015. Высота пространства для ног в коленях<60016. Высота пространства на уровне ступней<10017. Ширина пространства для ног на уровне<50018. Высота подставки для ног50-13019. Угол подставки для ног0-2520. Ширина подставки для ног30021. Глубина подставки для ног400

Рисунок 4.1 Вид рабочего места

Освещение помещения

Самые общие правила организации освещения заключаются в следующем:

.Следует избегать большого контраста между яркостью экрана и окружающего пространства. Оптимальным считается их выравнивание.

2.Запрещается работа с компьютером в темном или полутемном помещении. Освещение в помещениях с ПК должно быть смешанным: естественным (за счет солнечного света) и искусственным.

.Необходимо поддерживать постоянную освещенность рабочих поверхностей.

.Следует добиться достаточной и равномерно распределенной яркости освещаемых рабочих поверхностей.

.Исключить из поля зрения светящиеся поверхности, обладающие большим блеском, что достигается применением светильников с рассеянным светом и увеличением высоты их подвеса.

Хорошо, если окна, обеспечивающие естественное освещение, имеют северную ориентацию. Если нет, необходимо принять меры, благодаря которым интенсивный солнечный свет из южных или западных окон не мешал бы работе. Так, например, оконные проемы можно оборудовать жалюзи, занавесями, внешними козырьками.

В качестве источников общего искусственного освещения лучше всего использовать осветительные приборы, которые создают равномерную освещенность путем рассеянного или отраженного светораспределения (свет от ламп падает непосредственно на потолок) и исключают блики на экране монитора и клавиатуре. В соответствии с санитарными нормами, это должны быть преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ с рассеивателями или экранирующими решетками. Следует использовать люминесцентные лампы с минимальным коэффициентом пульсации и по спектральному составу наиболее близкие к естественному свету, так как эти лампы меньше раздражают, чем любые другие лампы искусственного освещения.

Источники света необходимо равномерно распределять по комнате. Грамотная организация освещения способна повысить производительность труда при зрительной работе средней трудности - на 5-6%, при очень трудной - на 15%.

Если деятельность пользователя является комбинированной, то есть предполагает работу как с компьютером, так и с документами, на рабочие места необходимо устанавливать источники местного освещения - настольные лампы с регулируемым наклоном плафона и регулируемой яркостью. В этом случае надо следить, чтобы свет от лампы не действовал раздражающе и не создавал бликов на экране.

Правильный выбор и расчет освещенности рабочего места обеспечивает создание нормальных условий для зрения персонала, способствует повышению производительности труда. Освещение, соответствующее санитарным нормам, является главнейшим условием гигиены труда и культуры производства. Для рационального освещения производственных помещений и рабочих мест большое значение имеет выбор цвета для окраски потолка, стен и производственного оборудования.

Рассчитаем люминесцентное освещение кабинета, предназначенного для выполнения работ с размером объекта различения от 0,3 мин до 1 мин. Размеры помещений: , Площадь помещения определяем по формуле:

(4.1)

Подставив значения получим:

(4.2)

Освещение проектируется при помощи светильников ШОД минимальной освещенностью , средней удельной мощностью 17-23 Вт/м2. Высота подвеса над рабочей поверхностью . Освещение выполняется лампами ЛБ-2*40, световой поток ламп , длина 1.2 м, коэффициент запаса равен .

Определим показатель помещения по формуле:

(4.3)

Подставив значения получим:

(4.4)

Затем, для , коэффициентов отражения потолка , стен и расчетной плоскости находим коэффициент использования светового потока . Необходимое число светильников определяется по формуле:

(4.5)

где n=2 общее число ламп в светильнике.

Подставив значения получим:

(4.6)

Общее количество ламп равно

Таким образом, выполнение перечисленных выше требований к организации рабочего места обеспечит комфортные условия умственного труда.

Оздоровление воздушной среды - микроклимат

Под микроклиматом производственной среды, согласно ГОСТ 12.1.005 - 88, понимают сочетание температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и интенсивности теплового излучения.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 установлены нормы - оптимальные значения температуры, влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне с учётом периода года (см. таблицу 4.2).

Таблица 4.2

Нормы параметров микроклимата

Периоды годаТемпература, Относительная влажность, %Скорость воздуха, м/cХолодный22 - 2440 - 600,1Тёплый23 - 2540 - 600,1

При несоответствии параметров нормам необходимо использовать: кондиционеры и обогреватели; увлажнители воздуха; вентиляцию и проветривание.

Пожарная безопасность и взрывоопасность

Помещения с компьютерами относятся к помещениям с пожароопасностью категории В. Причинами возникновения пожара могут быть: токи коротких замыканий и значительные перегрузки проводов и обмоток электрических устройств, вызывающие их перегрев; плохие контакты в местах соединения проводов. В связи с высокой плотностью расположения элементов в компьютере, возможно, их самовозгорание вследствие термоперегрузки.

В качестве мероприятий по предотвращению пожаров можно назвать постоянный контроль состояния электрических средств, их своевременный ремонт, правильно организованная эксплуатация аппаратуры, то есть перед началом работы с компьютером пользователи должны быть ознакомлены с правилами по технике безопасности.

Мероприятия по пожарной защите включают применение огнестойких конструкций и материалов в отделке помещения, использование средств оповещения и пожаротушения. При этом планировка рабочих мест и помещения должна быть продумана таким образом, чтобы обеспечить персоналу беспрепятственную эвакуацию в случае пожара.

.2 Экономическое обоснование

Разработка описанной выше модификации не потребовала никаких экономических затрат. Её внедрение, как было сказано в пункте 3.2, не представляет собой существенных затрат, поскольку стоимость одной GPS - метки не превысит 1500 рублей. Количество задействованных в систему приборов может увеличиваться постепенно, то есть процесс подключения меток в сеть может быть распределён на некоторый период времени, так что затраты на их покупку окажутся малы. Реорганизация самой системы может быть проведена на основе уже имеющегося оборудования, так что никаких затрат на замену оборудования она не вызовет. Стоит учесть, что сокращение времени поиска помеченных особей при использовании транспортных средств перемещения скажется на уменьшении затрат на топливо.

.3 Экологическая часть

Загрязнение атмосферы

В процессе работы персонального компьютера не происходит никаких химических реакций с образованием газов и других вредных веществ, поэтому, нет выбросов в атмосферу и её загрязнения.

Загрязнение гидросферы

Поскольку работа с персональным компьютером не требует использования воды, то сбросов в бытовую и промышленную канализацию нет, следовательно, и загрязнение гидросферы не происходит.

Загрязнение излучением

К основным опасным экологическим факторам, оказывающим влияние на окружающую среду, для персональных компьютеров относятся излучения, связанные с функционированием аппаратных модулей, работающего компьютера. В основном это электромагнитное излучение и статическое электричество.

ЭЛТ мониторы являются источниками мягкого рентгеновского, видимого, инфракрасного, ультрафиолетового, низко- и сверхчастотного электромагнитного излучений. Однако на сегодняшний день практически повсеместно перешли на использование ЖК мониторов, излучение от которых минимальное.

Все источники излучения находятся в помещении, стены, потолок и пол которого значительно ослабляют электромагнитные поля, поэтому влияние этого фактора на окружающую среду незначительно.

Статическое электричество накапливается на корпусах системных блоков ПК и серверного оборудования. Для снятия статического электричества с электронных компонентов и их корпусов применяют заземление. Для автоматизированного рабочего места согласно требованиям и нормам СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 значения параметров электромагнитных излучений (ЭМИ) не должны превышать следующих показателей:

-мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0,05 м. от экрана и корпуса монитора не должна превышать 7,74*10-12 А/Кг, что соответствует эквивалентной дозе 0,1 мБэр/час;

-напряженность электрического поля электромагнитного излучения не должна быть больше 50 В/м;

-напряженность магнитного поля на должна превышать 5 А/м;

-напряженность электростатических полей на поверхности терминала характеризуется числом 20 кВ/м.

Для ультрафиолетового излучения (УФ) на рабочем месте оператора определены следующие параметры:

-в длинноволновой области (430-310 нм) УФ 10 Вт/м;

-в средневолновой области (310-275 нм) УФ 0,01 Вт/м;

-в коротковолновой области (275-200 нм) УФ должно отсутствовать.

Но поскольку дозы этих излучений не выходят за пределы допустимых границ, то вышеперечисленные экологические факторы не оказывают никакого вредного воздействия на окружающую среду.

Тепловое загрязнение

Любая работа, осуществляемая на персональных компьютерах, влечет за собой влияние такого фактора как выделение тепловой энергии, что связано с их структурой. Несмотря на то, что в компьютерах нового поколения существенно сократили выбросы тепловой энергии, но, тем не менее, они по-прежнему присутствуют.

Основными источниками теплового загрязнения при работе персональных компьютеров являются кристалл процессора и монитор. В связи с этим следует использовать жидкокристаллические мониторы, в которых выделение тепловой энергии крайне небольшое.

На сегодняшний день диапазон температур при работе монитора в установившемся режиме составляет 30°С. Температуру помещения примем равной 22°С.

Рассчитав выделение тепла от монитора по формуле

DТ = Тпр - То,

где DТ - диапазон температур, Тпр - температура прибора на корпусе или охлаждающей жидкости в установившемся режиме работы, То - температура помещения до начала работы. Получим величину

DТ монитора = 30°С - 22°С =8°С.

Диапазон температур при работе микропроцессора в установившемся режиме составляет 45°С. Температуру помещения, также как и для монитора, примем равной 22°С. Рассчитав выделение тепла по формуле

DТ = Тпр - То, получим величину

DТ процессора = 45°С - 22°С = 23°С.

Рабочее место с компьютером очень часто оборудовано принтером, который также выделяет тепло. Поэтому необходимо рассчитать выделение тепла от данного прибора. Диапазон температур при работе принтера в установившемся режиме составляет 30°С. Температура помещения - 22°С. Выделение тепла, рассчитанное по формуле

DТ = Тпр - То, составляет:

DТ принтера = 30°С - 22°С = 8°С.

Для сведения к минимуму теплового излучения используют системы вентиляции и кондиционирования.

Твердые отходы

При работе с компьютером происходит большое потребление бумаги, которая является утилизируемым (подлежащим вторичной переработки) материалом. Также утилизируемым материалом является металл, из которого изготавливаются некоторые устройства компьютера. Так как современную жизнь уже невозможно представить без использования сетевых технологий и протяженность сетей достаточно большая, то возникает потребность в утилизации сетевых кабелей после физического износа.

Производство является отходным за счет утилизации деталей. Это достигается за счет использования экологичных неутилизируемых элементов.

Из всего вышеперечисленного получается, что никакое загрязнение не оказывает существенного влияния на окружающую среду. А такие загрязнения, как загрязнение гидросферы и атмосферы вообще отсутствуют.

Заключение

Мониторинг животного мира является важным аспектом сохранения протекающих на планете биологических процессов и видового разнообразия. Множество видов требуют тщательнейшего и непрерывного наблюдения, поскольку они занесены в красную книгу, так что для их сохранения необходимо использование любых доступных ресурсов.

В ходе выполнения работы была предложена модификация действующего метода слежения за дикими животными, а также изучены методы управления спутниковыми аппаратами и предложена альтернатива для улучшения временных показателей работы.

Рассмотрены: безопасность, экологичность и экономическая эффективность данной работы. Выполнение данного исследования соответствует всем требованиям безопасности жизнедеятельности.

Экономическая эффективность работы заключается в уменьшении финансовых и временных затрат на получение необходимых данных для аналитических отделов экологических сообществ.

Использование сеансно-временного метода при обращении к спутнику в задаче мониторинга животных в заповедника

Больше работ по теме: