Оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Антоненков, Дмитрий Александрович

• Антоненков, Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Антоненков, Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ............................................................4

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗВЕШЕННОГО В

ВОДЕ ВЕЩЕСТВА......................................................14

1.1. Краткая характеристика объекта измерений - параметры взвешенного

вещества донных наносов..........................................14

1.2. Современное состояние проблемы определения концентрации и

размерного состава взвешенного в воде вещества...................19

1.3. Определение концентрации взвеси гравиметрическим (весовым) методом

и определение размерного состава частиц методом ситового анализа.21

1.4. Измерение параметров взвеси с помощью сборников (ловушек) взвеси... 23

1.5. Измерение объёмной концентрации взвеси по пульсациям

электропроводности морской воды..................................26

1.6. Измерение размеров частиц с помощью метода динамического рассеяния

света...........................................................27

1.7. Определение концентрации и среднего размера крупных частиц взвеси с использованием измерителя коэффициента ослабления направленного света .. 29

1.8. Нефелометрические методы определения размерного состава взвешенного

вещества .......................................................... 32

1.9. Цитометры для определения характеристик минеральной и органической

взвеси. Способы, основанные на обработке изображений...............40

1.10. Выводы по первому разделу.................................48

РАЗДЕЛ 2. РАЗРАБОТКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ ВЗВЕСИ......................49

2.1. Определение технических требований к разрабатываемому прибору.49

2.2. Техническая реализация метода получения изображения взвеси, с

использованием кратковременной засветки исследуемого объекта....53

2.3. Программная обработка полученных изображений. Построение алгоритма

определения размерного состава и концентрации частиц взвеси ... 67

3

2.4. Выводы по второму разделу..............................92

РАЗДЕЛ 3. ВЕРИФИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ СОЗДАННОГО ПРИБОРА-ФОТОРЕГИСТРАТОРА...........................93

3.1. Результаты программной обработки экспериментальных данных.93

3.2. Верификация полученных результатов с помощью стандартных методов . 96

3.3. Верификация работы созданного программного обеспечения в части

определения размеров частиц................................104

3.4. Выводы по третьему разделу............................111

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ИЗМЕРЕНИЙ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ................................113

4.1. Функциональная схема и конструкция прибора............114

4.2. Описание и технические характеристики основных элементов прибора... 118

4.3. Выводы по четвертому разделу..........................135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................137

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.....................140

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................141

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Принципиальная электрическая схема системы импульсной подсветки....................................................153

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.154

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Акт о внедрении результатов диссертационной работы в ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН».................155

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Акт об использовании результатов диссертационной работы в филиале ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Крым и городе федерального значения Севастополе» в г. Севастополе..........157

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки на прибрежные территории рациональное использование их ресурсов возможно только с учетом всех факторов и процессов, определяющих состояние берегов и берегового подводного склона, которое во многом зависит от перемещения влекомых и взвешенных наносов под воздействием волн и течений [1].

Систематический контроль параметров взвешенного в воде вещества донных наносов и связанного с ними изменениями береговой линии и рельефа дна необходим для выполнения работ по укреплению и сохранению берегов и пляжей в курортных зонах, обоснования основных проектных параметров установок для добычных работ (платформ различного типа и подводных трубопроводов). Также полученные данные могут применяться для обеспечения безопасности навигации в мелководных районах на общем фоне увеличения интенсивности морского транспорта и контроля динамики загрязнений водной среды в прибрежных районах.

В связи со сложностью проведения массовых натурных исследований, количественная оценка и контроль потоков взвешенных наносов в прибрежной зоне производится преимущественно путем математического моделирования. Однако для получения достоверных данных необходимо осуществлять проверку используемых и разрабатываемых моделей перемещения взвешенных наносов путём сравнения с результатами прямых инструментальных определений различных параметров морской среды, которые ответственны за процессы трансформации береговой линии и рельефа морского дна.

Наиболее важными из таких параметров, во многом определяющих потоки наносов, являются концентрация и размерный состав взвешенного в воде вещества и их вертикальные распределения (профили).

Получение осреднённого вертикального распределения концентрации взвеси и её размерного состава, необходимых для последующего расчета потоков

5

взвеси, в условиях чрезвычайно высокой изменчивости этих характеристик возможно только через определение их мгновенных значений и последующего осреднения за достаточно большой интервал времени. Контроль мгновенных значений концентрации и размерного состава взвешенных наносов, следовательно, является одной из основных задач, без решения которой невозможно получать достоверные оценки потоков минерального вещества донных наносов.

Большинство применяемых на сегодняшний день методов обеспечивают возможность проведения исследований преимущественно в лабораторных условиях, а те из них, которые реализованы в приборах для измерений in situ, технически сложно использовать в прибрежной зоне в области больших гидродинамических нагрузок и высоких концентраций взвеси с неоднородным размерным составом.

Таким образом, необходимость разработки новых приборов и методов контроля параметров взвеси, которые позволят получать вертикальные распределения концентрации взвешенного в воде вещества и его размерный состав, определяет актуальность исследований.

Степень разработанности темы исследования. Задачам определения концентрации и размерного состава взвешенного в воде вещества уделялось достаточно большое внимание как отечественных, так и иностранных ученых. В диссертационной работе выполнен анализ существующих методов и технических средств, направленных на реализацию данных задач. Вопросы применения традиционных методов измерения концентрации и размерного состава взвеси, методами ситового просеивания и взвешивания, описаны в государственных стандартах и руководящих документах, а также в работах Яковлева К.И., Алексеева Г.М., Дороховой Е.Н., Прохоровой Г.В., Золотова Ю.А., Петелина В.П. и др., вопросам определения концентрации и среднего размера крупных частиц взвеси турбидиметрическим методом посвящены работы Шифрина К.С., Иванова В.А., Косьяна Р.Д., Дыкмана В.З., Маньковского В.И. и др. Нефелометрические

6

методы определения концентрации и размерного состава взвешенного вещества, основанные на рассеянии света частицами подробно рассмотрены в работах Шифрина К.С., Bromberger H., Kullenberg G. ,Tyler J.E., Ли М.Е., Манъковский В.И., Haltrin V.I. Применение метода проточной цитометрии для определения характеристик минеральной и органической взвеси описаны в трудах зарубежных ученых Murphy R.F., Bronk B.V., Davey H.M., Chernyshev A.V., Kachel V., Benfield M.C., Davis C.S., Benfield M.C. Акустические методы определения вертикального профиля концентрации взвеси на основе обратного рассеянии звука рассмотрены в работах Сухинова А.И., Акуличева В.А. и др. Как показал проведенный анализ, многие из применяемых на сегодняшний день методов и технических средств, предназначены для исследований преимущественно в лабораторных условиях. Те из них, которые используются для измерений in situ, не обеспечивают необходимую работоспособность в прибрежной зоне, в области значительной динамической активности водных масс с высокими значениями концентрации взвеси, её сложным размерным составом и большой временной изменчивостью этих параметров (нефелометры, цитометры, акустические приборы), а турбидиметры позволяют определить кроме концентрации лишь средний размер взвешенных частиц.

Цели и задачи. Цель диссертационной работы заключается в повышении оперативности контроля основных параметров взвешенного в воде вещества донных наносов путем разработки метода, который позволит одновременно получать экспресс данные о концентрации и размерном составе взвешенных в воде частиц при больших скоростях их перемещения и высокой концентрации.

Поставленная цель реализуется путем решения следующих задач:

1. Анализ современных методов и средств контроля концентрации и размерного состава взвешенного в воде вещества.

2. Разработка и реализация оптического метода получения данных о концентрации и размерном составе частиц взвеси, основанного на высокоскоростной фоторегистрации объектов в водной среде и программной обработке полученных фотоизображений.

7

3. Разработка и создание специализированного стенда для апробации метода в условиях, приближённых к естественным. Проведение экспериментальной отработки созданных технических и программных средств в лабораторных условиях с последующей верификацией результатов, путем сопоставления с данными, полученными стандартными, аттестованными методами ситового просеивания и взвешивания.

4. Оценка применимости разработанного метода для проведения измерений в натурных условиях. Разработка концепции прибора для работы «in situ».

Объектом исследований являются параметры водной среды прибрежной зоны, влияющие на процессы трансформации береговой линии и рельефа морского дна при воздействии волн различного типа и течений, в частности концентрация и размерный состав взвешенного в воде вещества.

Предметом исследований являются приборы и методы контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов - его концентрации и размерного состава.

Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы статистической обработки данных, теория электрических цепей и сигналов, методы программирования и моделирования в среде Matlab, оптические методы измерений, лабораторный эксперимент.

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработан оптический метод определения концентрации и размерного состава взвешенного в воде вещества, отличающийся от существующих применением высокоскоростной фотосъемки тонкого слоя воды с частицами взвеси, непосредственно примыкающего к иллюминатору, и позволяющий одновременно получать экспресс данные о концентрации и размерном составе взвешенных в воде частиц при больших скоростях их перемещения и высокой концентрации.

2. Разработан метод фоторегистрации быстропротекающих процессов, отличающийся применением специально созданной системы импульсной подсветки с использованием схемы принудительного гашения газоразрядной

8

лампы, позволяющий обеспечить время регистрации порядка 4 мкс без использования специализированной высокоскоростной фототехники.

3. Предложен метод обработки фотоизображений водной среды, реализованный в алгоритмах и программных средствах, особенность которых заключается в специальной методике калибровки фоторегистратора, использовании адаптированных морфологических фильтров для обработки снимков, в создании специального вычислительного блока, что позволяет рассчитывать размерный состав частиц на изображениях и при заданном исследуемом объеме определять концентрацию взвеси.

4. Концептуально обоснованы конструктивные особенности прибора для измерения параметров взвеси in situ, заключающиеся в использовании электронно-оптического преобразователя в качестве управляемого электронного затвора и усилителя яркости, что позволяет прибору работать со сверхкороткой выдержкой, уменьшающей эффект «смазывания», при этом получая контрастные изображения; в специальной оптической схеме объектива, обеспечивающего малую толщину анализируемого слоя при короткой базе и масштабе изображения 1:1, что в целом дает возможность получать «мгновенные» изображения водной среды и использовать данный прибор в прибойной зоне - в области больших скоростей движения водных масс и высоких концентраций взвеси.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что разработанный метод контроля параметров взвеси, реализованный в технических и программных средствах, позволяет оперативно получать данные о характеристиках взвешенного в воде вещества донных наносов, и сохраняет свою работоспособность при работе в прибойной зоне - в области высоких концентраций взвеси с неоднородным размерным составом.

Разработанный и опробованный в составе стенда фоторегистратор, дает возможность сконструировать на его основе прибор для проведения измерений in situ.

9

Созданный специализированный стенд позволяет проводить лабораторные измерения параметров взвешенного в воде вещества различными техническими средствами в условиях максимально приближенных, с точки зрения динамики процесса, к реальным. Данный стенд может использоваться для градуировки и отработки различных приборов, используемых для определения параметров взвеси, в частности ловушек взвеси, измерителей коэффициента ослабления направленного света (турбидиметров) и др.

Полученные в диссертации результаты могут найти применение в организациях, занимающихся исследованиями транспорта взвешенного вещества донных наносов в шельфовых зонах, разработкой и созданием приборов для исследования таких характеристик морской среды, как концентрация и размерный состав взвеси.

Результаты практического внедрения положений диссертации используются в отделе гидрофизики шельфа ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН». В частности, сконструированный в ходе выполнения работы специализированный испытательный стенд был использован, сотрудниками Института радиоэлектроники НАН Украины, при испытаниях гидроакустического измерителя вертикального распределения концентрации взвеси.

Личный вклад соискателя заключается в следующем:

Разработан метод получения данных о концентрации и размерном составе взвешенного в морской воде вещества, основанный на обработке фотоизображений среды.

Разработан и отлажен специализированный стенд для апробации метода получения мгновенных фотоизображений взвеси в условиях, приближённых к естественным.

Выполнена разработка, отладка и испытания прибора-фоторегистратора для получения фотоизображений среды, входящего в состав специализированного стенда.

10

Разработано программное обеспечение, позволяющее получать данные о концентрации и размерном составе взвешенного в воде вещества путем обработки фотоизображений среды.

Проведены лабораторные эксперименты с использованием специализированного стенда и прибора-фоторегистратора, выполнена апробация разработанного метода определения параметров взвеси.

В рамках развития темы выполнена разработка функциональной схемы и конструкции прибора, предназначенного для определения параметров взвеси in situ, основанного на применении специализированного объектива и электроннооптического преобразователя, работающего в качестве электронного затвора и усилителя яркости.

Основные результаты, представленные в диссертации, использованы в процессе выполнения научно-исследовательских работ в Морском гидрофизическом институте РАН в рамках государственного задания по следующим темам:

1. Тема № 0827-2014-0010 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем Черного и Азовского морей на основе современных методов контроля состояния морской среды и грид-технологий».

2. Тема № 0827-2018-0004 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей».

Научные результаты диссертации отражены в 16 работах.

Положения, выносимые на защиту.

1. Оптический метод, позволяющий одновременно получать данные о концентрации и размерном составе взвешенного в морской воде вещества, способный сохранять свою работоспособность при работе в зоне динамической активности водных масс при высоких концентрациях взвеси с неоднородным размерным составом.

11

2. Конструкция прибора-фоторегистратора, предназначенного для определения параметров взвеси, основанного на высокоскоростной регистрации фотоизображений тонкого слоя воды с частицами взвеси, непосредственно примыкающего к иллюминатору («переднего плана»).

3. Конструкция стенда, способного создавать поле взвеси с неким вертикальным распределением её концентрации, предназначенный как для получения серии фотоизображений водной среды, так и для испытаний, градуировки различных технических средств, используемых для определения характеристик взвеси.

4. Алгоритм и программные средства обработки фотоизображений водной среды, позволяющие получать экспресс-данные о концентрации и размерном составе взвешенного в воде вещества.

5. Концепция прибора для измерения параметров взвеси in situ, основанного на использовании электронно-оптического преобразователя в качестве электронного затвора, ориентированного на применение разработанного метода определения концентрации и размерного состава взвеси по фотоизображениям водной среды.

Степень достоверности результатов. Достоверность результатов работы подтверждается корректностью поставленных задач, обоснованностью применения теоретических зависимостей и использованных допущений, проведенными лабораторными экспериментами, выполненным сравнительным анализом результатов, полученных разработанным и стандартными, аттестованными методами, полученными графиками распределений.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: международная научно-техническая конференция «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций» (Севастополь, 2007г.), научнотехническая конференция «Системы контроля окружающей среды» (Севастополь, 2008-2011 гг.), международная научная конференция «Морскому гидрофизическому институту НАН Украины - 80 лет» (Севастополь, 2009 г.),

12

международная научная конференция «Функционирование и эволюция экосистем Азово-Черноморского бассейна в условиях глобального изменения климата» (п. Кацивели, 2010г.), международная научная школа-конференция «Euro-Argo-Black Sea: the use of Argo data in the Black sea» (София, Болгария, 2010 г.), международная конференция «Риски природных катастроф и методы минимизации их негативных последствий» (Севастополь, 2012г.), Всероссийская научно-практическая молодежная конференция «Экологические проблемы АзовоЧерноморского региона и комплексное управление прибрежной зоной» (Севастополь, 2014г.), практическая конференция с международным участием «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017»

(Севастополь, 2017г.), молодежная научная конференция «Моря России: наука, безопасность, ресурсы» (Севастополь, 2017г.), международная научно-

техническая конференция «Системы контроля окружающей среды - 2017» (Севастополь, 2017г.), пятая Всероссийская конференция по прикладной

океанографии (Москва, 2017г.).

Кроме того, основные положения и результаты диссертационной работы также освещались на научно-технических семинарах отдела гидрофизики шельфа Морского гидрофизического института РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ и получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Требованиям ВАК при Минобрнауки России удовлетворяют 10 работ в рецензируемых российских и украинских научных изданиях. В их числе 3 работы в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень изданий ВАК при Минобрнауки России, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, 6 работ в изданиях, соответствующих п. 10 Постановления Правительства Российской Федерации от 30 июля 2014 г. № 723 «Об особенностях присуждения ученых степеней и присвоения ученых званий лицам, признанным гражданами Российской Федерации в связи с принятием в Российскую Федерацию Республики Крым и образованием в составе Российской Федерации новых

13

субъектов - Республики Крым и города федерального значения Севастополя» и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы из 134 наименований. Общий объем диссертации составляет 158 страниц, включая 88 рисунков и 10 таблиц.

14

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗВЕШЕННОГО В ВОДЕ ВЕЩЕСТВА

1.1. Краткая характеристика объекта измерений - параметры взвешенного вещества донных наносов

Объектами измерений могут быть любые параметры физических объектов и процессов, описывающие их свойства. В диссертационной работе рассматриваются приборы и методы для определения параметров взвешенного вещества донных наносов - взвеси.

Морская взвесь представляет собой минеральные и органические частицы, взвешенные в морской воде. В зависимости от природы данных частиц различают: взвесь терригенного происхождения (продукты размыва горных пород суши), биогенного происхождения (фрагменты тел и экскременты морских организмов), вулканогенного происхождения (обломочный материал вулканических извержений), хемогенного происхождения (продукты химических реакций), космогенного происхождения (космическая пыль). Преобладающее значение имеют терригенная и биогенная взвесь. Концентрация взвешенного в воде вещества колеблется в широких пределах. Так концентрация взвеси в среднем по всему океану составляет 1- 2 мг/л, в поверхностных водах открытого океана она изменяется в пределах 0,05 - 0,5 мг/л, в глубинных 0,001-0,25 мг/л. В прибрежных водах концентрация взвеси может достигать как несколько миллиграммов, так и сотен граммов в литре воды в приустьевых районах рек и в зоне обрушения волн на участках с песчаным дном [2].

От состава, размера и природы происхождения взвеси зависят многие характеристики морской среды: физико-механические свойства донного грунта, важные при проектировании гидротехнических сооружений, оптические свойства морской воды (прозрачность, цвет, поглощение и рассеяние света), которые

15

важны для различных применений (военных, научных и экологических), способность адсорбировать различные виды загрязнений и.т.д.

Концентрация и размерный состав донных наносов, являются предметом различного вида инженерных гидрогеологических изысканий.

В МГИ в течение ряда лет выполняются работы по исследованию транспорта донных наносов в прибрежных районах Крыма, имеющих важное рекреационное значение. Исследования потоков взвеси терригенного происхождения предполагает определение таких её характеристик как, вертикальное распределение концентрации взвешенного вещества и гранулометрический состав.

В качестве примера можно привести работу О.С. Романюк [3], в которой представлена информация о результатах исследований пляжей на берегах Крыма.

Границы песка для южных морей в связи с обилием раковинного детрита принимаются от 2,0 мм до 0,1 мм, а подразделение на фракции по крупности производится следующим образом:

- песок грубозернистый: от 2,0 до 1,0 мм;

- крупнозернистый: от 1,0 до 0,5 мм;

- среднезернистый: от 0,5 до 0,25 мм;

- мелкозернистый: от 0,25 до 0,1 мм.

Для глинистой составляющей (ил) принята фракция менее 0,1 мм.

В результате статистического анализа гранулометрической обработки пляжного материала нескольких сотен проб, охвативших все побережье Крыма, автором в работе [3] делаются выводы, что основная часть Крымских пляжей представляет собой хорошо отсортированный материал со средним медианным диаметром около 0,5 мм, образовавшийся в зоне действия волнового поля.

Учитывая, что данная диссертационная работа выполнялась в обеспечение проектов, связанных с исследованиями, проводимыми на нескольких полигонах, таких как: пляжи Бакальской косы, пляж комплекса «Украина» (п.г.т. Заозёрное), северо-западная и юго-восточная оконечности о. Коса Тузла (Керченский

16

пролив), можно для примера дать краткую характеристику гранулометрического состава пляжного материала Бакальской косы.

Для исследования состава наносов и закономерностей его распределения на пляже вдоль восточной и западной части Бакальской косы у уреза воды были отобраны пробы пляжного материала на гранулометрический анализ. Всего было отобрано 22 пробы в местах, положение которых показано на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Гистограммы распределения среднего процентного содержания различных

размерных фракций для групп проб [Горячкин Ю.Н., МТИ]

17

На данном рисунке цифры по оси абсцисс - номера фракций от самой крупной до самой малой. Цифры по оси ординат - среднее процентное содержание ддя группы станций. Цифры внутри гистограмм - номера проб.

Анализ механического состава проб пляжного материала, как свидетельствуют данные Рисунка 1.1, показал их существенное различие в зависимости от географического положения, даже на таком сравнительно небольшом объекте (L - 6.5км). Однако в целом по всей Бакальской косе максимум распределения приходится, как и в работе [3], на взвесь со средним медианным диаметром 0,5 мм (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2- Гистограмма процентного содержания частиц [47]

Выше речь шла о гранулометрическом составе песчаного материала, находящегося в пределах берега и на дне. Когда речь идёт о взвешенном веществе, то его гранулометрический состав на каком-то определённом

18

расстоянии от дна зависит, в первую очередь, от состава донных осадков. Взвесь, по своему определению, является продуктом процесса взвешивания (взмучивания) вещества донных осадков вследствие воздействия окружающей динамически активной среды - воды, охваченной движениями различной природы: турбулентными, волновыми и течениями. Поэтому гранулометрический состав взвеси также зависит от динамики придонного слоя, от интенсивности волновых и турбулентных движений водных масс, взмучивающих частицы донного материала. Чем больше интенсивность пульсаций скорости потока, тем больше количество взвешенных минеральных частиц, и их размер, и поднимаются они на большее расстояние от дна. На Рисунке 1.3. приведены данные из работы [4], характеризующие размерный состав взвеси при шторме на разных расстояниях H от дна. На Рисунке 1.4. те же данные представлены в виде гистограммы для лучшего восприятия особенностей распределения по размерам.

Рисунок 1.3 - Размерный состав взвеси при шторме на разных расстояниях от дна

[4]

Можно отметить смещение центра распределения в сторону меньших размеров с увеличением расстояния от дна, что является характерным для осреднённых данных.

19

Рисунок 1.4 - Гистограмма размерного состав взвеси при шторме на разных расстояниях от дна [4]

Мгновенные распределения, следуя мгновенным пространственным распределениям поля скорости течения, могут быть самыми разными и даже противоположными, что требует определённого подхода к способу нахождения вертикальных распределений концентрации и размерного состава взвешенного вещества для определения его потоков в придонной области моря.

1.2. Современное состояние проблемы определения концентрации и размерного состава взвешенного в воде вещества

В настоящее время, особое внимание уделяется созданию новых технических средств и технологий для контроля состояния водной среды. Решение прикладных задач, таких как строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений, создание проектов защиты берегов, обеспечение экологической безопасности и рекреационного режима пляжей, невозможно без изучения процессов перемещения наносов в береговой зоне [1].

20

Одними из наиболее важных параметров, определяющих движение наносов, являются концентрация и размерный состав взвешенного в воде вещества.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Антоненков, Дмитрий Александрович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крыленко, М.В. Исследование механизмов формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне: автореф. дис. ... канд. геогр. наук: 25.00.28 / Крыленко Марина Владимировна. - Геленджик, 2007. - 22 с.

2. Маньковский, В.И. Основы оптики океана. / В.И. Маньковский. - Севастополь: МГИ НАНУ, 1996. - 119 с.

3. Романюк, О.С. Общие методические рекомендации по изучению экзогенных береговых процессов с целью прогноза развития побережий Черного и Азовского морей в пределах УССР / О.С. Романюк. - Симферополь: Министерство геологии УССР, Институт минеральных ресурсов. - 1980. - 122 с.

4. Antsyferov, S.M. Dynamics of suspended sediments / S.M. Antsyferov, N.V. Pykhov, V.Z. Dachev // Dynamical Processes in Coastal Regions. Results of the Kamchiya Intern. project. - Sofia.: Publishing house of the Bulgarian Academy, of science. - 1990. - P.127-180.

5. Косьян, Р.Д. Динамические процессы береговой зоны моря / Р.Д. Косьян, И.С. Подымов, Н.В. Пыхов. - М.:Научный мир, 2003. - 320 с.

6. Гравиметрический (весовой) анализ: методические указания к изучению курса количественного химического анализа / Яковлев К.И., Алексеева Г.М. - СПб.: Изд-во СПХФА, 2005. - 27 с.

7. РД 52.24.468-2005. Взвешенные вещества и общее содержание примесей в водах. Методика выполнения измерений массовой концентрации гравиметрическим методом. - М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 2005. - 17 с.

8. Дорохова, Е.Н. Аналитическая химия: физико-химические методы анализа / Е.Н. Дорохова, Г.В. Прохорова. - М.: Высшая школа, 1991. - 255 с.

9. Золотов, Ю.А. Основы аналитической химии. Кинга 2: Методы химического анализа / Ю.А. Золотов. - М.: Высшая школа, 2004. - 503 с.

10. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1989. - 448 с.

11. ГОСТ 27562-1987. Руды железные, концентраты, агломераты и окатыши. Определение гранулометрического состава методом ситового анализа. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1987. - 11 с.

142

12. ГОСТ 18318-1994. Порошки металлические. Определение размера частиц сухим просеиванием. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1994. - 11 с.

13. ГОСТ 12536-1979. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. - М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1979. - 18 с.

14. IDT ISO 8130-1:1992. Coating powders-Part1: Determination of particle size distribution by sieving. - UK, 2008. - 4 p.

15. ДСТУ ISO 11277:2005. Яюсть грунту. Визначення гранулометричного складу мшерального матерiалу грунту. Метод прощювання седиментацп. - Ки!'в: Держспоживстандарт Укра'1'ни, 2006. - 59 с.

16. Петелин, В.П. Гранулометрический анализ морских донных осадков / В.П. Петелин. - М.: Наука, 1967. - 128 с.

17. Дыкман, В.З. Измерительный комплекс для исследования процессов обмена в придонной области моря / В.З. Дыкман, О.И. Ефремов, В.Т. Пака, С.А. Ханаев // Системы контроля окружающей среды. - 2001. - С.31-40.

18. Дыкман, В.З. Измерительный комплекс для исследования транспорта донных наносов / В.З. Дыкман, О.И. Ефремов // Литодинамика донной контактной зоны океана: тезисы докл. межд. конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Лонгинова (Москва, 14 - 17 сентября 2009 г.).- М.: ГЕОС, 2009. - С.146-149.

19. Kachel, V. Electrical resistance pulse sizing: Coulter sizing / V. Kachel, M.R. Melamed, T. Lindmo, M.L. Mendelsohn // In: Flow Cytometry and Sorting, 2nd ed. - 1990. - P. 45-81.

20. Рабинович, Ф.М. Кондуктометрический метод дисперсионного анализа / Ф.М. Рабинович Ф.М. Ф.М. - Л., 1970. - 176с.

21. Palmer, A.T. Comparison of sizing results obtained with electrolyte volume displacement laser light scattering instrumentation / A.T. Palmer, P.J. Logiudice, ЕР. Cowley // American Laboratory. - 1994. - №26. - P.17.

22. Дыкман, В.З. Измерение объемной концентрации взвесей по пульсациям электропроводности морской воды / В.З. Дыкман, О.И. Ефремов // Системы контроля окружающей среды. Методические, технические и программные средства. - Севастополь: МГИ НАНУ, 2003. - С.48-54.

23. Pecora, R. Dynamic Light Scattering - Applications of Photon Correlation Spectroscopy / R. Pecora. - New York: Springer, 1985. - 434 p.

24. Brown, W. Dynamic Light Scattering: the Method and Some Applications / W. Brown. -

143

Oxford: Clarendon Press, 1993. - 752p.

25. Схема спектрометра Photocor Complex [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: https://www.photocor.ru/optical-unit-scheme.

26. Шифрин, К.С. Введение в оптику океана / К.С. Шифрин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 280 с.

27. Антоненков, Д.А. Прибор для измерения концентрации взвеси в морской воде / Д.А. Антоненков // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций (Севастополь, 2007г.) : тез. докл. - С.: СевНТУ, 2007. - С. 213.

28. Маньковский, В.И. Связь показателя ослабления излучения с концентрацией взвеси в водах Черного моря / В.И. Маньковский, М.В. Соловьев // Морской гидрофизический журнал. - 2003. - №2. - С. 60.

29. Маньковская, Е.В. Информационная технология обработки измерений флуктуаций прозрачности морской среды для определения параметров крупной взвеси / Е.В. Маньковская, В.И. Маньковский // Системы контроля окружающей среды. - 2008. - С. 137-139.

30. Дыкман, В.З. Прозрачномер для определения параметров крупной взвеси в море методом измерения флуктуаций показателя ослабления направленного света / В.З. Дыкман, В.И. Маньковский, Е.В. Маньковская // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2008. - № 16. - С. 236-242.

31. Теория и практика измерения мутности. Турбидиметрия и нефелометрия

[Электронный ресурс]. - 2018. - Режим доступа:

http://www.ecoinstrument.ru/service/public/teoriya_i_praktika_izmereniya_mutnosti_turbidimetriya_i _nefelometriya2/.

32. Иванов, В.А. Современные методы и средства контроля морской среды / В.А. Иванова, В.З. Дыкман, О.И. Ефремов, В.В. Зима, А.Н. Большаков, В.В. Малиновский. -Севастополь: Морской гидрофизический институт, 2006. - 113 с.

33. Чижов, А.А. Лазерный цитомонитор, определение функции распределения размерного состава взвесей методом малоуглового рассеяния: дис. ... канд. физ. мат. наук: 01.04.01 / Чижов Александр Александрович. - М., 2004. - 121 с.

34. Маньковский В.И. Морской погружаемый нефелометр / В.И. Маньковский, В.М. Семенихин // Морские гидрофизические исследования. - 1970. - №2(48). - С. 171-181.

35. Haltrin, V.I. Polar nephelometer for sea truth measurements / V.I. Haltrin, M.E. Lee, O.V. Martynov // Proc. of 2nd Intern. airborne remote sensing Conf. - 1996. - №2. - P. 444-450.

36. Наац, И.Э. Метод обратной задачи в атмосферной оптике / И.Э. Наац, В.Е. Зуев. -Новосибирск: Наука, 1986. - 200 с.

144

37. Тихонов, А.Н. Методы решения некорректных задач / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. -М.: Наука, 1979. - 285 с.

38. Гуляев, П.Ю. Ошибка восстановления функции распределения частиц по размерам в методе малых углов / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, И.Е. Карпов, А.В. Еськов // Вестник АлтГТУ.

- 1999. - № 2. - С. 55.

39. Ли, М.Е. Новые принципы измерения индикатрисы рассеяния в широком диапазоне углов / М.Е. Ли, О.В. Мартынов, Е.Б. Шибанов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: МГИ НАНУ, 2003. - №8. - С. 194-211.

40. Онищенко, Э.Л. О применении оптического метода определения концентрации взвешенных наносов в природных водоемах / Э.Л. Онищенко, Р.Д. Косьян // Водные ресурсы. -

1989. - №3. - С. 94-101.

41. Маньковский В.И. Индикатрисы рассеяния света и рассчитанный по ним состав взвеси в Черном море / В.И. Маньковский, М.В. Соловьев // Морской гидрофизический журнал.

- 2005. - №1. - С. 63-76.

42. The LISST-100X instrument is a multi-parameter system for in-situ observations of particle size distribution and volume concentration [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://www.sequoiasci.com/wp-content/uploads/2013/07/brochure.pdf.

43. LISST-100X Particle Size Analyzer [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://serf.clarkson.edu/Support/InstrumentSupport/ManualLISST4.60%20-%20jun2004.pdf.

44. Гранулометрический анализ, лазерная дифракция для лабораторных и производственных целей, Анализетте22 [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http://www.fritsch-sizing.ru/? id=414.

45. Semoanov, K.A. Single-particle sizing from light scattering by spectral decomposition / K.A. Semoanov, P.A. Tarasov, A.E. Zharinov, A.V. Chernyshev, A.G. Hoekstra, V.P. Maltsev // Appl. Opt. - 2004. - №43(26). - P. 5110-5115.

46. Hirleman, E.D. Response characteristics of laser diffraction particle size analyzers: optical sample volume extent and lens effects / E.D. Hirleman, V.P. Oechsle, N.A. Chigier // Optical Engineering. - 1984. - P. 610-619.

47. A guidebook to particle size analysis [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://www.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/eMag/PSA/Guidebook/pdf/PSA_Guidebook.pdf.

48. Murphy, R.F. Ligand binding, endocytosis and processing / R.F. Murphy, M.R. Melamed, M.L. Mendelsohn // In: Flow Cytometry and Sorting, 2nd ed. - 1990. - P. 355 - 366.

145

49. Bronk, B.V. Measuring diameters of rod-shaped bacteria in vivo with polarized light scattering / B.V. Bronk, S.D. Druger, J.D. Czege, W.P. Van De Merwe // Biophysical Journal. - 1995.

- № 69. - P. 1170-1177.

50. Davey, H.M. Variable selection and multivariate methods for the identification of microorganisms by flow cytometry / H.M. Davey, A.M. Jones, A.D. Shaw, D.B. Kell // Cytometry. -1999. - №35. - P. 162-168.

51. Мальцев, В.П. Оценка морфологических характеристик одиночных частиц по данным светорассеяния в проточной цитометрии / В.П. Мальцев // Известия Академии наук. Серия химическая. - 1994. - №7. - C. 1182-1190.

52. Chernyshev, A.V. Measurement of scattering properties of individual particles with a scanning flow cytometer / A.V. Chernyshev, V.I. Prots, A.A. Doroshkin, V.P. Maltsev // Applied Optics. - 1995. - №34. - P. 6301-6305.

53. Ackleson, S.G. Size and refractive index of individual marine particulates: a flow cytometric approach / S.G. Ackleson, R.W. Spinard // Applied Optics. - 1988. - № 27. - P. 12701277.

54. Kachel, V. Hydrodynamic properties of flow cytometry instruments / V. Kachel, H. Fellner-Feldegg, E. Menke // In: Flow Cytometry and Sorting, 2nd ed. - 1990. - P. 27-45.

55. Olson, R.J. An automated submersible flow cytometer for analyzing pico- and nanophytoplankton: FlowCytobot / R.J. Olson, A.A. Shalapyonok, H.M. Sosik // Deep-Sea Research.

- 2003. - №50. - P. 301-315.

56. Sieracki, C.K. An imaging-in-flow system for automated analysis of marine microplankton / C.K. Sieracki, M.E. Sieracki, C.S. Yentsch // Mar. Ecol. Prog. Ser. - 1998. - №168. - Р. 285-296.

57. Sosik, H.M. Growth rates of coastal phytoplankton from time-series measurements with a submersible flow cytometer / H.M. Sosik, R.J. Olson, M.G. Neubert, A.A. Shalapyonok // Oceanogr. -2003. - №48(5). - Р. 1756-1765.

58. Benfield, M.C. Video plankton recorder estimates of copepod, pteropod and larvacean distributions from a stratified region of Georges Bank with comparative measurements from a MOCNESS sampler / M.C. Benfield // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. -1996. - №43. - Р. 1925-1945.

59. Video plankton recorder (VPR) [Электронный ресурс]. - 2010. - Режим доступа: http://www.whoi.edu/instruments/viewInstrument.do?id=1007#1034.

60. Cabell, D. The video plankton recorder [Электронный ресурс] / D. Cabell, G. Scott. -1993. - Режим доступа:

http://www.usglobec.org/newsletter/news3/news3.contents.html.

146

61. Davis, C.S. A three-axis fast-tow digital video plankton recorder for rapid surveys of plankton taxa and hydrography / C.S. Davis // Limnology and Oceanography: Methods. - 2005. - №3. - P. 59-74.

62. Пат. 2282176 Российская Федерация, МПК G 01 N 15/02. Способ определения гранулометрического состава смеси частиц произвольной формы / Корзунин Л.Г., Скворцов Е.С., Збрицкий В.Л., Груздев А.В., Осадчий А.М., Девяткин Ю.А., Кирин Д.Ю. ; заявитель и патентообладатель ООО Фирма «ДАТА-ЦЕНТР». - № 2005107114/28 ; заявл. 14.03.2005 ; опубл. 20.08.2006, Бюл. № 23. - 9 с. : ил.

63. Пат. 2154814 Российская Федерация, МПК G 01 N 15/02. Способ и система для определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала / Лисиенко В.Г., Круглов В.Н., Кирин Д.Ю. ; заявитель и патентообладатель Сименс Акциенгезелльшафт, НПВП Торекс. - № 98107848/28 ; заявл. 24.09.1996 ; опубл. 10.02.2000, Бюл. № 23. - 2 с. : ил.

64. Пат. 2554310 Российская Федерация, МПК G 01 N 15/14. Способ и устройство для анализа частиц в жидком образце / Хайне Мартин, Манц Стефан ; заявитель и патентообладатель БЮЛЕР АГ. - № 2012123993/28 ; заявл. 11.11.2010 ; опубл. 27.06.2015, Бюл. № 18. - 19 с. : ил.

65. Пат. 2650753 Российская Федерация, МПК G 01 N 15/02. Способ определения параметров взвешенных частиц / Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г., Даниленко И.Н. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет». - № 2017107631 ; заявл 07.03.2017 ; опубл. 17.04.2018, Бюл. № 11. - 10 с. : ил.

66. Raffel, M. Particle image velocimetry: a practical guide / М. Raffel, С. Willert, J. Kompenhans. - Berlin: Springer, 2007. - 468 p.

67. Particle Image Velocimetry: Fundamentals and Its Applications [Электронный ресурс]. -

2016. - Режим доступа: http://publications.lib.chalmers.se/publication/138219-particle-image-

velocimetry-fundamentals-and-its-applications.

68. Токарев, М.П. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скоростей / М.П. Токарев, Д.М. Маркович, А.В. Бильский // Вычислительные технологии. - 2007. - Том 12. - №3. - С. 109-131.

69. Ахметбеков, Е.К. Система управления экспериментом и обработки данных, полученных методами цифровой трассерной визуализации (ActualFlow) / Е.К. Ахметбеков, А.В. Бильский, Ю.А. Ложкин, Д.М. Маркович, М.П. Токарев, А.Н. Тюрюшкин // Вычислительные методы и программирование. - 2006. - №7. - С. 79-85.

147

70. Антоненков, Д.А. Определение скорости движения донных наносов с помощью видеорегистрации / Д.А. Антоненков // Датчики и Системы. - 2017. - №4. - С. 41-46.

71. Laurentini, A.D. The Visual Hull Concept for Silhouette-Based Image Understanding / A.D. Laurentini // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 1994. - №16(2). - P. 150-162.

72. Гаганов, В.А. Локализация точечных включений внутри прозрачных минералов по набору изображений с микроскопа / В.А. Гаганов, В.П. Вежневец // Новые информационные технологии в автоматизированных системах (Москва, 2007г.) : тез. докл. - М: Московский государственный университет им. Ломоносова. - 2007. - C. 23-30.

73. Shen, L^. Application of Shape Snalysis to Mammographic Calcifications / L^. Shen, R.M. Rangayyan, J.E. Desautels // IEEE Trans. Med. Imag. - 1994. - №13(2). - P. 263-274.

74. Беляев, И.А. Многомеpный анализ изобpажений в медицине и биологии / И.А. Беляев, С.В. Кучеpявский, О.Е. Pодионова, А.Л. Помеpанцев // Энциклопедия инженера-химика. - 2008. - №10. - С.27.

75. Прэтт, У.К. Цифровая обработка изображений / У.К. Прэтт. - М.: Мир, 1982. - 792 с.

76. Грузман, И.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах / И.С. Грузман, В.С. Киричук. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 352с.

77. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений в среде Matlab / Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддинс. - М.: Техносфера, 2006. - 616 с.

78. Антоненков Д.А. Технические средства для натурных исследований размерного состава и концентрации взвешенного в воде вещества / Д.А. Антоненков // Системы контроля окружающей среды. Средства, информационные технологии и мониторинг. - 2008. - С. 83-87.

79. Антоненков Д.А. Особенности применения различных методов исследования размерного состава и концентрации взвешенного в воде вещества / Д.А. Антоненков // Вестник СевГТУ. Мехнаника, энергетика, экология. - 2009. - № 97. - С. 181-188.

80. Antonenkov, D.A. The existing and prospective instruments and methods for control and determining characteristics of a substance suspended in water / D.A. Antonenkov // Modern science. -2018. - № 03. - P. 141-143.

81. Massel, S.R. Dynamical processes in coastal regions. Results of the 'Kamtschiya' International Project / S.R. Massel. - Sofia: Publishing house of the Bulgarian Academy of sciences,

1990. - 190 p.

82. Иванов, В.А. Моделирование вертикальных профилей концентрации взвесей в прибрежной области моря на основе вероятностных функций распределения / В.А. Иванов, В.З.

148

Дыкман, О.И. Ефремов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2005. - С. 450-456.

83. Кирюхина, Л.Н. Физико-химическая характеристика донных осадков: донные осадки филофорного поля Зернова, Каламитского залива, крымского шельфа / Л.Н. Кирюхина // Молисмология Черного моря. - Киев: Наукова думка, 1992. - С. 222-230.

84. Овсяный, Е.И. Исследование органического углерода и карбонатности в донных осадках шельфа южного побережья Крыма / Е.И. Овсяный, К.И. Гуров // Морской гидрофизический журнал. - 2016. - №1. - С. 62-72.

85. Гурлев, Д.С. Справочник по ионным приборам / Д.С. Гурлев. - К.: Техника. - 1970. -180 с.

86. Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - М.: Техносфера, 2005. - 1072 с.

87. Laurentini, A. The visual hull concept for silhouette-Based Image understanding / A. Laurentini // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 1994. - №94(16). -Р. 150-162.

88. Павлидис, Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений / Т. Павлидис. - М.: Радио и связь, 1986. - 406 с.

89. Dougherty, E.R. Mathematical Morphology in Image Processing / E.R. Dougherty. - New York: Marcel Dekker, 1993. - 545 р.

90. Ziou, D. Edge detection techniques: an overview / D. Ziou, S. Tabbone // Pattern Recognition & Image Analysis. - 1997. - №8(4). - Р. 537-559.

91. Сойфер, В.А. Методы компьютерной обработки изображений / В.А. Сойфер. - М.: Физматлит, 2003. - 782 с.

92. Lindeberg, T. Edge detection and ridge detection with automatic scale selection / T. Lindeberg: International conference on computer vision and pattern recognition (San Francisco, 1996). - San Francisco. - 1996. - P. 465-470.

93. Canny, J.F. A Computational Approach to Edge Detection / J.F. Canny // IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence. - 1986. - №8(6). - P. 679-698.

94. Александров, В.В. Представление и обработка изображений: рекурсивный подход / В.В. Александров, Н.Д. Горский. - Л.: Наука, 1985. - 190 с.

95. Image Processing Toolbox Users Guide [Электронный ресурс]. - 2003. - Режим доступа: http://matlab.izmiran.ru/help/toolbox/images/.

149

96. Image Processing Toolbox - обработка сигналов и изображений [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/imageprocess/index.php.

97. Russ, J.C. The image processing handbook / J.C. Russ. - Boca Raton: CRC Press, 2011. -853 p.

98. Soille, P. Morphological image analysis. Principles and applications / P. Soille. - Berlin: Springer, 2004. - 391 p.

99. Яштолд-Говорко, В.А. Фотосъемка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты / В.А. Яштолд-Говорко. - М.: Искусство, 1977. - 343 с.

100. Depth of field and diffraction. Сайт Norman Koren photography page [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: http://www.normankoren.com.

101. Перевод раздела про оптическую терминологию из "Canon Lens Work II". - 2018. - Режим доступа: http://www.photoweb.ru/lenswork1.htm#33.

102. Глубина резко изображаемого пространства [Электронный ресурс]. - 2015. -

Режим доступа:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%83%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0_ %D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BA%D0%BE_%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D1%80 %D0%B0%D0%B6%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80 %D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0.

103. ГРИП и ее природа. Сайт Новикова М.Г. [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: http://novikovmaxim.narod.ru.

104. Антоненков, Д.А. Метод получения изображений взвеси для определения ее концентрации и размерного состава / Д.А. Антоненков // Системы контроля окружающей среды. - 2011. - №15. - С. 43-46.

105. Антоненков, Д.А. Программная обработка изображений среды с целью определения размерного состава и концентрации частиц взвеси / Д.А. Антоненков // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2011. - №25. - С. 382-396.

106. Антоненков, Д.А. Метод обработки фотоизображений водной среды для определения параметров минеральной взвеси / Д.А. Антоненков // Морской гидрофизический журнал. - 2016. - №5. - С. 38-47.

107. Антоненков, Д.А. Метод определения характеристик взвешенного в воде вещества / Д.А. Антоненков // Датчики и системы. - 2016. - № 5 (203). - С. 48-52.

108. Антоненков, Д.А. Технические средства определения параметров взвешенного в воде вещества, основанные на обработке фотоизображений среды / Д.А. Антоненков // Сборник

150

статей научно-практической конференции с международным участием «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017» - г. Севастополь. - 2017. - С. 96-98.

109. Антоненков, Д.А. Фотографический метод регистрации процесса перемещения взвешенных наносов с использованием кратковременной засветки исследуемого объема / Д.А. Антоненков // Системы контроля окружающей среды. - 2018. - №11(31). - С. 23-29.

110. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2018615262 Российская Федерация. Программа вычисления размерного состава и количества частиц на фотоизображении / Антоненков Д.А. ; правообладатель Антоненков Д.А. - №2018612604 ; заявл. 20.03.2018 ; опубл. 03.05.2018.

111. Антоненков, Д.А. Метод определения характеристик взвешенного в воде вещества / Д.А. Антоненков // Датчики и системы. - 2016. - № 5 (203). - С. 48-52.

112. Антоненков, Д.А. Методы определения основных характеристик минеральной взвеси, основанные на обработке изображений водной среды / Д.А. Антоненков // Моря России: наука, безопасность, ресурсы» (Севастополь, 2017 г.) : тез. докл. - Севастополь: ФГБУН МГИ, 2017 - С.238-239.

113. Антоненков, Д.А. Способ определения концентрации и размерного состава взвеси, основанный на обработке фотоизображений среды / Д.А. Антоненков // Системы контроля окружающей среды - 2017 (Севастополь, 2017 г.) : тез. докл. - Севастополь: РИО ИПТС, 2017 - С. 42-43.

114. Пресс, Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью / Ф.П. Пресс. - М.: Радио и связь, 1991. - 264 с.

115. Милчев, М. Цифровые фотоаппараты / М. Милчев. - СПб: Питер, 2003. - 208 c.

116. Boyle, W.S. Nobel Lecture: CCD-An extension of man's view / W.S. Boyle // Rev. Mod. Phys. - 2010. - №82(3). - P. 2305-2306.

117. Коатес, К. Научные цифровые камеры. Устранения ограничений при использовании научной КМОП-камеры (sCMOS) / К. Коатес, Б. Фоулер, Г. Холст // Фотоника. -2016. - №4(58). - С. 102-110.

118. Introduction to Image Intensifiers for Scientific Imaging [Электронный ресурс]. -

2002. - Режим доступа:

http://www.princetoninstruments.com/Uploads/Princeton/Documents/Library/UpdatedLibrary/Intro_to _Image_Intensifiers_PI_rv 1 .pdf.

119. Бегучев, В.П. Электронно-оптические преобразователи. Состояние и тенденции развития / В.П. Бегучев, А.Л. Чапкевич, А.М. Филачев // Прикладная физика. - 1999. - №2. - С. 132-139.

151

120. Бутслов, М.М. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях / М.М. Бутслов, Б.М. Степанов, С.Д. Панченко. - М.: Наука, 1978. - 300 c.

121. Photonics K.K. Electron tube division. Image intensifiers [Электронный ресурс]. -2016. - Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/II_TII0007E.pdf.

122. Учебник цифровой фотографии. Качество объективов: ЧКХ (MTF), разрешение и

контраст [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа:

http://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials/lens-quality-mtf-resolution.htm.

123. Digit understanding image sharpness part 1: Introduction to resolution and MTF curves.

N. Koren [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа:

http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF.html.

124. Тарабукин, В.В. Объективы - анастигматы для ультрафиолетовой области спектра / В.В. Тарабукин // Оптический журнал. - 2002. - №69(5). - С.26-29.

125. Пейсахсон, И.В. Зеркально-линзовые объективы для широкой области спектра / И.В. Пейсахсон // Оптический журнал. - 1998. - №65(1). - С.34-38.

126. Иофис, Е.А. Фотокинотехника / Е.А. Иофис, И.Ю. Шебалин. - М.: Советская энциклопедия, 1981. - 449 с.

127. Русинов, М.М. Композиция оптических систем / М.М. Русинов. - Л.: Машиностроение, 1989. - 383 с.

128. Photonics K.K. Electron tube division. Image intensifiers [Электронный ресурс]. -2016. - Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/II_TII0007E.pdf.

129. Photonics K.K. Electron tube division. Proximity focused image intensifier V9501U-

74-G130 [Электронный ресурс]. - 2004. - Режим доступа:

https://www.hamamatsu.com/resources/pdf.

130. Photonics K.K. Electron tube division. High-speed gated image intensifier units C9016-

2x series [Электронный ресурс]. - 2005. - Режим доступа:

https://www.hamamatsu.com/resources/pdf.

131. ВИДЕОСКАН-2-205 [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://videoscan.ru/page/856.

132. Антоненков, Д.А. Особенности аппаратной реализации метода получения изображений взвешенного в морской воде вещества / Д.А. Антоненков // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. -2009. - №19. - С. 176-181.

152

133. Антоненков, Д.А. Средства получения информации о параметрах взвеси, основанные на обработке фотоизображений / Д.А. Антоненков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2014. - №4/9(70). - С. 15-20.

134. Антоненков, Д.А. Метод контроля размерного состава частиц минеральной взвеси с помощью программной обработки фотоизображений / Д.А. Антоненков // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. - 2018. - №2. - С. 47-52.

153

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(Справочное)

Принципиальная электрическая схема системы импульсной подсветки

На Рисунке А. 1 приведена принципиальная электрическая схема системы импульсной

подсветки.

Рисунок А. 1 - Принципиальная электрическая схема

154

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(Обязательное)

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

На Рисунке Б. 1 представлена скан-копия свидетельства о регистрации программы для

ЭВМ.

Рисунок Б. 1 - Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2018615262

«Программа вычисления размерного состава и количества частиц на фотоизображении^

Правообладатель (R&)

Автор: (RZ7)

Заявкам 2018612604

Дата поступления 20 марта 2018 П

Дата государственной регистрации

в Реестре программ дяя ЭВМ ЙЗ ТТЯЯ <\

Гукоеоаытияь службы

по сстбсмаспттостк

ГЛ. Л&тиеа

155

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(Обязательное) Акт о внедрении результатов диссертационной работы в ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН»

На Рисунках В.1 и В.2 представлены скан-копия акта о внедрении результатов диссертационной работы.

УТВЕРЖДАЮ

Директор ФБГУН «Морской ''' iy-' гидрофизический институт

... - члең-Корреспондент РАН

, г

Д'* .

/ Коновалов С.К.

2018 г.

АКТ

о внедрении (использовании) результатов

диссертационной работы

Антоненкова Дмитрия Александровича

«Оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества

донных наносов)).

Комиссия в составе: председатель — к.т.н. Кузнецов Александр Сергеевич, члены комиссии: д.т.н. Мотыжев Сергей Владимирович, к.ф-м.н. Дыкман Владимир Захарович, д.ф-м,н. Ли Михаил Ен Гон составила настоящий акт о том, что разработанный в ходе выполнения работы оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов, внедрен и использовался при выполнении работ в рамках государственного задания по теме № 0827-2014-0010 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем Черного и Азовского морей на основе современных методов контроля состояния морской среды и грид-технологий)).

Сущность разработанного метода заключается в последовательном выполнении ряда этапов:

- Получение фотоизображений взвеси. Осуществляется при помощи высокоскоростной фоторегистрации тонкого слоя воды с частицами взвеси, непосредственно примыкающего к иллюминатору, т.е. «переднего плана)). Требуемые технические параметры (время экспозиции кадра, освещение и.т.д.) обеспечиваются разработанным фоторегистратором.

- Обработка полученных снимков для получения необходимых данных. Для реализации используется созданное программное обеспечение, которое даст возможность определять размерный состав и количество частиц на фотоизображениях. Программа позволяет вычислить: площадь, занимаемую каждой

Рисунок В.1 - Акт внедрения результатов диссертационной работы

156

частицей, радиусы частиц, количество частиц на изображении, концентрацию взвешенных в воде частиц при заданном объеме исследуемого слоя.

Внедрение (использование) осуществлялось в период: 2014 - 2015 г.г. и в 2017г. Применение разработанного метода оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества, основанного высокоскоростной фоторегистрации, дало возможность получить экспресс данные о размерном составе и концентрации частиц взвеси в исследуемом объеме при больших скоростях их перемещения и высокой

концентрации.

Реализация способа была осуществлена с помощью созданного специализированного испытательного стенда, что позволило выполнить ряд лабораторных испытаний различных технических средств, используемых для определения характеристик взвеси, провести сличение результатов, полученных разными приборами и разыми методами.

В настоящее время проводится работа по подготовке к государственной регистрации созданного изобретения. На разработанное программное обеспечение получено свидетельство о регистрации программ для ЭВМ.

Разработанный оптический метод оперативного контроля в перспективе дает возможность проводить измерения in situ, при использовании специализированных технических средств, позволяющих получать еще более короткие значения времени экспозиции, например, с применением электронно-оптического преобразователя, действующего как усилитель яркости (image intensifier) и быстродействующий электронный затвор. В рамках работы выполнена разработка конструкции такого прибора. В основу элементной базы разработанного прибора были заложены самые современные, на настоящее время, электронные и оптические компоненты, что позволит сохранить актуальность разработки в условиях постоянно развивающегося рынка оборудования и технологий в течении как минимум 10 лет.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Кузнецов А.С. /

Мотыжев С.В. /

Дыкман В.З. /

Ли М.Е. / /У.д?. /

Рисунок В.2 - Акт внедрения результатов диссертационной работы

157

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(Обязательное)

Акт об использовании результатов диссертационной работы в филиале ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Крым и городе федерального значения Севастополе» в г. Севастополе

На Рисунках Г. 1 и Г.2 представлены скан-копия акта о внедрении результатов диссертационной работы.

Филиал федерального бюджетного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Крым и городе федерального значения Севастополе»

в городе федерального значения Севастополе

ул. Коммунистическая, д. !0, г. Севастополь. 299003. тел.: [phone]-! 7-57. факс: [phone]

ОКП0 007 Н250 ОГРН !149!02060348 ИНН 9102034069 КПП920443001

УТВЕРЖДАЮ

Главный врач филиала ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии

в Республике Крым и городе

ьного значения ле» в г. Севастополе.

2^___2018 г.

/ Попов С.В.

АКТ

об использовании результатов научно-исследовательской работы Антоненкова Дмитрия Александровича

«Оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов»

Комиссия в составе: председатель - Попов Сергей Владимирович, главный врач, члены комиссии - Янковская Виктория Станиславовна, начальник санитарно-гигиенической лаборатории, химик-эксперт; Дегтярев Игорь Сергеевич, заведующий санитарно-гигиеническим отделом, врач по общей гигиене: составила настоящий акт о том, что в период с 2014 по 2015 гг. на базе филиала ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Крым и городе федерального значения Севастополе» в г. Севастополе в рамках диссертационного исследования Антоненковым Д.А. проводилась апробация научно-исследовательской работы «Оптический метод оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества донных наносов».

Рисунок Г. 1 - Акт об использовании результатов диссертационной работы

158

В ходе выполнения работ отмечено, что разработанный Антоненковым Д.А. новый оптический метод и технические средства оперативного контроля параметров взвешенного в воде вещества, основанные на высокоскоростной фоторегистрации тонкого слоя воды с частицами взвеси с последующей программной обработкой полученных снимков, позволяют повысить оперативность и информативность процедуры определения концентрации и гранулометрического состава взвеси, и тем самым дают возможность выполнять экспресс-тесты водной среды для определения данных характеристик с гораздо меньшими трудозатратами, чем существующие методы ситового просеивания и взвешивания, существенно сокращая тем самым стоимость данной процедуры.

Все виды работ по апробации и использованию вышеуказанного метода и технических средств выполнены на безвозмездной основе и без финансовых расчетов.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Дегтярев И.С.

Рисунок Г.2 - Акт об использовании результатов диссертационной работы