Автор проекта:

Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова (Титов Е.В.)

Номинация:

Научное достижение

Наименование проекта:

Мониторинг электромагнитного загрязнения воздушных зон совокупного влияния различных групп излучающих источников городской среды

Описание проекта:

Одной из актуальных проблем современной урбоэкологии является нарушение взаимодействия живых организмов, включая человека, с их средой обитания в условиях расширения масштабов внедрения передовых технологий с использованием источников электромагнитного поля (ЭМП). Высокая опасность электромагнитной обстановки отмечена Российским национальным комитетом по защите от неионизирующих излучений и Международным агентством по изучению рака. Так в августе 2022 г. более 200 крупных учёных, включая руководителя представленного проекта, из 44 стран мира, исследуемых глобальные проблемы возрастающего влияния ЭМП, генерируемых электрическими и беспроводными устройствами, повторно обратились во Всемирную организацию здравоохранения с призывом к усилению защиты от неионизирующего излучения и совершенствованию руководящих принципов и нормативных стандартов.

Используемый в России подход к оценке электромагнитного загрязнения основан на результатах точечного измерения отдельных составляющих ЭМП в ограниченном спектре частот. В ряде случаев, контроль ограничивается измерением параметров поля на граничных и/или рабочих частотах. Однако в соответствии с полученными результатами электромагнитного мониторинга городской среды, что также подтверждается независимыми экспертами, отдельные источники генерируют излучения в сверхшироком частотном диапазоне. Опасность многочастотного воздействия может многократно усиливаться не только вследствие наложения электромагнитных волн в расширенном до 3 ТГц диапазоне, но и возникновения эффекта их переотражения и влияния внешних источников. В условиях одновременного воздействия выявленных опасных составляющих электромагнитного поля степень нарушения взаимодействия живых организмов со средой обитания существенно возрастает, что повышает актуальность решаемой проблемы.

Контроль электромагнитной обстановки без учёта возможности формирования наложенных электромагнитных волн и усиления их интенсивности при совокупном воздействии различной частоты в ряде случаев создает только видимость отсутствия опасности. Неожиданно возникшие онкологические и другие трудноизлечимые заболевания обосновываются другими причинами. При этом известные принципы, способы и технологии электромагнитного мониторинга не позволяют формировать объективные картины опасности в исследуемом пространстве с учётом совокупного влияния различных групп внутренних и внешних излучающих источников и наложения электромагнитных волн высокой интенсивности на граничных, рабочих и внутридиапазонных частотах в широком спектре до 3 ТГц.

Предложенная новая методология основана на компьютерном моделировании электромагнитной обстановки по результатам ограниченного числа измерений параметров электромагнитного поля на поверхностях излучающих источников, позволяющем формировать электромагнитные портреты (пространственное распределение составляющих ЭМП) с учётом  неравномерности зон повышенной интенсивности излучений, спектрального состава и наложения электромагнитных волн в широком диапазоне частот, включая субмиллиметровый. Полученные электромагнитные портреты используются для формирования объёмной картины опасности (карты допустимого времени пребывания в различных зонах контролируемого пространства) или её проекций на горизонтальную и вертикальную плоскости на производственных и непроизводственных объектах с источниками электромагнитного поля до 3 ТГц для определения допустимого времени пребывания в зонах их влияния.

В основу практической реализации разработанной методологии положен комплект измерительных устройств и прикладного программного обеспечения, защищенных соответственно патентами и свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ, объединённых в автоматизированную информационно-измерительную систему. Получаемые карты допустимого времени пребывания в различных зонах воздушного пространства используются для определения требований к защитным мероприятиям: защите временем, расстоянием и экранированием.

География проекта:

    Территория России, за исключением районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей.

Цели и задачи:

Основной целью проекта явилась разработка методологии контроля и визуализации электромагнитной обстановки городских территорий в условиях одновременного влияния нескольких групп излучающих источников электромагнитного поля расширенного спектра.

Основными задачами проекта являются разработка новых принципов, способов и средств контроля электромагнитных полей, визуализации электромагнитной обстановки, оценки степени её опасности, обоснованного выбора организационных мероприятий для обеспечения безопасности информационно-технологического оборудования и биологических объектов в широком диапазоне частот до 3 ТГц за счет уточнения степени влияния дополнительных факторов, ранее во внимание практически не принимавшихся, по результатам исследования закономерностей поведения составляющих ЭМП сверхширокого спектра в воздушных зонах городской среды и закономерностей повышения интенсивности длинноволнового инфракрасного излучения на поверхности излучающих источников под воздействием электромагнитного поля.

Для решения поставленных задач использованы положения теории электромагнитного поля, построенные на анализе ЭМП принципы технической диагностики состояния электромагнитной обстановки, современные автоматизированные системы контроля, пакеты компьютерных программ, положения теории сложности вычислений, современные методы термографии, электромагнитного контроля и программного (компьютерного) моделирования.

Исследования проведены с использованием разработанной информационно-измерительной системы для совокупного мониторинга электромагнитной обстановки (патент № 2713096). Для определения зон повышенной интенсивности составляющих электромагнитного поля на поверхности ЭМП-излучающих источников использованы методы тепловизионной визуализации и электромагнитного инфракрасного излучения с применением сверхточного тепловизора. Наложение переменных составляющих электромагнитного поля осуществлено в соответствии с методом рассеяния магнитного потока magnetic flux leakage, пассивного радиоволнового метода и метода эмпирической модовой декомпозиции.

Для моделирования постоянных и переменных составляющих электромагнитного поля использована комбинация широко применяемых в настоящее время для решения подобного класса задач методов конечных элементов (FEM метод) и конечных разностей во временной области (FDTD метод), алгоритм которых усовершенствован с учётом неравномерности зон повышенной интенсивности поля на поверхности излучающих источников. Численные расчёты выполнены с применением пакета Comsol Multiphysics и разработанного программного обеспечения, использующего открытые реализации FDTD метода: openEMS и MEEP. Формирование объемных компьютерных моделей и картин опасности электромагнитной обстановки осуществлено с использованием разработанного программного обеспечения и пакета AppCSXCAD.

Итоги реализации:

Ряд научных статей в ведущих Российских и Международных научных журналах; доклады на Российских и Международных конференциях; патенты и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ; акты внедрения результатов научно-исследовательских разработок в практическую деятельность крупных предприятий и организаций.

Сроки реализации:

Проект инициирован в 2009 и реализован в 2023 году.