Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых высокоинформативных, высокочувствительных методов и средств лазерного мониторинга гидросферы.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.4001
Продолжительность работ
2005 - 2006, 16 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Создание новых высокоинформативных, высокочувствительных методов и средств дистанционного мониторинга гидросферы, основанных на лазерном зондировании in situ молекулярных фотофизических параметров объектов и применении алгоритмов искусственного интеллекта для решения обратных за-дач.

Соисполнители

Организация
НЦВО при ИОФ РАН
Организация
ФИАН
Организация
ФГУП ВЭИ

Этапы проекта

1
03.06.2005 - 30.09.2005
2
01.10.2005 - 09.12.2005
- Проведен углубленный анализ проблематики проекта. Показано, что существующие методические и аппаратурные подходы в лазерном мониторинге гидросферы не адекватны сложности и изменчивости природных вод и не позволяют с необходимой полнотой решать задачи диагностики этого объекта;
- Предложены и обоснованы новые подходы, основными из которых являются:
- синтез нескольких методов лазерной спектроскопии, в частности, матричный метод лазерной флуориметрии;
- использование алгоритмов искусственного интеллекта (для прецизионного анализа спектров и решения обратных задач);
- использование капиллярных кювет в спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и флуориметрии;
- создание интегрированных оптоволоконных приемо-передающих лазерных устройств;
- использование техники отображения двумерной информации при дистанционном лазерном зондировании.
- Согласованы задачи, решаемые Головным исполнителем и Соисполнителями.
- Проанализировано, каким образом совместные усилия исполнителей проекта позволяют достичь результатов, заданным Техническим заданием.
- Выполнены рекогносцировочные исследования, которые показали перспективность принятых подходов и создали стартовую позицию для полномасштабных исследований на последующих этапах проекта. В рекогносцировочных исследованиях получены следующие основные результаты:
- создан импульсный лазерный спектрометр с длинами волн возбуждения 532, 355 и 266 нм для реализации нелинейной и кинетической флуориметрии и их синтеза;
- апробирована техника искусственных нейронных сетей (ИНС) в прецизионном анализе формы спектральных полос и в решении обратных задач лазерной спектроскопии водных сред - спектроскопии КР, лазерной флуориметрии природных органических соединений;
- показана возможность лазерной биоиндикации качества воды с использованием измеренных in situ молекулярных фотофизических параметров хлорофилла «а» в фитопланктоне;
- показана возможность определения параметров гидратации ионов в воде, идентификации и определения их концентрации;
- получено большое семейство характерных спектров вторичного излучения воды и примесей в ней при УФ лазерном облучении (2-ой гармоникой медного лазера) и на этой основе определены приоритетные области применения капиллярных кювет; созданы первые образцы кювет;
- разработаны элементы волоконной приемо-передающей лазерной системы для дистанционного контактного зондирования водных сред: импульсный волоконный лазер на основе световода, активированного ионами иттрия; схема самомодуляции добротности за счет использования нелинейного бриллюэновского зеркала;
Развернуть
3
01.01.2006 - 30.06.2006
Разработаны новые методы и средства получения первичной информации при лазерном зондировании водных сред. Разработаны новые алгоритмы прецизионного анализа и классификации спектров эхо-сигналов и нейросетевые алгоритмы решения обратных задач спектроскопии комбинационного рассеяния воды и лазерной флуориметрии сложных органических соединений в воде.
Развернуть
4
01.07.2006 - 31.10.2006
Получены следующие основные результаты, обеспечивающие достижение поставленной цели:
- Разработаны алгоритмы прецизионного анализа и классификации спектров эхо-сигналов:
- алгоритм обнаружения и количественной оценки флуоресценции нефтяных загрязнений (НЗ) в объеме воды;
- алгоритм классификации спектральных полос по признакам их формы.
- Разработаны нейросетевые и вариационные алгоритмов решения следующих обратных задач лазерной спектроскопии водных сред:
- определение концентрации солей в количествах, соответствующих сточным водам;
- определение от 1 до 5-ти фотофизических параметров сложных органических соединений.
- Созданы следующие новые средства получения первичной спектральной информации при лазерном зондировании водных сред:
- оптоволоконный лазер, генерирующий импульсы излучения на длине волны 1066 нм длительностью 20 нс (1-й режим) и 1.2 мкс (2-й режим) с частотой повторения 1…40 Гц и 50 кГц и энергией в импульсе 20 мкДж и 100 мкДж соответственно, а также импульсы излучения на длине волны 533 нм (2-й режим);
- оптоволоконный приемо-передающий кабель с величиной потерь, не превышающей 70 Дб/км на длине волны 350 нм и 30 Дб/км в видимой области спектра (400-600 нм);
- капиллярные кюветы с переменной длиной, повышающие чувствительность при регистрации спектров эхо-сигналов спонтанного комбинационного рассеяния (КР) воды, а также спектров флуоресценции малых примесей органических соединений;
- автоматизированный волоконно-оптический спектрометр,
- лазерный спектрометр с многоканальным оптоволоконным приёмным кабелем для зондирования поверхностного микрослоя (ПМС);
- трёхчастотный лидар для диагностики нефтяных плёнок на поверхности воды – идентификации нефти/нефтепродукта в плёнке и определения её толщины;
- авиационный флуоресцентный панорамный лидар (АФПЛ), обеспечивающий получение трёхмерной картины флуоресцентного поля, отображённой псевдоцветовым способом.
- Выполнена апробация разработанных новых методов и средств лазерного мониторинга гидросферы в лабораторных (модельных) и натурных экспериментах:
- по созданным алгоритмам обработаны данные лазерного мониторинга в экспедициях на Рыбинском, Угличском и Иваньковском водохранилищах и Атлантическом океане; получены цифровые карты распределения флуоресцентных характеристик, из которых извлечена информация о гидрологических структурах и их динамике;
- в экспедиции на Рыбинском водохранилище в августе 2006г. проведены испытания лазерного спектрометра;
- проведена успешная апробация методов лазерной флуориметрии в исследовании.
- Выработаны рекомендации для разработки опытных образцов лидаров и лазерных спектрометров нового поколения:
  - сформирована стратегия лазерного мониторинга жизненно важных объектов – внутренних водоемов и прибрежных морских акваторий, обеспечивающая своевременное обнаружение экологически опасных явлений (аномалий) и их детальный анализ;
  - для реализации этой стратегии рекомендовано создать многоуровневую систему мониторинга.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
1,65 млн
Организация
НИЯУ МИФИ
профинансировано
Тема
Разработка новых высокоинформативных, высокочувствительных методов и средств лазерного мониторинга гидросферы.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка методов и алгоритмов, обеспечивающих количественную оценку метапредметных и метакогнитивных навыков и умений на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 25 мес.
Бюджетные средства
38,7 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка технологий, высокоинформативных систем и средств диагностики для оценки технического состояния объектов ответственного назначения с целью предупреждения техногенных катастроф.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 13 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка прототипа адаптируемого комплекса мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы для обеспечения морской деятельности в арктических и замерзающих морях России.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка конструкции аналитического комплекса с единым программным обеспечением, базирующимся на методах оптической и масс-спектрометрии, для мониторинга и прогнозирования химического состава атмосферы и гидросферы
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
15,5 млн
Количество заявок
2