XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Широчайшее использование и распространение автотранспортных средств (АТС) оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду и население не только при ДТП и авариях, но и при их нормальном функционировании. АТС загрязняют атмосферный воздух токсичными веществами, которые выбрасываются с отработавшими газами, попадают в атмосферу в результате испарения топлива, изнашивания фрикционных материалов тормозных колодок, протектора автомобильных шин и дорожных покрытий [1, 2]. Автомобили также являются источником электромагнитного излучения (ЭМИ). Проблема электромагнитной безопасности АТС связана с большим числом источников, в том числе современного электротранспорта на улицах города, и проникновением автотранспортных потоков в жилую застройку. По состоянию на 2002 год электромагнитное поле на 18-32 % территории городов РФ формировалось в результате автомобильного движения [3]. Следует отметить, что этот процент возрастает из года в год и не только за счет увеличения интенсивности автотранспортного потока, но и из-за увеличения количества и мощности электрооборудования каждого отдельно взятого АТС. При этом как показывают исследования [4] электромагнитные поля с высокой плотностью энергии могут оказывать вредное воздействие непосредственно на организм человека. По данным американских исследователей водитель гибрида получает до 135 миллигаусс (мГс) на уровне бедер и до 100 мГс на верхнюю часть туловища. Эти данные значительно выше, чем у бензинового автомобиля, который излучает всего 1-2 мГс [5]. Биологический эффект ЭМИ в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате чего возможно развитие последствий, включая заболевания дыхательной, эндокринной,центральной нервной системы, рак крови, опухоли мозга, гормональные заболевания, нарушения иммунной системы, изменение структуры клеток, возможны трофические явления (выпадение волос и ломкость ногтей) [6].

В развитых странах мира существует утвержденный предельно допустимый уровень воздействия электромагнитных полей на население в зависимости от частоты излучения. Для рабочих мест и мест возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием полей, предельно допустимая плотность потока энергии электромагнитных полей в диапазоне частот 300 МГц - 330 ГГц определяется временем пребывания в зоне облучения. Так, пребывание в течение всего рабочего дня безопасно в поле с плотностью потока энергии не более 0,1 Вт/м², не более 2 ч – в поле с плотностью 0,1-1,0 Вт/м², не более 20 мин – в поле с плотностью 1-10 Вт/м², при условии, что в остальное время плотность потока энергии не превышает 0,1 Вт/м².

Современные АТС должны удовлетворительно функционировать в электромагнитной среде и не создавать электромагнитных помех для любого объекта, находящегося в этой среде. Характеристикой автомобиля как источника радиопомех является отношение напряженности поля радиопомех измеряемой в децибелах к пороговой напряженности:

где Е – измеряемая напряженность поля, дБ (мкВ/м);

E₀ – пороговая напряженность поля, дБ (E₀ = 1 дБ).

Предельный уровень электромагнитных излучений АТС всех категорий и их электронных и электрических составных частей установлен в Правилах № 10 ЕЭК ООН. Автомобиль, с работающим двигателем (n=1500 мин^-1), должен соответствовать требованиям правил в отношении собственных ЭМИ в широкополосном и узкополосном диапазонах (таблица 1).

Таблица 1 – Контрольные пределы электромагнитных радиопомех АТС, дБ (мкВ/м) [7]

Ширина полосы, м	Частота f, МГц
	Св. 30 до 75	Св. 75 до 400	Св. 400 до 1000
Широкополосное излучение – расстояние измерения 10 м
120	34	34+15,13lg(f/75)	45
Широкополосное излучение – расстояние измерения 3 м
120	44	44+15,13lg(f/75)	55
Узкополосное излучение – расстояние измерения 10 м
120	24	24+15,13lg(f/75)	35
Узкополосное излучение – расстояние измерения 3 м
120	34	34+15,13lg(f/75)	45

Интенсивность ЭМИ автомобиля определяется рядом конструктивных и эксплуатационных факторов. Наибольшее значение имеют тип двигателя, компоновка автомобиля. Приборы системы зажигания и электрооборудования автомобиля являются первичными излучателями электромагнитных волн, а элементы кузова, детали моторного отсека, капот, крылья, решетка радиатора – вторичными [8]. Причём уровень напряженности электромагнитного поля при работе дизельного двигателя в несколько раз меньше по сравнению с карбюраторными двигателями меньшей мощности. Это еще раз говорит о том, что самым мощным источником электромагнитных излучений в автомобиле является система зажигания. Полученные зависимости [7] указывают на хаотичность процесса излучения и на случайный характер резонансных явлений, возникающих в элементах электрооборудования автомобиля. Основные методы снижения уровня ЭМИ при конструировании автомобиля – повышение экранирующей способности кузова и применение помехоподавляющих устройств в системе зажигания, в эксплуатации – техническое обслуживание и ремонт, а также управление режимом движения автотранспортных потоков.

Исследования [7], основанные на подходе к автотранспортному потоку как источнику электромагнитного загрязнения среды, позволили разработать практические рекомендации по ограничению уровней ЭМИ методам организации дорожного движения. В частности, мощность излучения полосы автотранспортного потока предлагается рассчитывать по формуле:

где – нормируется мощность ЭМИ одиночного автомобиля;

N(q) и v(q) соответственно интенсивность (авт./ч) и скорость потока автомобилей (м/с) как функция плотности движения (авт./км);

– расстояние от i-го автомобиля до сечения магистрали, на которой расположена точка регистрации (м);

– расстояние от точки регистрации до оси полосы движения (м);

– границы области влияния ЭМИ одиночного автомобиля;

l – эмпирический коэффициент, характеризующий распространение ЭМИ различной частоты в пространстве.

С учетом зависимостей между интенсивностью, скоростью и плотностью автотранспортного потока получены данные по изменению уровня электромагнитного загрязнения автотранспортным потоком интенсивностью N=2300 авт./ч в зависимости от расстояния до источника загрязнения (рисунок 1), а также установлено влияние перекрестка на изменение уровня ЭМИ (рисунок 2). В целом уровень ЭМИ автотранспортного потока определяется плотностью на участках улично-дорожной сети. Так при изменении плотности автотранспортного потока с 40 до 80 авт./км, двигающегося с технической скоростью 10-20 км/ч, электромагнитное излучение потока возрастает с 20 до 40 дБ.

1 – частота 52 МГц; 2 – 130 МГц; 3 – 196 МГц; 4 – 230 МГц Рисунок 1 – Изменение уровня электромагнитного излучения транспортного потока интенсивностью 2300 авт./ч в зависимости от расстояния r [7]	1 и 3 – на расстоянии 100 м от генерирующего перекрестка; 2 и 4 – на расстоянии 250 м Рисунок 2 – Изменение уровня ЭМИ на перекрестке в зависимости от интенсивности и плотности р (авт./км) автотранспортного потока [7]

Управляя режимом движения, формируя автотранспортный поток, можно снизить уровень электромагнитного загрязнения окружающей среды: на пересечениях в результате снижения задержек транспортных средств на 5-12 дБ в зависимости от частоты излучения и интенсивности движения, или в среднем на 14-32 %; при увеличении средних технических скоростей движения транспортных средств на перегоне до 2 дБ, или на 20 %, исключение предзаторовых и заторовых ситуаций в 2,5-3 раза [7].

Увеличение источников ЭМИ привело к разработке защитных средств, а также приборов для контроля напряженности электрической и магнитной составляющих ЭМП. Анализ средств измерений электромагнитного излучения показал, что для контроля высокочастотных и ультравысокочастотных диапазонов чаще всего применяют приборы типа ИЭМП-Т; для измерения плотности потока энергии в диапазоне сверхвысоких частот – ПЗ-13, ПЗ-9, МЗ-2. Изменение напряженности ЭМП в диапазоне низких, средних и высоких частот выполняется прибором типа ИЭМП-30. В таблице 2 показаны некоторые приборы, соответствующие требованиям к средствам инструментального контроля ЭМП-стандартов ЕЭС Международного комитета по защите от неионизирующих излучений.

Таблица 2 – Примеры средств измерений параметров электромагнитного излучения

Название СИ	Назначение СИ	Метрологические характеристики
Измеритель характеристик электромагнитного поля SRM-3000	Прибор, предназначенный для безопасного измерения характеристик электромагнитного поля. Устройство может работать как в одном из предустановленных режимов в предпочтительных сферах применения, так и в качестве обычного радиочастотного спектрального анализатора для измерения напряженности поля	Диапазон частот 100 кГц – 3 ГГц и трехканальный измерительный датчик Narda (75 МГц – 3 ГГц). Диапазон измерений -27 дБм – +23 дБм (с шагом в 1 дБ). Погрешность измерений в пределах диапазона температур от 15 °C до 30 °C < 1,1 дБ для диапазона частот от 20 МГц до 3 ГГц
Измеритель напряженности магнитного поля АТТ-8701	Предназначен для измерения параметров магнитных полей в промышленности, материаловедении, электротехнике, а также в лабораторных исследованиях. Имеет возможность проводить измерения постоянных и переменных магнитных полей (с частотой 40 Гц - 10 кГц).	Диапазоны измерений: от - 3000 мГс до 3000 мГс (от - 300 мкТл до 300 мкТл). Разрешение 1 мГс/ 0,1 мкТл. Погрешность измерения ±(2 %+2 мГс)
Измеритель электромагнитного излучения EFA-200, 300	Портативный анализатор для измерения магнитных и электрических полей на рабочих местах и в местах общественного пользования. Модели рассчитаны на профессиональное применение на предприятиях энергетики, в муниципальных учреждениях, в страховых обществах, а также в индустрии безопасности и охраны здоровья	Среднеквадратический и амплитудный контроль значений магнитного поля проводится в диапазоне частот от 5 Гц до 32 кГц. Погрешность (±3-5 %) и динамический диапазон (40 нТл - 10 мТл) измерений магнитного поля при развитых дополнительных функциях

Авторы [9, 10] провели исследования характеристик электромагнитного поля вдоль городской автомобильной дороги в зависимости от интенсивности дорожного движения, расстояния от проезжей части в различных диапазонах частот. Полученные результаты подтверждают, что с ростом интенсивности движения на дороге возрастают показатели напряженности электрического и магнитного поля в различных частотных диапазонах измерения (таблица 3). Транспортный фон, создаваемый потоком АТС, оснащенных системой зажигания и электрооборудованием, на автомагистралях и в густонаселенных пунктах в период интенсивного движения значительно превышает ПДУ ЭМП.

Таблица 3 – Результаты исследования характеристик электромагнитных низкачастотных полей в зависимости от интенсивности движения автотранспортных потоков

Интенсивность движения	Характеристики электромагнитного поля в диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц			Характеристики электромагнитного поля в диапазоне частот 2 кГц – 400 кГц			Характеристики электромагнитного поля при частоте 50 Гц
	Е, В/м	В, мкТл	Е, В/м		В, мкТл	Е, В/м		Н, А/м
0 авт./ч	2	0,01	0,01		0	0,7		1,4
2100 авт./ч	6	0,1	0,2		1	2		2,1
3480 авт./ч	15	0,2	0,2		1	6		2,97

Кроме этого, установлено, что уровни инфразвуковых и низкочастотных электромагнитных полей вблизи городских магистралей зависят от удаленности от проезжей части и режима работы автомобилей (устоявшийся режим, разгон/торможение, холостой ход). Наибольшие значения уровней напряженностей электрического и магнитных низкочастотных полей зафиксированы при устоявшемся режиме движения транспорта, при разгоне/торможении – значения указанных параметров уменьшаются; наименьшие значения отмечены при работе на холостом ходу. При оценке соответствия требованиям безопасности ЭМИ в зоне автомагистрали необходимо также учитывать, что в резонансных диапазонах частот работы электрооборудования автомобилей высокий уровень ЭМИ может создаваться электромагнитными полями эксплуатирующихся радиоэлектронных устройств, расположенных в непосредственной близости от места измерений.

Таким образом, дальнейшая автомобилизация и переход городского транспорта на гибридные силовые установки и электродвигатели, а также общий рост потребления электрической энергии будет способствовать увеличению уровня электромагнитного загрязнения застроенных территорий, что подтверждает необходимость дальнейшего развития системы инструментального и расчетного экологического мониторинга данных факторов. В связи с этим актуальным являются дальнейшие исследования, направленные на: мониторинг ЭМИ автотранспортных потоков на городских автомобильных дорогах; определение внешних и внутренних электромагнитных полей гибридных автомобилей; разработку рекомендаций по снижению негативного воздействия электромагнитных полей на окружающую среду на этапе их проектирования.

Работа выполнена под руководством ассистента кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Вольнова А.С., кандидата технических наук

Список литературы:

1. Третьяк, Л.Н. Современный подход к оценке экологической безопасности автотранспортных потоков на участках улично-дорожной сети / Л.Н. Третьяк, Е.В. Бондаренко, А.С. Вольнов / Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей X международной научно-технической конференции. – 2018. – С. 368-376.

2. Третьяк, Л.Н. Обеспечение экологической безопасности автотранспортных потоков путём комплексного учёта выбросов вредных веществ и разработки организационно-технических мероприятий / Л.Н. Третьяк, А.С. Вольнов, Д. А. Косых // Интеллект. Инновации. Инвестиции. – 2017. – № 11. – С. 40-46.

3. Графкина, М.В. Развитие системы экологического мониторинга электромагнитных и инфразвуковых низкочастотных полей на застроенных территориях/ М.В. Графкина, Б.Н. Нюнин, Е.П. Теряева // Известия МГТУ «МАМИ» – 2012. – №2(14) – С. 73-76.

4. Черный, А.П. Современное состояние исследований влияния электромагнитных излучений на организм человека / А.П. Черный, В.В. Никифоров, Д.И. Родькин, В.Ю. Ноженко// Инженерные и образовательные технологии в электротехнических и компьютерных системах. – 2013 – № 2 (2) – С. 112-124.

5. Селиванов, С.Е. Электромагнитные загрязнения биосферы автотранспортом (автомобили, электромобили, гибридные автомобили) / С.Е. Селиванов, В.В. Филенко, А.В Бажинов, Э.Н. Будянская // Автомобильный транспорт. – 2009. – №25. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/elektromagnitnye-zagryazneniya-biosfery-avtotransportom-avtomobili-elektromobili-gibridnye-avtomobili – 12.01.2019. 

6. Молокович, А.Д. Электромагнитные излучения транспортных средств / А.Д. Молокович, А.М. Науменко, В.В. Костусева // Логистические системы и процессы в условиях экономической нестабильности: материалы IV Междунар. заоч. науч.-практ. конф., Минск, 6-7 дек. 2016 г. – Режим доступа: http://elib.bsu.by/handle/123456789/189056 – 12.01.2019. 

7. Гудков, В.А. Безопасность транспортных средств (автомобили) / В.А. Гудков, Ю.Я. Комаров, А.И. Рябчинский, В.Н. Федотов. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2010. – 431 с.

8. Кухарев А.М. Автотранспортное средство как источник электромагнитной опасности / Кухарев А.М., Евдокимов М.В // Технико-технологические проблемы сервиса. – 2014. – №2 (28). – С. 91-94.

9. Графкина, М.В. Научно-практические рекомендации по снижению негативного воздействия автотранспортных потоков на селитебные территории / М.В. Графкина, Б.Н. Нюнин, Е. Ю. Свиридова // Экология урбанизированных территорий. – 2018. – №1. – С. 58-64.

10. Свиридова, Е.Ю. Исследование инфразвуковых и электромагнитных низкочастотных полей транспортного потока на застроенных территориях / Е.Ю. Свиридова, В.И. Ральченко // Современные проблемы экологии: тезисы докладов VIII Международной

научно-технической конференции под общ. ред. В.М. Панарина. – Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2013. – С. 88-90.

Код для цитирования: Скопировать