Do użytku wewnętrznego

Politechnika Warszawska

Wydział Transportu

LABORATORIUM

„Technika pomiarowa w ruchu drogowym”

Ćwiczenie nr 5

„Badanie zanieczyszczeń powietrza w ruchu drogowym”

Instrukcja przygotowawcza

ver.01 08.11.2007 r.

Warszawa 2007

2

W wielu krajach o wysoko rozwiniętym przemyśle i motoryzacji problem ochrony

ś

rodowiska przed jego zanieczyszczeniami jest obecnie jednym z najważniejszych zadań jakie

te kraje chciałyby rozwiązać. W ostatnich latach również w Polsce kwestia ta zaczyna być

poważnie traktowana. W poniższej tabeli przedstawiono wielkość emitowanych w Polsce

zanieczyszczeń do atmosfery.

Tab. 1.A. Bilans emisji głównych zanieczyszczeń powietrza w tys. ton w 1993 r. [1]

RODZAJ ZWIĄZKU ZANIECZYSZCZAJĄCEGO

ŹRÓDŁO

ZANIECZYSZCZENIA

CO

NO

SO

2

PYŁY

TRANSPORT I

KOMUNIKACJA

1512

*

400

90

---

ENERGETYKA

ZAWODOWA

---

370

1310

420

ENERGETYKA

PRZEMYSŁOWA

---

115

420

320

TECHNOLOGIA

PRZEMYSŁOWA

---

145

250

320

INNE ŹRÓDŁA

STACJONARNE

---

100

750

520

*

- Emisji tlenku węgla do atmosfery nie można uznać jako głównego czynnik

zanieczyszczającego środowisko, jednak ze względu na specyfikę powyższej pracy jest
ona podana w przedstawionej tabeli.

Z przestawionego bilansu wynika, że w zakresie emisji gazów toksycznych pochodzących

od środków transportu, ruch drogowy może odgrywać znaczącą rolę. Kierunki działania na

rzecz ograniczenia emisji spalin można podzielić na kilka odrębnych grup:

1. Wprowadzenie nowych konstrukcji silników w pojazdach;

2. Planowanie urbanistyczne (odpowiednie rozmieszczenie obszarów stanowiących

potencjalne źródła przemieszczeń);

3. Planowanie i projektowanie układów komunikacyjnych (rozdzielanie różnych rodzajów

komunikacji, arterie obwodnicowe, trasy ruchu szybkiego, propagowanie ruchu rowerowego,

korzystne parametry geometryczne tras);

4. Prowadzenie odpowiedniej polityki komunikacyjnej (ograniczenie indywidualnego

ruchu samochodowego, strefy ruchu pieszego, preferowanie komunikacji zbiorowej);

5. Stosowanie odpowiednich środków organizacji ruchu (czytelność geometrii

skrzyżowań, prawidłowe oznakowanie, odpowiednie instalowanie urządzeń sterowania,

segregacja ruchu).

3

Powyższe zestawienie wskazuje na złożoność problemu ochrony środowiska przed

zagrożeniami pochodzącymi od ruchu drogowego. Coraz doskonalsze urządzenia kontrolno-

pomiarowe pozwalają obecnie na indywidualną ocenę pracy każdego pojazdu pod względem

emisji spalin. Jednakże w problematyce inżynierii ruchu, gdzie rozpatrywany jest całkowity

udział pojazdów w zanieczyszczeniu środowiska, urządzenia te są mało przydatne. Pomiary

takie powinny bowiem uwzględniać całkowity efekt oddziaływania pojazdów na otoczenie.

Możliwość taką, chociaż w ograniczonym zakresie, stwarza zestaw niniejszego ćwiczenia

laboratoryjnego.

2 Wiadomości ogólne o zanieczyszczeniach powietrza

2.1. Identyfikacja zanieczyszczeń powietrza

Podstawowym źródłem zanieczyszczeń zanieczyszczeń w ruchu drogowym jest

zastosowanie silnika spalinowego jako jednostki napędowej pojazdów. Zasadniczy wpływ na

skład zanieczyszczeń i efekt ekologiczny ma proces spalania mieszanki paliwowej. Proces ten

będący reakcją utleniania składników palnych połączoną z wydzielaniem znacznych ilości

ciepła może zachodzić w różnych warunkach.

Paliwa będące mieszaniną wielu węglowodorów mogą bowiem tylko z teoretycznego

punktu widzenia ulegać tzw. spalaniu zupełnemu. Podstawowymi czynnikami na jakie ulegają

rozkładowi węglowodory w procesie spalania są węgiel C i wodór H, które w efekcie

końcowym dają dwutlenek węgla i wodę. Spalanie jest zupełne, jeżeli produktami reakcji są

związki, które nie mogą ulec dalszemu utlenianiu. Warunkiem koniecznym do spalania

zupełnego jest dostateczna ilość tlenu. Miarą tego jest współczynnik nadmiaru powietrza K.

K = L

τ

/L

t

= 1

L

τ

- ilość powietrza rzeczywiście spalonego;

L

t

- ilość powietrza potrzebnego do spalania.

Występujące w praktyce spalanie niezupełne paliwa orz jego dodatki i zanieczyszczenia

powodują złożoność procesu spalania i inny od teoretycznego skład spalin. Skład ten w

dużym stopniu zależy także od takich czynników jak: rodzaj zapłonu, warunki pracy silnika,

rodzaj paliwa, technika jazdy, elementy geometryczne drogi.

4

Przykładowo, rzeczywisty skład spalin przy spalaniu niezupełnym może być zbliżony do

przedstawionego na Rys. 2.1.

azot = 71%

dw utlenek w

ę

gla- 18%

w oda - 9%

skł. szkodl.

tlen, gazy szlachetne

Rys 2.1. Przykładowy, rzeczywisty skład spalin samochodowych [9]

Przedstawione składniki spalania niezupełnego można podzielić na szkodliwe i

nieszkodliwe dla człowieka i środowiska. Podział ten przedstawia tabela Tab. 2.A.

Tab. 2.A. Produkty spalania paliw samochodowych [3]

PRODUKTY SPALANIA

SZKODLIWE

NIESZKODLIWE

Tlenki azotu N

X

O

Y

Azot N

2

Tlenki węgla CO

Dwutlenek węgla CO

2

Węglowodory C

m

H

n

Para wodna H

2

O

Sadza C

Wodór H

2

Dwutlenek siarki SO

2

Aldehydy R COH

Związki ołowiu Pb

Stopień toksyczności poszczególnych składników spalin w odniesieniu do najmniej

toksycznego produktu spalania – tlenku węgla CO ilustruje Tab.2.B.

Tab. 2.A. Skala toksyczności składników spalin w stosunku do tlenku węgla [3]

SUBSTANCJA TOKSYCZNA

WSKAŹNIK TOKSYCZNOŚCI

CO

1

Pył i sadza C

67

SO

2

71

C

m

H

n

103

NO

2

125

Pb

5000

5

Ogólny bilans mas składników toksycznych w ciągu roku w Polsce przez pojazdy

samochodowe przedstawia Tab. 2.C.

Tab.2.C. Bilans mas składników toksycznych wydzielanych przez pojazdy samochodowe w
ciągu jednego roku w tys. ton [1]

1992

udział % silników o

zapłonie

Nazwa

związku

1980

1985

1990

1991

1992

iskrowym samocz.

Tlenek węgla

1457

1192

1418

1470

1512

83

17

Węglowodany 403

337

401

410

424

86

14

Tlenki azotu

463

460

469

460

478

25

75

Dwutlenek
siarki

62

61

54

---

---

---

---

Sadza

24

23

25

*

20

20

---

100

Ołów

1,36

1,01

1,16

---

---

---

---

* - dane z roku 1989;
--- brak danych w aktualnym roczniku statystycznym.

Z przedstawionych danych wynika, że najbardziej toksycznym składnikiem spalin

samochodowych jest ołów Pb. Spośród w/w związków toksycznych w największej ilości

występuje w spalinach samochodowych tlenek węgla CO (składnik najmniej toksyczny). Ze

względu na wielkość emisji, CO powszechnie uważany jest za główny składnik

charakteryzujący spaliny samochodowe.

2.2. Miary stężeń gazów

Miarą stężenia substancji toksycznych jest procent objętości. Dla małych stężeń substancji

toksycznych stosuje się jednostkę

µ

/m

3

. Do roku 1990 obowiązywała w Polsce jednostka

mg/m

3

. W krajach anglosaskich często stosowaną jest jednostka ppm (parts per milion –

części na milion wagowo lub objętościowo). Większość urządzeń pomiarowych wyskalowana

jest także w tych jednostkach.

1ppm = 1000M/22,4 [

µ

g/m

3

]

M- masa cząsteczkowa przeliczanego związku

6

Porównanie jednostki ppm z jednostką

µ

g/m

3

przeprowadza się dla każdego związku

toksycznego oddzielnie. Poniżej przedstawiony został sposób porównania dla związku tlenku

węgla.

Dla tlenku węgla masa cząsteczkowa M wynosi:

M = M

C

+ M

O

= 12,1 + 15,99 = 28,10

M

C

– masa cząsteczkowa węgla;

M

O

– masa cząsteczkowa tlenu.

1 ppm = 1000M / 22,4 = 28100/22,4 = 1254 [

µ

/m

3

] dla CO.

Dla pozostałych związków porównanie takie przedstawione jest w Tab. 2.D.

Tab.2.D. Porównanie jednostek dla różnych związków

Rodzaj związku

Masa atomowa danego

związku

Wartość 1 ppm

Dla danego związku

Tlenek węgla CO

28,10

1 ppm = 1254

µ

g/m

3

Dwutlenek węgla CO

2

46,00

1 ppm = 2053

µ

g/m

3

Dwutlenek siarki SO

2

64,06

1 ppm = 2859

µ

g/m

3

Tlenek azotu NO

30,00

1 ppm = 1339

µ

g/m

3

Maksymalne stężenia substancji, które mogą oddziaływać na człowieka można wyrazić

kilkoma sposobami [4]:

1. Progowa wartość graniczna – średnia ważona czasowo: TLV-TWA – średnia ważona

czasowo stężenia dla 8 godzin dziennie i 40 godzin tygodniowo, na które człowiek

może być wielokrotnie narażony.

2. Progowa wartość graniczna – krótkookresowy limit narażenia: TLV-STEL –

definiowany jest jako 15 minutowe narażenie średnią ważoną czasowo – TWA, które

nie powinno wystąpić częściej niż 4 razy w ciągu 8 godzin i przy minimalnej przerwie

między narażeniami wynoszącej 1 godzinę.

3. Progowa wartość graniczna – szczyt TLV-C – stężenie, które nie powinno być

przekroczone podczas narażenia.

2.3. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w Polsce

7

Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w Polsce określa Dziennik Urzędowy Ministra

Zdrowia i Opieki Społecznej z 1985 roku. Podano w nim dopuszczalne wielkości stężeń oraz

w jakim powinny być one mierzone. Podane zostały stężenia dla trzech okresów

pomiarowych:

- stężenie dla okresu 30 min.;

- stężenie dla okresu 24 godz.;

- stężenie dla okresu 1 roku.

Ponadto wyróżnione zostały dwa rodzaje obszarów, dla których obowiązują odpowiednie

stężenia:

- Obszary chronione (parki narodowe, rezerwaty przyrody, obszary chronionego

krajobrazu, tereny uzdrowisk);

- Obszary (tereny zieleni wypoczynkowej, długiego pobytu, tereny sanatoryjne i

szpitale, tereny uczelni, szkół, przedszkoli, tereny usługowe, tereny zabudowy

administracyjnej).

Wyniki pomiarów przeprowadzanych na ulicach miast należy odnosić do wartości

dopuszczalnych dla obszaru.

Wielkości dopuszczalnych zanieczyszczeń komunikacyjnych w Polsce przedstawiono w

Tab.2.E i Tab.2.F.

Tab.2.E. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w [

µ

g/m

3]

RODZAJ OBSZARU

OBSZAR

OBSZAR CHRONIONY

Stężenie w czasie

Stężenie w czasie

RODZAJ

ZANIECZYSZCZENIA

30 min.

24 h

średnie

roczne

30 min.

24 h

średnie

roczne

1

2

3

4

5

6

7

Dwutlenek azotu NO

2

500

150

50

150

50

30

Tlenek węgla CO

5000

1000

120

3000

500

61

Sadza C

150

50

8

50

20

4

Dwutlenek siarki SO

2

600

200

32

250

75

11

Ołów Pb

---

1

0,2

---

0,5

0,1

8

Dopuszczalne stężenia substancji zanieczyszczających powietrze uważa się za

dotrzymane, jeżeli ich wartości podane w tabelach (rubryka 2,3,5,6) są przekroczone co

najwyżej dwukrotnie w ciągu 2% czasu w roku dla stężeń średniodobowych.

Wartości podane w tabelach dotyczą działania szkodliwej dawki każdej substancji. Jeżeli

w powietrzu znajduje się kilka substancji szkodliwych, występuje sumaryczny efekt ich

działania tzw. synergizm.

Tab.2.F. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w [ppm]

RODZAJ OBSZARU

OBSZAR

OBSZAR CHRONIONY

Stężenie w czasie

Stężenie w czasie

RODZAJ

ZANIECZYSZCZENIA

30 min.

24 h

średnie

roczne

30 min.

24 h

średnie

roczne

1

2

3

4

5

6

7

Dwutlenek azotu NO

2

0,24

0,07

0,02

0,07

0,02

0,01

Tlenek węgla CO

3,98

0,80

0,10

2,40

0,40

0,05

Dwutlenek siarki SO

2

0,21

0,07

0,01

0,09

0,03

0,00

* - dla pozostałych związków jak ołów i sadza powyższych przeliczeń nie można

przeprowadzić.

Obowiązujący obecnie akt prawny nie normuje jednak tego zagadnienia. W celu

przybliżonej oceny szkodliwego działania mieszaniny substancji (których stężenie każdej

oddzielnie nie przekracza stężenia dopuszczalnego), można zastosować następującą

zależność:

C

w1

/NDS

1

+ C

w2

/NDS

2

+ ……..+ C

wn

/NDS

n

< 1

C

wn

- wartości stężeń substancji zmierzonych;

NDS

n

– wartości stężeń dopuszczalnych aktem prawnym.

Metody pomiaru zanieczyszczeń

Wyróżnia się trzy główne sposoby pomiaru poziomu gazów, par, mgieł i pyłów w

atmosferze [7]:

1. Metody chemiczne

Określenie stężenia gazów toksycznych metodą chemiczną może odbywać się na

zasadzie:

9

- pobrania próbek, które analizowane są chemicznie w laboratorium;

- wykorzystania procesu chemicznego zachodzącego w kalorymetrycznej rurce

wskaźnikowej (zmiana barwy w obecności gazu toksycznego).

2. Metody mechaniczne

Obejmują one analizę pyłów i cząstek zbieranych na materiałach filtracyjnych.

Zanieczyszczenia wciągane są na materiały filtracyjne przy użyciu próbkujących

pomp o znanych prędkościach przepływu powietrza. Zebrany materiał podlega w

następnej kolejności typowym analizom chemicznym.

3. Metody elektroniczne

Metody te wykorzystują jednocześnie zjawiska elektryczne, fizyczne i chemiczne.

Przykładowo wykorzystywane są zjawiska:

- kalorymetrii chemicznej – elektroniczny pomiar zmiany barwy substancji

próbkującej gaz;

- fotometrii – pomiar ilości energii świetlnej absorbowanej przez próbkę gazu;

- katalityczne – pomiar ciepła wydzielanego przy reakcjach chemicznych na

powierzchni katalizatora;

- półprzewodnikowe – zmiana rezystancji półprzewodnika przy absorpcji gazu przez

jego powierzchnię;

- elektrochemiczne – przepływ prądu na skutek kontaktu próbki gazu z czujnikiem

chemicznym.

Spośród wymienionych metod największą popularność zdobywają ostatnie z

wymienionych. Umożliwiają bowiem stosunkowo szybki pomiar stężenia z możliwością jego

bezpośredniego odczytu.

3. Stanowisko pomiarowe

Wyposażenie stanowiska pomiarowego do badań zanieczyszczeń powietrza w ruchu

drogowym stanowi:

10

1. Miernik pomiaru zanieczyszczeń powietrza STX-70 wyposażony w czujnik tlenku

węgla;

2. Zestaw komputerowy z oprogramowaniem do analizy danych pomiarowych;

3. Drukarka.

3.1. Miernik pomiaru zanieczyszczeń STX-70

Miernik STX-70 jest przenośnym urządzeniem umożliwiającym m. in. pomiar takich

zanieczyszczeń występujących w układach komunikacyjnych jak:

- tlenek azotu;

- tlenek węgla;

- dwutlenek azotu;

- dwutlenek siarki.

Rodzaj mierzonego zanieczyszczenia zależy od zamontowanego w mierniku wymiennego

czujnika. Ze względu na zasadę działania czujnika, miernik zaliczany jest do urządzeń typu

elektrochemicznego. Podstawowymi elementami składowymi przyrządu są:

- czujnik elektrochemiczny;

- elektroniczny układ kontrolno-pomiarowy;

- wskaźnik (cyfrowy).

Budowę czujnika przedstawiono na Rys. 3.1.

11

Rys.3.1. Schemat czujnika elektrochemicznego [4]

Czujnik składa się z następujących elementów:

- czułej elektrody;

- przeciwelektrody;

- obudowy zawierającej elektrolit kwasowy;

- membrany teflonowej.

Zasada działania czujnika elektrochemicznego oparta jest na utlenianiu gazu toksycznego

na elektrodzie o kontrolowanym potencjale. Membrana czujnika pozwala na dyfuzję gazów

do miejsca reakcji zawierającego roztwór kwasowy. Cząsteczki gazów wchodzą w kontakt z

roztworem kwasowym przy elektrodzie czułej i przeciwelektrodzie, generując mały prąd.

Prąd ten jest proporcjonalny do stężenia gazu i wskazywany jest w jednostkach ppm.

Budowę miernika STX-70 z zaznaczeniem elementów funkcjonalnych jego wyposażenia

przedstawiono na rys.3.2.

Funkcje zaznaczonych elementów są następujące:

G A Z T O K S Y C Z N Y

Membrana teflonowa

Elektroda czuła

Przeciwelektroda

Elektroniczny

Układ

Kontrolny

i Pomiarowy

Elektrolit kwasowy

12

1.

Przycisk wprowadzania „E”/kalibracji „Cal”;

2.

Przycisk funkcyjny (niebieski);

3.

Włącznik podświetlenia wyświetlacz;

4.

Przycisk załączenia „On” / zmiany menu „+”;

5.

Przycisk wyłączenia „Off” / zmiany menu „-”

6.

Przycisk potwierdzenia „ACK” / trybu pracy „M”;

7.

Wejście czujnika gazu;

8.

Podświetlany wyświetlacz;

9.

Gniazdo danych RS-232;

10.

Pokrywa baterii;

11.

Pokrywa wskaźnika alarmu;

12.

Wizualny wskaźnik alarmu.

Miernik wyposażony jest także w zegar czasu rzeczywistego, kalendarz oraz pamięć.

Może obliczać:

STEL – średnie stężenie gazu toksycznego w ciągu ostatnich 15 minut;

TWA – średnią ważoną gazu toksycznego w zaprogramowanym przez operatora czasie

(od 1 h do 40 h). Częstotliwość zapisu może być regulowana w zakresie od 1 [s]

do 300[s].

13

Rys. 3.2. Budowa miernika STX-70

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

9

13

14

Przez złącze równoległe miernik może być połączony z komputerem w celu przepisania i

analizy danych. Podstawowe dane techniczne miernika przedstawione zostały w Tab. 3.A.

Tab.3.A. Dane techniczne urządzenia STX-70 [8]

Mie-

rzony

związek

Zakres
pomia-

rowy

Błąd

pomia-

ru

Czas

stabili-

zacji

Pamięć

własna

Tempe-

ratura

działania

Max.

okres

pomia-

ru

Rodzaj

czujnika

pomiaro-

wego

symbol

chemiczny

ppm lub %

ppm lub

%

sek.

Tak/Nie

°

C

h

---

CO

0

÷

999

ppm

1 ppm

5

Tak

-5

÷

40

2000

elektro-

chemiczny

NO

0

÷

999

ppm

1 ppm

5

Tak

-5

÷

40

2000

elektro-

chemiczny

SO

2

0

÷

99

ppm

0,1 ppm

5

Tak

-15

÷

40

2000

elektro-

chemiczny

NO

2

0

÷

99

ppm

0,1 ppm

5

Tak

-15

÷

40

2000

elektro-

chemiczny

O

2

0

÷

30%

1%

5

Tak

-20

÷

40

2000

elektro-

chemiczny

W celu przeprowadzenia miernikiem STX-70 pomiarów zanieczyszczenia powietrza

tlenkiem węgla (w taki czujnik wyposażony został miernik w stanowisku pomiarowym),

należy wykonać czynności opisane poniżej.

1. Dokonać załączenia miernika do pracy i wprowadzenia w tzw. tryb pracy w czasie

rzeczywistym:

a) Wcisnąć przycisk funkcyjny (2) wraz przyciskiem „On” (4). Po krótkim sygnale

dźwiękowym nastąpi wyświetlenie sekwencji podstawowych informacji

dotyczących:

- rodzaju czujnika – CO;

- stanu naładowania baterii – BATT „****” (wyświetlenie czterech gwiazdek

oznacza stan dobrego naładowania baterii);

- daty ostatniej kalibracji miernika – LAST CAL „MM..DD”;

- załączenia tzw. funkcji higieny umożliwiającej zapamiętywanie danych i

obliczenia STEL i TWA – RSETHYG.

b) Po wyświetleniu w/w komunikatów miernik przechodzi automatycznie w tryb

pracy w czasie rzeczywistym. Wyświetlacz będzie wskazywał aktualną wartość

stężenia tlenku węgla w ppm.

15

2. Dokonać zerowania miernika (w warunkach czystego powietrza):

a) w trybie pracy w czasie rzeczywistym wcisnąć i zwolnić przycisk funkcyjny (2)

wraz z przyciskiem kalibracji „Cal” (1). Po krótkim sygnale dźwiękowym miernik

rozpocznie funkcję automatycznego ustawienia zera. Będzie przekazywany komunikat

„AUTO ZERO”.

b) Po ustawieniu nowego zera odniesienia nastąpi:

- zatrzymanie przyrządu na około 10 [s];

- wydanie krótkiego sygnału dźwiękowego;

- powrót miernika w tryb pracy w czasie rzeczywistym;

- wyświetlenie wskazania „0000”.

c) W przypadku, gdy zerowanie przeprowadzone będzie w warunkach

zanieczyszczonego powietrza, miernik po komunikacie „AUTO ZERO” przejdzie

natychmiast w tryb pracy w czasie rzeczywistym i utrzyma poprzedni poziom

zerowania.

3. Wykasować zawartość pamięci miernika

a) Czynność tę wykonuje się za pomocą oprogramowania.

4. Dokonać wyłączenia miernika w następujący sposób:

a) Wcisnąć przycisk funkcyjny (9) łącznie z przyciskiem wyłączenia „Off” (5) do

czasu wydania przez przyrząd pięciu krótkich sygnałów dźwiękowych.

b) Odłączyć kabel portu szeregowego od miernika.

Przygotowany w w/w wymieniony sposób przyrząd nadaje się do przeprowadzenia sesji

pomiarowej w warunkach obiektu rzeczywistego. Rozpoczynając pomiar należy postępować

zgodnie ze wskazaniami podanym w punkcie 1. Początek sesji pomiarowej (z zapisem

danych) ma miejsce wtedy, gdy w trakcie wyświetlania komunikatu RSET HYG dokona się

załączeni przycisku wprowadzania „E” (1). Każde wyłączenie miernika powoduje

zapamiętanie zarejestrowanych danych jako jednej z sesji pomiarowych. Ponowne załączenie

rozpoczyna następną sesję pomiarową.

Zastosowany miernik posiada jeszcze wiele innych dodatkowych funkcji typu:

- odczyt najwyższego stężenia gazu PEAK;

- odczyt wartości TWA;

- odczyt wartości STEL;

16

- ustawienie kodu dostępu;

- ustawienie progów alarmowych (niskiego, wysokiego TWA i STEL);

- ustawienie daty i czasu.

Ze względu na to, że większość nastaw jest wprowadzana do miernika oraz ze względu na

możliwość niekontrolowanego podziału sesji pomiarowych przy dokonywaniu ustawień, nie

podano sposobu ich przeprowadzania. Obejmuje to oryginalna instrukcja obsługi miernika

STX-70 [5]. Natomiast odczyt tych dodatkowych wskazań miernika możliwy jest także po

zakończonych sesjach pomiarowych w trakcie analizy zebranych danych.

3.2. Oprogramowanie analizy danych – instrukcja użytkownika

Oprogramowanie miernika służy do tabelarycznej i graficznej analizy danych

zarejestrowanych w czasie poszczególnych sesji pomiarowych. Na zajęciach przedstawione

zostaną najważniejsze zasady korzystania z oprogramowania umożliwiającego szybkie (w

ramach ćwiczenia) przeprowadzenie analizy zebranych wyników. Szczegółowe informacje

zawarte są w oryginalnej instrukcji obsługi oprogramowania [6].

4. Program badań zanieczyszczeń powietrza w ruchu drogowym – zasada

przeprowadzania pomiarów

Badania zanieczyszczeń środowiska powodowanych przez ruch drogowy mogą dotyczyć

rozpoznania wpływu wielu czynników. Do najważniejszych czynników mogących wywierać

wpływ na emisję zanieczyszczeń można zaliczyć [10]:

- Parametry geometryczne dróg (pochylenia podłużne, kształt drogi w planie,

kształt drogi w przekroju);

- Rozwiązania organizacji ruchu na odcinkach międzywęzłowych(oznakowanie

poziome, ograniczenia prędkości, występowanie przejść dla pieszych w

poziomie jezdni, ograniczenia ruchu spowodowane np. robotami drogowymi,

preferencje dla komunikacji zbiorowej);

- Rozwiązania organizacji ruchu na skrzyżowaniach (czytelność oznakowania,

geometria skrzyżowania, sposoby podporządkowania wlotów, lokalizacja

przystanków komunikacji zbiorowej, skrzyżowanie sterowane - niesterowane);

17

- Elementy sterowania ruchem (rodzaj sterowania – cykliczne, acykliczne;

programy sygnalizacji – program awaryjny, program dostosowany do wymagań

ruchu, program rozbieżny z wymaganiami ruchu; parametry programu

sygnalizacji – długość cyklu, podział cyklu);

- Rozwiązania układów komunikacyjnych (alternatywne trasy objazdowe, strefy

ograniczonego parkowania, koordynacja sterowania na ciągach i w sieciach

ulic).

Część z wymienionego powyżej programu badań wymaga dysponowania złożonym

stanowiskiem, umożliwiającym jednoczesne monitorowanie wielu punktów pomiarowych.

W warunkach wyposażenia ćwiczenia laboratoryjnego możliwe są do przeprowadzenia

jedynie badania wpływu niektórych czynników na zanieczyszczenie środowiska. Do

czynników tych można zaliczyć:

- intensywność strumienia;

- strukturę rodzajową ruchu;

- prędkość strumienia;

- wybrane elementy rozwiązań geometrycznych drogi lub ulicy.

Każde badanie zanieczyszczenia powietrza powinno odpowiadać generalnym założeniom

sformułowanym na podstawie doświadczeń uzyskanych w Instytucie Ochrony Środowiska w

Warszawie. Założenia te są następujące:

- Przeprowadzenie pomiarów zalecane jest w miesiącach maj – czerwiec oraz

wrzesień – październik;

- najlepszymi dniami są dni bezwietrzne, pochmurne ale nie deszczowe;

- pomiar powinien odbywać się w bliskiej odległości od poruszających się

pojazdów (ok. 1[m]);

Zasady przeprowadzenia pomiarów i analizy wyników dla określenia wpływu wybranych

czynników na zanieczyszczenie środowiska podane zostały poniżej.

18

A. Badanie wpływu intensywności strumienia na stężenie tlenku węgla

a.1. Dokonać wyboru przekroju odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się znacznymi

wahaniami intensywności strumienia w różnych porach dnia;

a.2. Dla różnych pór dnia (minimum dwóch) przeprowadzić godzinne monitorowanie stężenia

CO zgodnie z podanymi założeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w

przedziałach 120 sekundowych.

a.3. W trakcie każdej sesji pomiarowej przeprowadzać pomiar natężenia ruchu w 120

sekundowych przedziałach pomiarowych.

a.4. Wykorzystując testy zgodności rozkładów przeprowadzić analizę statystyczną, polegającą

na sprawdzeniu tego samego poziomu intensywności dopływu w sesji pomiarowej oraz

ustalić wartość intensywności w poszczególnych sesjach.

a.5. W przypadku, gdy w jednej z sesji pomiarowych występują różne poziomy intensywności

dopływu, dokonać takiego rozdzielenia sesji pomiarowej (tworzy się dodatkową sesję),

aby poziom intensywności dopływu w każdej sesji można było uznać za stały.

Rozdzielić także monitorowane dane o stężeniu CO tak, aby pozostały one w ścisłym

związku z wyróżnionymi sesjami pomiarowymi.

a.6. Korzystając z oprogramowania detektora STX-70 dokonać analizy stężenia tlenku węgla

w funkcji czasu. W tym celu wyznaczyć dla sesji pomiarowych:

- charakterystykę wskazań czujnika tlenku węgla;

- charakterystykę zmian wartości średniego ważonego stężenia tlenku węgla –

TWA;

- charakterystykę zmian wartości średniego piętnastominutowego stężenia tlenku

węgla w czasie sesji pomiarowej – STEL.

a.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów wartości natężeń

strumienia z przedziałów pomiarowych oraz zaznaczyć poziomy intensywności

strumienia.

a.8. Przeprowadzić analizę wpływu wahań natężenia oraz intensywności strumienia na

stężenie tlenku węgla.

a.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą

danego przekroju pomiarowego) TWA=f(

λ

) punkty końcowe TWA.

19

B. Badanie wpływu struktury rodzajowej ruchu na stężenie tlenku węgla

b.1. Dokonać wyboru drogi lub ulicy charakteryzującego się stałym poziomem intensywności

strumienia i różnorodną strukturę rodzajową (znacznymi wahaniami w udziale

pojazdów ciężkich tzn. ciężarowych i autobusów).

b.2. Dla przewidywanych różnych poziomów udziału pojazdów ciężkich (minimum dwóch)

przeprowadzić godzinne monitorowanie stężenia CO zgodnie z podanymi założeniami

generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w przedziałach 120 sekundowych.

b.3. W każdej sesji pomiarowej przeprowadzić pomiar natężenia ruchu i struktury rodzajowej

w 120 sekundowych przedziałach pomiarowych.

b.4 Wykorzystując testy zgodności rozkładów, przeprowadzić analizę statystyczną polegającą

na sprawdzeniu tego samego poziomu intensywności strumienia w sesjach

pomiarowych. W przypadku różnych poziomów intensywności w sesjach pomiarowych,

dokonać wyboru tych przedziałów czasu w sesjach, w których poziom intensywności

można uznać za stały. Ograniczyć do tych przedziałów czasu liczbę danych uzyskanych

z monitorowania stężenia CO.

b.5. Dla jednakowych poziomów intensywności wyznaczyć wartość intensywności oraz

procentowe udziały pojazdów ciężkich w przedziałach pomiarowych i w

poszczególnych sesjach.

b.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.

b.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów procentowe udziały

pojazdów ciężkich w poszczególnych przedziałach pomiarowych oraz zaznaczyć średni

poziom tego udziału w każdej sesji pomiarowej.

b.8. Przeprowadzić analizę wpływu udziału pojazdów ciężkich na stężenie tlenku węgla.

b.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą

danego przekroju pomiarowego) TWA = f(

λ

,PC) punkty końcowe TWA.

20

C. Badanie wpływu prędkości strumienia pojazdów ciężkich na stężenie tlenku węgla

c.1 Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną

intensywnością strumienia, ale różnymi prędkościami dopuszczalnymi. Na odcinku tym

wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe, na których różne są prędkości dopuszczalne.

c.2. W przekrojach pomiarowych przeprowadzić godzinne monitorowanie stężenia CO

zgodnie z podanymi założeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w

przedziałach 120 sekundowych.

c.3. W każdej sesji pomiarowej przeprowadzać pomiar natężenia i prędkości punktowej

(pomiar za pomocą radaru) oznaczając 120 sekundowe przedziały pomiarowe.

c.4. Analogicznie jak w punkcie b.4.

c.5. Dla jednakowych poziomów intensywności wyznaczyć wartość intensywności oraz

ś

rednie wartości prędkości w przedziałach pomiarowych i w poszczególnych sesjach.

c.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.

c.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów średnie wartości prędkości

w poszczególnych przedziałach pomiarowych oraz zaznaczyć poziom średniej prędkości

w każdej sesji pomiarowej.

c.8. Przeprowadzić analizę wpływu prędkości pojazdów na stężenie tlenku węgla.

c.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą

danego odcinka drogi lub ulicy) TWA = f(

λ

,V) punkty końcowe TWA.

D. Badanie wpływu elementów organizacji ruchu (przejście dla pieszych, wygrodzenie pasa

ruchu itp.) na stężenie tlenku węgla

d.1. Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną

intensywnością strumienia, taką samą prędkością dopuszczalną oraz wprowadzonym

elementem organizacji ruchu. Na odcinku tym wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe, z

których jeden powinien być umieszczony w bezpośredniej bliskości elementu

organizacji ruchu, drugi zaś w znacznym oddaleniu od tego elementu.

21

d.2. W przekrojach pomiarowych przeprowadzić godzinne monitorowanie stężenia CO

zgodnie z podanymi założeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w

przedziałach 120 sekundowych.

d.3. W każdej sesji pomiarowej przeprowadzić pomiar natężenia ruchu w 120 sekundowych

przedziałach pomiarowych.

d.4. Analogicznie jak w punkcie b.4.

d.5. Wyznaczyć wartość intensywności wspólną dla sesji pomiarowych.

d.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.

d.7. Na wykonanych charakterystykach, nanieść w postaci histogramów wartości natężeń

strumienia w przedziałach pomiarowych oraz wyznaczoną w punkcie d.5. wartość

intensywności strumienia.

d.8. Przeprowadzić analizę wpływu wybranego w punkcie d.1. elementu organizacji ruchu na

stężenie tlenku węgla.

d.9. Korzystając z wydruku podsumowania, nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą

danego elemen4tu organizacji ruchu) TWA = f(

λ

) punkty końcowe TWA. Rozróżnić

punkt dotyczący przekroju pomiarowego przy elemencie organizacji ruchu i poza nim.

E. Badanie wpływu parametrów geometrycznych drogi (pochylenie podłużne, kształt drogi

w planie, kształt drogi w przekroju) na stężenie tlenku węgla

e.1. Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną

intensywnością strumienia, identyczną prędkością dopuszczalną, ale o różnych

parametrach geometrycznych drogi. Na odcinku wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe

uwzględniające różne parametry geometryczne drogi.

e.2. Analogicznie jak w punkcie d.2.

e.3. Analogicznie jak w punkcie d.3.

e.4. Analogicznie jak w punkcie d.4.

e.5. Analogicznie jak w punkcie d.5.

e.6. Analogicznie jak w punkcie d.6.

e.7. Analogicznie jak w punkcie d.7.

22

e.8. Przeprowadzić analizę wpływu wybranego w punkcie e.q. parametru geometrycznego

drogi na stężenie tlenku węgla.

e.9. Korzystając z wydruku podsumowania, nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą

danego odcinka drogi) TWA = f(

λ

) punkty końcowe TWA z rozróżnieniem parametrów

geometrycznych drogi, których one dotyczą.

5. Literatura

1. Rocznik statystyczny 1993 rok – Ochrona Środowiska

2. Dziennik Urzędowy MZiOS 1986 rok

3. Datka St., Suchorzewski W., Tracz M.: „Inżynierii Ruchu” WKiŁ 1989 rok

4. Delta Service: „Twój detektor osobisty – monitorowanie atmosfery dla bezpieczeństwa

pracowników”, materiały pomocnicze. Zielonka 1994 rok

5. Delta Service: „STX 70 - osobisty przyrząd do wykrywania gazów”, instrukcja obsługi

6. Delta Sernice: „STX 70 – oprogramowanie bazy danych higieny”, instrukcja obsługi

7. Materiały Seminaryjne Polskiego Towarzystwa Sensorowego. Gdańsk 1992 rok

8. Ceglarski W.: „Stanowisko pomiarowe do badania zanieczyszczenia powietrza i poziomu

hałasu wywołanego ruchem drogowym”. Praca Dyplomowa magisterska. Wydział

Transportu, Politechnika Warszawska. Warszawa 1994 rok

9. Jakubowski J.: „Motoryzacja i ochrona środowiska”. WKiŁ. Warszawa 1976 rok

10. Suda J., Buda M.: „Badania poziomu hałasu i zanieczyszczenia powietrza w ruchu

drogowym”. Sprawozdanie z realizacji tematu 503/163/421. Wydział Transportu.

Politechnika Warszawska. Warszawa, 1993 rok. Praca niepublikowana.