К новым методам измерения и распознавания микрочастиц пылей в атмосферном воздухе

Доказанная опасность микрочастиц пылей для здоровья населения определяет потребность в автоматизированных и мобильных устройствах, позволяющих оперативно в режиме реального времени анализировать химический и дисперсный твердой компоненты загрязнения и заместить трудоемкие методы отбора проб и раздельного определения фракционного и химического состава пыли. Цель исследования состояла в разработке и апробации новых методических, программных и инструментальных подходов к мониторингу твердых частиц в атмосферном воздухе. Предложен аппаратно-программный комплекс, реализующий двухэтапную схему распознавания отобранных из атмосферного воздуха твердых частиц по принципу «от грубого к точному». На первом этапе происходит определение общей концентрации твердых частиц с использованием метода лазерной дифракции. Для получения микрофотографий пыли используется миниатюрный микроскоп iMicro Q2 с увеличением в 800 раз. Линза микроскопа присоединяется к камере, подключенной к микро-компьютеру nVidia Jetson Nano. Микрокомпьютер выполняет классификацию и определение контуров частиц с использованием нейронной сети, решает задачу сегментации изображения. На втором этапе схемы применяется принцип «компьютерного зрения», автоматизирующий рутинные операции распознавания изображений частиц, получаемых с микроскопа, для расчета содержания веществ в пробе. В качестве обработчика информации применяется вторая нейронная сеть, выполняющая заданный набор вычислений согласно математической логике (модели). Обучение нейросети выполняется на библиотеке атрибутированных микрофотографий пылей разного качественного и дисперсного состава. При апробации алгоритма результаты определения дисперсного и химического состава пыли показали высокую сходимость с аналогами, полученными с использованием стандартных подходов и методов измерений. Показаны широкие возможности метода, по оперативному установлению состава и структуры пылей, формированию профилей пылевого загрязнения, оценке вклада источника в формирование загрязнения. Получаемые результаты обеспечивают повышение корректности и точности оценки рисков для здоровья при воздействии пыли, содержащейся в атмосферном воздухе.