CC BY
119
Тула:Изд-во ТулГУ, 2008. С.173-182.
V.S. Karpov, V.M. Panarin, A.A. Gorjunkova
INFORMATION AND MEASURING SYSTEM MONITORING OF POLLUTION ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER DEVELOPED REGIONS
The current data collection of environmental information indicating the deficiencies, and proposes a new system of environmental monitoring in the automated mode allows to collect and analyze information on air pollution are described.
Key words: information and measuring system, environmental monitoring, air pollution, the automated system, hazardous substances.
Получено 20.01.12
УДК 504.064
В.С. Карпов, д-р техн. наук, проф., (4872)33-25-20 [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.М. Панарин, д-р техн.наук, проф., (4872)35-37-60, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.А. Горюнкова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-37-60, anna [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Приводится описание информационно-измерительной системы оценки загрязнения атмосферного воздуха, которая позволяет проводить сбор информации различными типами датчиков, использовать всевозможные технические средства, вести сравнительный анализ полученных данных, а также решать важнейшие задачи, например, определять вклад отдельных предприятий в загрязнение атмосферного воздуха в настоящий момент времени.
Ключевые слова: информационно-измерительная система, экологический мониторинг, загрязнение атмосферы, концентрация, вредные вещества.
Результаты геоэкологических исследований однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземного слоя атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор влияния на человека, пищевую цепь и окружающую среду.
В числе важнейших функций управляющих структур в настоящее время является организация мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха, предупреждению аварийных выбросов, а также прогно-
зирование и моделирование возможной экологической обстановки. Решение этих задач требует обеспечения органов управления оперативной и надежной информацией. Основным источником данной информации являются промышленные предприятия. Полная и своевременная информация о промышленных предприятиях и выбросах является основой для решения задач по снижению загрязнения атмосферы.
Разработанная информационно-измерительная система оценки загрязнений атмосферного воздуха является составной частью системы экологического мониторинга, в которую входят следующие основные процедуры [1]:
- выделение объекта наблюдения;
- обследование выделенного объекта наблюдения;
- составление информационной модели для объекта наблюдения;
- планирования и проведение измерений;
- оценка состояния объекта наблюдения и идентификация его информационной модели;
- прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;
- представление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.
Общая структура автоматизированной системы мониторинга загрязнения атмосферы представлена на рис. 1.
Следует принять во внимание, что сама информационноизмерительная система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.
Перспективные информационно-измерительные и автоматизированные системы экологического мониторинга создаются как интегрирующая надстройка уже существующих систем наблюдения.
В структуре информационно-измерительной системы мониторинга можно выделить несколько составных частей:
- информационно-измерительная система сбора экологической информации, которая представляет собой группу датчиков для осуществления измерений и компьютер со специальным программным обеспечением (ПО), управляющим постом;
- подсистема передачи и хранения информации на центральном сервере, которая представляет собой компьютер, на котором установлен сервер баз данных (БД) и специализированное ПО;
- подсистема обработки, анализа и отображения информации, представляющая собой компьютер, на котором установлено специализированное ПО для обработки и анализа информации.
ОСНОВА автоматизированной системы управления
Организационно-экономическая база
Организацианно-энонол» ическая концепция Орган изационна-эконолл ическая концепция Организационноэкономическая концепиир Оргэнмза цион но-гкономичвская концепиир
Информационная база
Генеральный массив Генеральный массив Оперятийный массив
Математическое обеспечение
Система програм мирован Операционная система Общесистемный комплекс Пакеты типовых модулей
-и
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы управления
Схема информационно-измерительной системы мониторинга атмосферного воздуха представлена на рис. 2 [2].
На постах мониторинга происходит сбор информации посредством считывания данных, посылаемых датчиками на порт персонального компьютера. На компьютере происходят разбор данных и первичная обработка, после чего они записываются в локальную БД. Датчики, входящие в аппаратную часть данной системы, позволяют осуществлять замеры концентрации таких веществ, как оксид углерода (СО), диоксид серы ^02), оксид азота (N02), пыли и других газов. Посты мониторинга должны располагаться как вблизи источников выбросов, так и вблизи социальнозначимых объектов региона.
Подсистема передачи и хранения информации через определенный интервал времени осуществляет опрос постов и записывает данные из локальной БД на сервер, после чего удаляет данные из локальной БД.
Рис. 2. Структура информационно-измерительной системы мониторинга атмосферного воздуха
Подсистема обработки и анализа информации представляет собой программу, которая устанавливается на рабочее место оператора и отображает информацию о состоянии атмосферного воздуха в городской среде в более наглядном виде.
Подсистема обработки и анализа строится на базе персонального компьютера с современным программным обеспечением, позволяющим в режиме реального времени получать экологическую информацию о картине загрязнения атмосферного воздуха, моделировать процессы загрязнения и отображать результаты моделирования на электронной карте или схеме, а также в виде диаграмм, графиков и таблиц.
Подсистема обработки и анализа информации выполняет следующие функции:
- оперативный анализ текущей экологической обстановки;
- накопление и архивирование данных измерений и наблюдений,
- информационный поиск и доступ к архивной информации;
- математическое моделирование экологических процессов,
- анализ и прогноз динамики загрязнений;
- управление режимами работы системы мониторинга.
Разработанные алгоритмы позволили создать информационноизмерительную систему, позволяющую осуществлять сбор посредством измерения концентраций загрязняющих веществ, обработку и отображение
экологической информации о загрязнении атмосферы.
Система состоит из программы настройки, серверной части и программы сбора на локальном пост.
1. Программа «Wingasan». В окне программы отображаются название веществ и их значения и имеется возможность отображения данных, снимаемых с метеостанции, таких, как направление ветра, температура и т.п.
2. Программа «GasanAdmin». Используется для настройки поста.
3. Программа «Monitor». Используется для отображения экологической информации.
Подсистема сбора информации предназначена для снятия информации с датчиков, осуществляющих замеры концентрации веществ (рис. 3)
[3].
Рис. 3. Подсистема сбора информации
Подсистема сбора информации является средством накопления локальных данных на стационарных постах мониторинга. Для осуществления передачи данных на центральный сервер данная подсистема тесно взаимодействует с подсистемой передачи и хранения информации.
Подсистема передачи и хранения информации предназначена для передачи информации с компьютера пользователя на сервер, на котором в дальнейшем она будет обрабатываться. В настоящее время распространено несколько разновидностей коммуникационных каналов, что предусматривает работу подсистемы в разных режимах соединения с сервером: модемное соединение, соединение по локальной сети, соединение по сети Интернет, соединение с помощью GSM-модема.
Подсистема анализа и отображения информации обеспечивает наглядное представление данных, полученных с постов мониторинга, дает возможность прогнозировать распространение вредных веществ с учетом инвентаризации источников выбросов, метеопараметров и городской застройки [1].
Данные, необходимые для проведения моделирования, поступают непосредственно с сервера и после обработки отображаются в графическом виде на картах с возможностью импортировать их в среду AutoCAD Map.
Полученные в результате моделирования значения (в долях ПДК) загрязняющих веществ сравниваются со значениями, поступающими с
датчиков, осуществляющих замеры концентрации веществ (подсистема сравнения данных), что составляет полное, комплексное представление об экологической ситуации в реальном масштабе времени.
На рис. 4 предложена функциональная схема автоматизированная системой контроля и экологического мониторинга состояния атмосферного воздуха. Эта система относится к экологическим системам сбора информации, диагностики состояния атмосферы горнопромышленного региона и предназначена для использования в системе атмосфероохранных мероприятий для оперативного выявления источников загрязнения атмосферы с текущим нормативно-несанкционированным уровнем выбросов вредных веществ [4].
Рис. 4. Система экологического мониторинга атмосферного воздуха горнопромышленного региона
Задачей предложенной системы является повышение эффективности получения объективной информации об экологической обстановке.
Для решения поставленной задачи в информационноизмерительную систему экологического мониторинга атмосферного воздуха, содержащую первую группу датчиков экологического контроля состояния среды, вторую группу датчиков состояния среды, средства радиосвязи датчиков второй группы с аппаратурой городской телефонной сети, центральный диспетчерский пункт, введена электротранспортная единица, снабженная быстродействующими газовыми датчиками экологического контроля состояния атмосферы, система GPS, мобильная телефонная система, соединенная по средствам мобильной телефонной связи с центром обработки и сравнения данных, группа датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения, соединенная через одноименные проводные каналы связи с центром моделирования, выходы которого соединены с входом центра обработки и сравнения данных.
Благодаря установке быстродействующих газовых датчиков экологического контроля состояния атмосферы, системы GPS и мобильной телефонной станции на электротранспортных единицах расширяются функциональные возможности системы наблюдения за изменением состояния атмосферы региона и контроля движения транспорта в любой точке региона.
Поступление информации в Интернет позволяет следить за изменением состояния атмосферы из любой точки региона, а также контролироваться подразделениями Гидрометеоцентра, Комитета по охране природы, Центра по санэпиднадзору с направляющей и координирующей ролью администрации города.
Установка в центре моделирования соответствующего программнотехнического комплекса позволяет сформировать карту распределения загрязнений атмосферы в соответствии с полученными от групп датчиков, установленных непосредственно на источниках загрязнения атмосферы, (трубах) данными об экологической ситуации в горнопромышленном регионе. Полученные значения ПДК сравниваются со значениями, полученными от групп наземных датчиков разного действия и датчиков электро-транспортных единиц, что составляет полное, комплексное представление об экологической ситуации в реальный момент времени.
Информационно-измерительная система работает следующим образом.
Газовые датчики контроля состояния атмосферы измеряют концентрации загрязняющих веществ непосредственно у источников (труб) и вместе с метеорологическими данными, полученными с метеостанции, отправляются в центр моделирования, где с помощью специального программно-технического комплекса, например программного комплекса «Призма», разработанного НПП «Логус» (г. Красногорск Московской области), строятся карты полей концентрации загрязняющих веществ. Полученные данные моделирования процессов поступают в центр сравнения данных. Быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы устанавливаются в верхней части снаружи каждой электротранспортной единицы, там же устанавливается система GPS, связанная со спутниками, что позволяет отслеживать координаты движения электротранспортной единицы с точностью до нескольких метров. Мобильная телефонная станция, имеющая выход в Интернет, устанавливается внутри электротранспортной единицы в любом удобном месте. Информация о состоянии атмосферы от быстродействующих датчиков и координаты движения от системы GPS передаются по средствам мобильной связи в центр сравнения данных. Параллельно для мониторинга атмосферы датчики 1-й группы для дистанционного и датчики 2-й группы непосредственного экологического мониторинга воздушной среды измеряют концентрацию вредных веществ, пространственные, временные и вероятностные
параметры зон загрязнения, характеристики источников загрязнения и формируют типовое сообщение.
Типовое сообщение датчиков 1-й группы непосредственного и датчиков 2-й группы дистанционного экологического мониторинга передается по проводным (кабельным) линиям связи в центр обработки данных. При удалении места расположения датчиков 2-й группы в месте дислокации центра сравнения данных на наличие абонементского пункта городской (региональной) телефонной сети в месте расположения датчиков 2-й группы позволяет передать типовое сообщение с использованием модема по городской телефонной сети и радиомодема в центр сравнения данных.
При мониторинге мест, удаленных от городской (региональной) телефонной сети, с помощью датчиков 2-й группы непосредственного экологического мониторинга атмосферы передача типового сообщения от этих датчиков осуществляется по маломощным средствам радиосвязи (радиомодем).
Центральный диспетчерский пункт собирает информацию об экологическом состоянии города (региона), регистрирует ее и представляет с помощью технических средств как в автоматическом, так и в диалоговом режимах, а также передает информацию об экологическом состоянии региона (города) в вышестоящие и смежные системы экологического мониторинга.
Конструкция предложенной системы экологического мониторинга атмосферного воздуха горнопромышленного региона основана на использовании известных элементов и технических трудностей для реализации не представляет.
Таким образом, система позволяет проводить сбор информации различными типами датчиков, использовать всевозможные технические средства, вести сравнительный анализ полученных данных, а также решать важнейшие задачи, например, определять вклад отдельных предприятий в загрязнение атмосферного воздуха в настоящий момент времени [4].
Список литературы
1. Агапов А.А Принципы построения автоматизированной инфор-мационно-управляющей системы регулирования промышленной безопасности // Безопасность труда в промышленности. 2000. № 6. С. 15-19.
2. Автоматизированная система поддержки принятия решений по ликвидации чрезвычайных ситуаций на химически опасных объектах / Ю.Н. Пушилина [и др.]// Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности». Вып. № 1 (35) - февраль 2011 г.
3. Бизикин А.В. Автоматизированная система экологического мониторинга воздуха: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2008. 147с.
4. Пат. 2780023 Система экологического мониторинга атмосферно-
го воздуха промышленного региона, Патентообладатель: Тульский государственный университет: Рос. Федерация.
V.S. Karpov, V.M. Panarin, A.A. Gorjunkova
INFORMATION AND MEASURING SYSTEM CALCULATION OF AIR POLLUTION
The article describes the information-measurement system evaluation of air pollution, which allows the collection of information by various types of sensors, using various technical means, to conduct a comparative analysis of the data and solve critical problems, for example, to determine the contribution of individual plants to air pollution in at the time.
Key words: information-measuring system, environmental monitoring, air pollution, the concentration of harmful substances.
Получено 20.01.12
УДК 004.7
В.С. Карпов, д-р техн. наук, проф., декан, (4872)-33-25-20, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю.В. Седельников, нач/ сектора, [email protected]
(Россия, Тула, ТРО МОО «Академия информатизации образования»),
А.А. Сычугов, канд. техн. наук, доц., [email protected] (4872)-33-24-45 (Россия, Тула, ТулГУ)
ЗАДАЧА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ИНФРАСТРУКТУРНЫХ ПРОЕКТОВ
Рассмотрены особенности современных инфраструктурных проектов и вытекающие из этого сложности мониторинга их состояния. Ставится задача разработки методик построения систем мониторинга, которые позволят повысить актуальность получаемой информации.
Ключевые слова: инфраструктурный проект, система мониторинга, центр управления в кризисных ситуациях, динамическая система.
Характерной чертой современного общества является всё большее усложнение инфраструктуры и, как следствие, инфраструктурных проектов в целом и отдельных объектов инфраструктуры в частности, которые характеризуются сложностью и комплексностью технологических процессов, а также пространственным разнесением отдельных функциональных блоков и систем по отношению к центру (центрам) управления. Особенностью является их комплексность: множество существенно разнотипных
