CC BY
17
^ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 656.1:504.3.054
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И СЕРВИСНАЯ ДИАГНОСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТА ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ДОРОЖНЫХ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
В.Н. Ложкин1, О.В. Ложкина2, И.А. Онищенко3
1'ъФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университет ГПСМЧС России» 196105, Россия, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149
Проанализирована безопасность эксплуатации автотранспорта в Санкт-Петербурге. Методология позволяет прогнозировать дорожно-транспортные происшествия и концентрации поллютантов на магистралях с учетом диагностики нейтрализаторов. Показано, что введение европейских требований Евро 4, 5 нормализует ситуацию на улицах города.
Ключевые слова: автомобили, дорожно-транспортные происшествия, поллютанты, моделирование, нейтрализатор, сервис.
FORECASTING AND SERVICE DIAGNOSTICS OF SAFE OPERATION OF TRANSPORT IN ADVERSE ROAD AND METEOROLOGICAL CONDITIONS
V.N., Lozhkin, O.V. Lozhkina, I.A Onishenko
Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia 96105, Russia, St. Petersburg, Moskovsky Avenue, 149
The safety of operation of road transport in St. Petersburg (Russia) is analyzed. The new methodology allows predicting traffic accidents and air pollution on city highways, taking into account service diagnostics of exhaust gas neutralizes. It is shown that the introduction of European requirements to the technical state of transport Euro 4, 5 normalizes the situation on city streets.
Keywords: cars, road accidents, pollutants, modeling, neutralizer, service.
Введение. В соответствии с документом Европейского Союза «Миссия к 2050 году» [1], в Европе ожидается сократить число дорожно-транспортных происшествий (ДТП) с погибшими и тяжелоранеными участниками дорожного движения на 50% к 2020 году, а к 2050 году приблизить число пострадавших на дорогах к нулю. Загрязнение воздуха поллю-тантами автотранспорта в городах Европы введением с 2016 года требований Евро-6, практически, сегодня соответствует гигиеническим требованиям [2].
С 1 января 2015 года вступило в силу Решение Комиссии Таможенного Союза Евразийского Экономического Сообщества № 877 от 9 декабря 2011 года по принятию Технического регламента «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011) с из-
менениями в редакции Решения Совета Евразийской экономической комиссии № 6 от 30 января 2013 года. Следует положительно отметить, что Требования Технического регламента таможенного союза оказались строго гармонизированы с требованиями [1, 2]:
- Правил Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций, принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах, и об условиях взаимного признания официальных утверждений, выдаваемых на основе этих предписаний», заключенного в Женеве 20 марта 1958 года [2];
1 Ложкин Владимир Николаевич - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства ФГБОУ ВО СПбУ ГПС МЧС России, тел. +7 (812) 36955-18, е-mail: [email protected];
2Ложкина Ольга Владимировна - кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры физико-химических основ процессов горения и тушения ФГБОУ ВО СПбУ ГПС МЧС России ,е-mail: о1о]Шпа@уаЫех.т;
3Онищенко Игорь Анатольевич - адъюнкт ФГБОУ ВО СПбУ ГПС МЧС России, е-mail: [email protected]
- Глобальных технических правил, принимаемых на основании «Соглашения о введении Глобальных технических правил для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах», заключенного в Женеве 25 июня 1998 года [2];
- Предписаний, принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных условий для периодических технических осмотров колесных транспортных средств и о взаимном признании таких осмотров», заключенного в Вене 13 ноября 1997 года.
Таким образом, Россия в составе Евразийского экономического союза остается открытой для передовых технологий прогнозирования техносферной безопасности автотранспорта
[1 - 3], в частности, в сфере сервиса нейтрализаторов [4], на федеральном и региональном (Санкт-Петербург) уровнях.
Методология и результаты. Прогнозирование техносферной безопасности автотранспорта в Санкт-Петербурге выполняется нами на основе анализа выявленных закономерностей изменения численности (рис. 1), возрастной структуры (рис. 2), коррелируемых с техническим и гигиеническим состоянием (рис. 3) эксплуатируемого парка транспортных средств. Последние данные получены расчётом в долях (%) автотранспорта на конец исследуемого периода.
2000
1500
2 10 у 1000
3
н
500
0
1388,8
1462,4
1741,3 1537,5Г* '670,81638,2
1165,6 1063,5 13,8
1284,6
1421,2
.о
46,71 21,8
21,7122,5
22,4 22
17,21
1326,0
0 22
29,0139,
21
01 22,4 21,
17,7 20,2
работанный научной школой профессора ФГБОУ СПбГАСУ П.А. Кравченко [1].
70
« 60
§ 50
40
о 30
£ 20
§ 10 о
ч 0
63
64
50
46 44 35 36 33
40 41
^"ЗТ
48 156 48 ЙЙ
44 42
31
2Л4 МглЯНШИП^тт] 1 Г Г I I I I 1'1'П I
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 000000000000 222222222222
до 5 от 5 до 10 ■ более 10
Рисунок 2 - Изменение соотношения транспортных средств по возрасту в Санкт-Петербурге с 2004 по 2015 гг.
45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
37,6
25,8
9*5
5
I I
легковые
ЕВРО -0 ЕВРО -3
18,8
10,7 1 4,7
I
1,5
грузовые
ЕВРО - 1 ЕВРО - 4
автобусы
ЕВРО - 2 ЕВРО - 5
^ ^ ¿V ^ ^
□ легковые □ грузовые □ автобусы
Рисунок 1 - Изменение численности автомобильного транспорта в Санкт-Петербурге с 2004 по 2015 гг.
Методологическим базисом теоретического исследования проблемы организации безопасного движения автомобильного транспорта является системный подход (рис. 4), раз-
Рисунок 3 - Вероятное распределение автотранспорта в Санкт-Петербурге по экологическим классам, %
В функциональной структуре (рис. 1) выделяются следующие принципиально значимые системные блоки и элементы: Хвх - законодательно установленные цели функционирования системы, принципы ее организации, правовые механизмы достижения цели и желаемый результат общесистемной деятельности; Ц, Х1 - федеральный закон как целевой результат законотворческой деятельности и входной сигнал в систему его исполнения (право применения), соответственно; В2 - ввод команды к ис-полненению; Х2 - выходной сигнал исполнительного органа 2 управления системой - команда нижестоящему субъекту в иерархии системы ОБДД (обеспечения безопасности дорожного движения).
Н2
1 1 В
/ Х4=Х
/ вых
/ ~>
у 6
Рисунок 4 - Функциональная структура системы обеспечения безопасности дорожного движения, разработанная проф. Кравченко П.А. [1]
Х3 - выходной сигнал блока 3 - достигнутый уровень ОБДД, измеренный в «опасных» причинах возникновения ДТП; Х4 = Хвых - валовый статистический уровень оценки пропущенных причин опасности в ДД (число погибших и травмированных); СФД1, СФД2, СФД3 - субъекты (структуры) системной функциональной деятельности (законодательный и исполнительные органы управления системой; системный хозяйствующий субъект); ОС1, ОС2, ОС3
- каналы обратной связи (контроля) собственной деятельности субъектов; БС1, БС2, БС3 -блоки сравнения желаемого и достигнутого результатов собственной (внутрипроизводственной) деятельности субъектов; ИОО - идентификаторы опасных отказов - нарушений нормативов системной деятельности; СМИ - средства массовой информации; Х1 - Х2 - величина отклонения результата деятельности от его требуемого уровня; Д1, Д2 и Д3 - соответственно,
- входные сигналы к трем объектам управления БДД (безопасностью дорожного движения); Н1, Н2, Н3, Н4 - нормативы деятельности; 1-3 -объекты управления собственной деятельностью; 4 - система ДД (дорожного движения); 5
- информация СМИ в эфире; 6 - канал мониторинга общественного мнения; 7 - канал передачи информации об опасных отказах региональному органу управления системой; ГОС -главная обратная связь ГИБДД.
На теоретическом базисе [1] Институтом безопасности дорожного движения при ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» при участии ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России» создана и успешно эксплуатируется «Автоматизированная информационная система контроля технического состояния и экологической безопасности автотранспорта (АИС)». По разработанной нами уточненной аналитической модели катализа отработавших газов [4] на АИС функ-
ционирует инструментальная программа сервисного диагностирования экологически и по-жарно-взрыво опасных режимов эксплуатации автомобильных нейтрализаторов.
Контроль качества атмосферного воздуха на улично-дорожной сети Санкт-Петербурга осуществляется 21-ой стационарной станцией, 2-мя метеостанциями и мобильными лабораториями на автомобильных шасси в соответствии с ФЗ РФ № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.1999 аналогично требованиям Директивы 96/62/ЕС по оценке и управлению качеством атмосферного воздуха. Система сбора и обработки измерений работает в реальном масштабе времени.
Данные собираются в Центре информации органов государственной власти Санкт-Петербурга и используются в региональных прогнозах изменения качества атмосферного воздуха по разработанной с нашим участием «Методике расчета годовых выбросов автотранспорта на автомагистралях Санкт-Петербурга» Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга (с 2012 года).
Следует отметить, что методика гармонизирована с европейскими ездовыми циклами по Директиве 2007/46/ЕС - утверждение типа транспортных средств и имеют программное обеспечение фирмы «Интеграл» (Санкт-Петербург [3].
Закономерности распространения и пространственно-временного распределения автомобильных поллютантов в окрестности автодорог Санкт-Петербурга при неблагоприятных дорожных (часы «пик») и метеорологических (штиль, температурные атмосферные инверсии) ситуациях исследуются нами на основе решения уравнения атмосферной диффузии в частных производных в реализации физического закона сохранения потока вещества по методике профессора Берлянда М.Е. (Главная
геофизическая обсерватория им А.И. Воейкова, Санкт-Петербург) [2, 3]:
-
51 Г
д д
и .-= ^
д х.
д
-К
д д дх
- ад , (1)
,. = ! д х.
где: q - рассчитываемая концентрация примеси, г/м3; t - время, с; х, - координаты распространения поллютанта (в дальнейшем обозначаются через х, у и г), м; и, - скорость ветра по х, у, г, м/с; К, - составляющие коэффициента турбулентного массообмена, относящиеся к направлениям оси х, (/ = 1, 2, 3); а - коэффициент, определяющий изменение концентрации за счет атмосферного метаболизма (химических превращений поллютантов, в частности, - под воздействием солнечной радиации), безразмерный.
На рис. 5 показана схема маршрутов методологии расчета загрязнения атмосферы в окрестности автомагистралей при нормально неблагоприятных метеорологических и транс-портно-градостроительных условиях с использованием ГИС.
На рис. 6, в качестве примера реализации нами разработанной методологии, визуали-
зированы результаты расчета концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе вблизи Невского проспекта (на участке от площади Восстания до Литейного проспекта) с использованием Программного обеспечения «Эколог -4» фирмы «Интеграл».
Начиная с 1999 года данная проблема для Санкт-Петербург исследуется нами в рамках нескольких совместных международных европейских проектов [1-3]:
1) 1999 - 2002 гг. Проект Комитета транспорта Администрации Санкт-Петербурга и Министерства транспорта Дании «Оценка внешних издержек от функционирования различных видов транспорта Санкт-Петербурга», в котором впервые были сделаны научные прогнозы до 2030 года вероятного развития ситуации по ДТП, химическому и шумовому загрязнению воздушной среды от колесного транспорта, включая автомобили, троллейбусы, трамваи, метрополитен, дизельные локомотивы и электропоезда;
Рисунок 5 - Схема маршрутов методологии расчета загрязнения атмосферы в окрестности автомагистралей: ЗВ - загрязняющее вещество; АТС - автотранспортные средства; АТП - автотранспортные предприятия; ГИС - геоинформационная система
2) 2011 - 2014 гг. Проект Еврокомис-сии «Управление качеством воздуха в странах восточного региона», в котором впервые для стран Восточного региона применительно к г. Санкт-Петербургу были освоены методология и программное обеспечение COPERT (вычисление валовых выбросов от автотранспорта вредных веществ и
парниковых газов) с проведением расчетно-аналитического прогнозирования воздействия автотранспорта на качество атмосферного воздуха в г. Санкт-Петербург в долгосрочной перспективе (2015-2030 гг.);
3) 2007 - 2013 гг. Проект «Безопасность трансграничного дорожного движения» в рамках реализации Программы при-
граничного сотрудничества ЕКР1 2007- партнерства) и подпрограммы «Юго-2013 (Европейский инструмент соседства и Восточная Финляндия - Россия».
0301 Азота диоксид (Азот (IV) оксид) 115600 115800 116000 116200
0 0,10 0,50 1 2 3
Объект: 100, Невский проспект, вар исхд 2; вар расч 2; пл 1(И=2м)
Масштаб 1:5600
Рисунок 6 - Карты загрязнения приземного воздуха диоксидом азота на участке Невского проспекта от площади Восстания до Литейного проспекта (в долях ПДКмр)
В процессе реализации международного проекта (п. 3) были получены следующие результаты:
1. Разработан алгоритм управления рисками на участках концентрации ДТП;
2. Выявлены участки концентрации ДТП и разработаны предложения для снижения рисков для ключевых дорог Всеволожского и Выборгского районов Ленинградской области;
3. Произведен отбор характерных дорожных объектов по региону г. Санкт-Петербурга и обоснованы конкретные механизмы и инструменты для реализации улучшения состояния ситуации по снижению ДТП.
Исследованиями в этот период с непосредственным нашим участием качества атмосферного воздуха на улично-дорожной сети Санкт-Петербурга, установлено, что, как правило, в городе складываются благоприятные условия для рассеивания примесей, и, по данным мониторинга (www.infoeco.ru), - нечасто наблюдаются случаи высокого загрязнения атмосферного воздуха. Концентрации оксида азота NO, оксида углерода СO и взвешенных частиц при этом остаются в пределах санитарно-гигиенических нормативов.
Однако, в соответствии с данными измерений концентраций взвешенных частиц непосредственно на проезжей части конкретных дорог, возможны и локальные флуктуации загрязнения воздуха [2, 3]. При среднем значении концентраций ПМ10 0,07 мг/м3 пиковые значения концентраций ПМ10 (как показали обследования - при проезде сильно пылящего
транспорта, перевозящего сыпучие строительные материалы) могут достигать значений 0,65 мг/м3. Следует также отметить, что при движении в потоке, при среднем значении концентраций ПМ2,5 и ПМ10, не превышающих величины 0,036 мг/м3, максимальные пиковое значения ПМ2,5 могут достигать значений 0,436 мг/м3 и значительно выше (до 2-20 мг/м3 - чрезвычайно опасные краткосрочные ситуации).
Следует положительно отметить, что результаты расчетов качества атмосферного воздуха в г. Санкт-Петербурге оказываются сопоставимыми с измерениями качества воздуха стационарными станциями и передвижными лабораториями.
Последнее стало возможным благодаря проведению нами систематических научных изысканий по обоснованию численных значений удельных выбросов вредных (загрязняющих) веществ автомобильным транспортом (на единицу пройденного пути в городском цикле движения, и на единицу времени на перекрестке). Такие исследования выполнялись нами регулярно в связи с изменением типажа, возрастной структуры, технического уровня и характера движения по городским автомагистралям автомобильного транспорта. Исследования проводились нами непосредственно на автомагистралях города при движении вместе с транспортным потоком или на холостом ходу работы двигателей [2, 3].
С помощью Европейского программного продукта COPERT 4 [2] (после проверки сопоставимости подхода с официальными нацио-
нальными методиками) нами был произведен расчетный прогноз развития ситуации к 2030 году относительно базового 2010 года. Расчеты показали следующее.
При прогнозируемом возрастании в Санкт-Петербурге численности АТС в 1,75 раза к 2030 году по сравнению с базовым 2010 годом, наибольший экологический эффект может быть достигнут от внедрения более высоких нормативов на выбросы Евро 4 - Евро 6 на всех видах автотранспорта и нормативов на качество моторного топлива Евро 4 - Евро 5 (сокращение выбросов парниковых газов N20 в 9 раз, СН4 в 1,2-1,5 раза, загрязняющих веществ СО в 3 раза, ЛОС и НМЛОС в 2 раза, NHз в 1,4 раза, ТЧ в 2 раза. Выбросы N0x могут сохраниться, примерно, на том же уровне).
Выбросы тяжелых металлов РЬ, С^ Си, Сг, N1, 8е 2п, рассчитанные программой СОРЕЯТ 4 по потребленному топливу, могут возрасти, примерно в 1,5 - 2 раза в период с 2010 по 2030 год. Постепенное доведение доли работающих на сжиженном нефтяном газе, на сжатом природном газе и на биодизельном топливе легковых АТС и автобусов к 2030 году до 30-54 % могло бы привести к уменьшению массы выбросов парниковых газов СО2 на 11 % и N20 на 12 %, загрязняющих веществ СО на 7,6 %, Шх на 1,8 %, ЛОС и НМЛОС на 20 %, тяжелых металлов на 10-15 %. Однако, показатели по таким ЗВ, как МНз и СН4, могли бы вырасти на 3 и 4 %, соответственно.
При сохранении экстремально старой структуры грузового автопарка к 2030 году доля грузового автотранспорта в суммарном загрязнении атмосферы N0x может возрасти до 80%, и, по-прежнему, грузовой транспорт будет играть ведущую роль в загрязнении воздушного бассейна твердыми частицами: 83 % - в 2030 году.
Выявленные в результате расчётных оценок закономерности явно указывали на целесообразность осуществления пассажирских перевозок в городе общественным транспортом. Однако, механизмы стимулирования граждан в пользу отказа от индивидуального транспорта для передвижения, пока, следует признать непонятными.
Таким образом, результаты исследований в Санкт-Петербурге подтвердили высокую эффективность процесса гармонизации законодательства РФ с Директивами и Регламентами ЕС. В отчетах за 2011 - 2014 гг. по проекту Ев-рокомиссии «Управление качеством воздуха в странах восточного региона ЕИСП (АШ.-Р-
GOV)» [2] мы детально проанализировали состояние данной проблемы, имеющей долгосрочные положительные перспективы, как для РФ, так и Евросоюза.
Заключение. Настоящим исследованием авторы результатами научных изысканий стремятся привлечь внимание законодателей, ученых, заинтересованных организаций и общественности к необходимости организации комплексного контроля чрезвычайно опасных ситуаций дорожно-транспортных происшествий и сверхнормативного загрязнения атмосферы на уровне дыхания человека вредными веществами отработавших газов. Как показали исследования, риски возникновения таких чрезвычайных ситуаций обусловлены в значительной степени существенными отклонениями параметров конструктивной безопасности транспортных средств от действующих в РФ требований. Эта проблема в Санкт-Петербурге, морской столице России, проявилась сравнительно недавно в связи с мощной автомобилизацией городских ландшафтов и поэтому требует адекватного предупредительного реагирования на основе разработанной методология прогнозирования дорожно-транспортных происшествий и концентраций поллютантов на магистралях с учетом сервисной диагностики нейтрализаторов.
Литература
1. Кравченко П.А., Олещенко Е.М. Механизмы формирования функциональных свойств систем обеспечения безопасности дорожного движения / Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: Сб. трудов 12-ой межд. науч.-пр. конф. / СПбГАСУ. - СПб, 2016. - С. 17-25.
2. Lozhkina O.V., Lozhkin V.N. Estimation of road transport related air pollution in Saint Petersburg using European and Russian calculation models / Journal Contents lists available at ScienceDirect «Transportation Research Part D», № 36, 2015. - p. 178-189, journal homepage: www.elsevier.com/ locate/t.
3. Lozhkin V.N., Lozhkina O.V., Ushakov A.A. Using K-Theory in Geographic Information Investigations of Critical-Level Pollution of Atmosphere in the Vicinity of Motor Roads // World Applied Sciences Journal (Problems of Architecture and Construction). 2013. - V. 23. - pp. 1818-4952.
4. Ложкин В.Н., Онищенко И.А., Ложкина О.В. Уточненная аналитическая модель катализа отработавших газов в условиях низких температур / Научно-аналитический журнал «Вестник СПб университета ГПС МЧС России», Выпуск №4. - СПб, 2017. -С. 78-85.
