авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Организация информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод

На правах рукописи

Овчинников Павел Владимирович ОРГАНИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь – 2006 1

Работа выполнена в Северо-Кавказском государственном техническом университете на кафедре «Электроника и микроэлектроника»

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Наац Игорь Эдуардович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Копытов Владимир Вячеславович кандидат технических наук, доцент Мочалов Валерий Петрович

Ведущая организация: Ростовский государственный университет (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится «23» декабря 2006 года в 11 часов на заседании дис сертационного совета ДМ 212.245.09 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Северо-Кавказском государственном техни ческом университете по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказско го государственного технического университета по адресу: г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.

Автореферат разослан «21» ноября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. физ.-мат. наук, доцент Мезенцева О.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования. Загрязнение окружающей среды во многом является причиной глобальных изменений климата и возникновения тенденции потепления, разрушения озонового слоя атмосферы, опустынивания и деградации земель и сокращения пло щадей сельскохозяйственных угодий. Одной из наиболее важных сторон загрязнения окружающей среды является загрязнение водной среды.

Ежегодно в водную среду поступает большое количество загрязняю щих веществ, на данный момент их известно более 5 тыс., и это число постоянно растет. Опасные и вредные вещества негативно влияют на здо ровье населения, ведут к гибели рыб, водоплавающих птиц и различных животных, а также к гибели растительного мира водоемов.

В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окрас ка, привкусы, запахи);

на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок;

изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появ ляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменя ется активная реакция среды и др.);

изменяется качественный и количествен ный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загряз ненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения, теряют рыбохозяйственное значение и т.д.

Такая ситуация требует принятия необходимых и обоснованных реше ний в сфере управления качеством водной среды, проведения на их осно ве различных мероприятий по предотвращению загрязнения, охране и восстановлению качества водной среды. Для принятия высокоэффектив ных и точных решений в сфере управления качеством водной среды необ ходимо применение системы управления, принятие решений в которой опирается на достоверную и своевременную информацию о состоянии водной среды, источниках и уровнях антропогенного воздействия, суще ствующих и возможных последствиях этих воздействий.

Сбор, обработка и анализ таких больших объемов данных, получаемых в результате мониторинга поверхностных вод, – это сложнейшие задачи, ко торые требуют преодоления серьезных технических трудностей, огромных затрат и адекватных организационных решений. Эффективное решение за дач мониторинга качества вод требует применения современных компью терных методов и средств для обработки и анализа данных мониторинга.

Поэтому на современном этапе существует необходимость в совершенство вании и разработке математического, алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего решать задачи мониторинга качества вод, эколого-экономические задачи, с конечной целью организации рациональ ного природопользования.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обуслов лена необходимостью повышения эффективности информационной под держки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод.

Цель работы. Разработка принципов организации построения ин формационной поддержки в сфере управления качеством водной среды на основе комплексной оценки и прогнозирования степени загрязненнос ти поверхностных вод по гидрохимическим показателям.

Частные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих подходов к организации информаци онной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества повер хностных вод, а также применяемого при этом программного обеспечения.

2. Разработать с использованием системного подхода принципы орга низации построения информационной поддержки на основе комплексной оценки и прогнозирования степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.

3. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение, а также базы данных показателей качества вод, нормативных, справочных, и архи вных данных мониторинга, с целью обеспечения информационной под держки принятия решений.



4. Разработать методику применения полученного программного обес печения на основе проведенных вычислительных экспериментов, реали зовать практически полученные результаты в производственной и науч ной деятельности.

Объект исследования. Объектом исследований является система мо ниторинга поверхностных вод субъекта РФ.

Предмет исследования. Предметом исследования являются методы и средства повышения эффективности информационной поддержки лиц, принимающих решения в задачах мониторинга поверхностных вод.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы ме тоды системного анализа, моделирования, теории принятия решений, тео рии алгоритмов и языков программирования, баз данных, были проведе ны имитационные и натурные эксперименты.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

1. Разработана структура комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод субъекта РФ, в отличие от существующих, основанная на разработанной методике прогнозирования изменения качества поверхностных вод с ис пользованием банка моделей.

2. Разработана методика и алгоритм оптимального распределения ма териальных ресурсов на восстановительные работы по очистке водоемов от загрязняющих веществ при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.

3. Впервые разработано программное обеспечение компьютерной системы информационной поддержки на клиент-серверной архитектуре, использующей технологию «хранилища данных» в качестве основного элемента централизованного сбора и хранения данных мониторинга вод.

4. Разработана методика практического применения полученной ком пьютерной системы информационной поддержки для решения эколого экономических задач субъекта РФ.

Результаты диссертационного исследования могут быть сформулиро ваны в виде следующих основных научных положений, которые выдвига ются на защиту:

1. Принципы организации информационной поддержки, предложенные в данной диссертации, включают применение методики комплексной оценки сте пени загрязненности вод, а также разработанной методики прогнозирования из менения качества поверхностных вод на основе использования банка моделей.

2. Методика и компьютерный алгоритм оптимального распределения материальных ресурсов на восстановительные работы по очистке водоемов от загрязняющих веществ при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.

3. Программное обеспечение компьютерной системы информацион ной поддержки принятия решений, построенной на клиент-серверной ар хитектуре и использующей технологию «хранилища данных» в качестве основного элемента централизованного сбора и хранения данных мони торинга вод (свидетельство о регистрации № 2006612872).

4. Методика практического применения разработанной компьютерной сис темы информационной поддержки для решения эколого-экономических задач по управлению качеством воды водных объектов на уровне субъекта РФ.





Достоверность научных положений подтверждается высоким уровнем теоретического исследования, используемым научным материалом, кор ректностью проводимых математических выкладок, а также результатами вычислительных экспериментов и практической реализацией.

Практическая значимость работы состоит в создании компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга качества поверхностных вод, позволяющей обеспечить централизованный сбор, хранение и выдачу данных, а также повышающей оперативность и возможности по обработке и анализу данных мониторинга вод.

Разработанная компьютерная система внедрена и используется в орга нах государственной системы мониторинга поверхностных вод Ставро польского края: в ГУП «Ставропольский центр государственного мони торинга природных ресурсов» и в Ставропольском краевом центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Сведения об апробации результатов диссертации. Основные положе ния диссертационной работы докладывались и обсуждались на следую щих научных конференциях и семинарах:

1) IX Региональная научно-практическая конференция «Вузовская на ука – Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2005);

2) VI Международная научно-практическая конференция «Моделиро вание. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2006);

3) II Международная заочная научно-практическая конференция «Со ставляющие научно-технического прогресса» – «Components of scientific and technical progress» (Тамбов, 2006);

4) IV Российско-украинский научно-технический и методический сим позиум «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2006);

5) Всероссийская двухдневная научная студенческая конференция «На учный потенциал студенчества – будущему России» (Ставрополь, 2006).

Сведения о публикациях (по теме диссертации). Основные резуль таты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах (в том числе 1 публикация в издании, рекомендуемом ВАК, 1 свидетель ство о регистрации программы для ЭВМ, 7 публикаций в трудах науч ных конференций).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве дения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Основная часть диссертации изложена на 161 листе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель рабо ты и задачи исследования, отражены научная новизна и практическая значи мость полученных результатов, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются системные вопросы и проблемы орга низации информационной поддержки при решении задач мониторинга качества поверхностных вод, а также используемого при этом программ ного обеспечения.

На основе анализа литературных источников и статических данных показано, что основным видом загрязнения водной среды является поступ ление различных химических веществ, а основными источниками загряз нения являются промышленность, коммунальное и сельское хозяйства.

Рассмотрена государственная система мониторинга поверхностных вод субъекта РФ, основные решаемые задачи и роль системы мониторинга в системе управления качеством водной среды (рисунок 1).

Система мониторинга Система управления Оценка Наблюдения фактического состояния Управление качеством водной среды Оценка Прогноз прогнозируемого состояния состояния Прямая связь Обратная связь Рисунок 1 – Задачи мониторинга качества водной среды Показано что, принятие решений в сфере управления качеством вод ной среды характеризуется потребностью ЛПР в наличии разнообразной информации о состоянии качества вод: данные наблюдений, нормативы, технические данные, справочные данные и др.

Вследствие этого ЛПР необходима помощь при получении, обработке и анализе данных, что требует применения компьютерных средств, в час тности компьютерных систем поддержки принятия решений. На основе этого был сделан вывод о необходимости использования современных вычислительных средств, в частности систем поддержки принятия реше ний. Роль СППР в системе принятия решений в сфере управления каче ством водной среды показана на рисунке 2.

Рассмотрена современная практика применения СППР, а также выпол нен сравнительный анализ используемого программного обеспечения при решении задач мониторинга вод.

Внешняя среда Множество источников загрязнения Множество загрязняющих веществ Источник Загрязняющее Водный Система мониторинга качества Множество водных объектов загрязнения 1 вещество 1 объект поверхностных вод Источник Загрязняющее Водный загрязнения 2 объект вещество Источник Водный Загрязняющее объект вещество загрязнения...

...

...

Источник Водный Загрязняющее объект k загрязнения m вещество n Система органов СППР ЛПР управления Рисунок 2 – Роль СППР в решении задач мониторинга Проведенное в работе исследование различного программного обес печения, используемого для решения задач мониторинга вод, показало наличие целого ряда недостатков, существенно сказывающихся на качестве информационной поддержки (таблица 1).

Таблица 1 – Сравнительная таблица основных используемых систем Критерии оценки Экология Экологический Институт ЭС пресных вод мониторинг РК Озероведения Финского России РАН залива 1. Виды данных:

– наблюдения + + + + – нормативы - - - – справочные + - - 2. Инструменты анализа - - - + 3. Используемая СУБД Excel Paradox Paradox, Excel dBase III Plus 4. Возможности СУБД 1 3 3 5. Поддержка произво- Есть Есть Есть Нет дителем СУБД 6. Доступ к системе Локальный Web-интерфейс Локальный Web-интерфейс 7. Расширяемость систе- - - - мы 8. Интерфейс 2 3 3 К наиболее существенным недостаткам отнесены: недостаточно полное понимание предметной области и сути необходимой информационной поддержки ЛПР, что приводит к построению систем баз данных, лишенных каких-либо средств их анализа, либо к чрезмерной информационной пере грузке ЛПР «всевозможными» данными;

реализации ИС с применением устаревших программных средств и технологий, и, в первую очередь, СУБД, например, таких СУБД, как Paradox;

недостаточное внимание к качеству разрабатываемых баз данных и непосредственно к используемым данным.

На основе проведенного анализа сделаны выводы по главе и выполне на постановка задачи исследования.

Во второй главе был сформулирован комплексный подход к разработке принципов построения информационной поддержки, на основе которого был осуществлен анализ существующей системы государственного мониторинга качества поверхностных вод Ставропольского края, в частности ГУ СЦГМС, что позволило предложить принципы организации информационной поддержки на основе использования компьютерных средств и технологий (рисунок 3).

Структура предложенной информационной поддержки ЛПР, состоит из нескольких уровней, различающихся между собой подходами к обработке данных мониторинга. В отдельный уровень выделена организация информа ционной поддержки в задаче обмена данными с другими внешними система ми, так как конечным результатом мониторинга поверхностных вод является предоставление потребителям всех необходимых данных и информации.

С целью организации сбора данных, была предложена обобщенная ин формационная модель сбора и передачи данных мониторинга вод субъекта РФ. Предложенная информационная модель позволила описать процессы получения, преобразования, хранения и передачи данных мониторинга каче ства вод между источниками и потребителями информации о ее состоянии.

В качестве отдельных элементов информационной модели выступают источ ники, преобразователи и потребители информации мониторинга вод. Стрел ками на схеме обозначены пути передачи данных мониторинга вод между отдельными элементами данной информационной модели (рисунок 4).

Ключевым фактором принятия точных и адекватных решений в сфере управления качеством водной среды является оценка качества вод, поэто му в работе был проведен анализа существующих методов и предложено использовать метод комплексной оценки степени загрязненности повер хностных вод. К основным достоинствам данного метода относятся:

возможность однозначной величиной оценить загрязненность – воды одновременно по широкому перечню ингредиентов;

Задачи мониторинга Средства обеспечения Уровни обеспечения качества поверхностных информационной информационной поддержки принятия вод поддержки решений Получение оперативной и Система сбора и Уровень сбора и достоверной информации о хранения данных на хранения данных состоянии качества основе СУБД поверхностных вод Оценка и анализ состояния Автоматизированные качества вод, определение расчеты и индикация количества и динамики показателей качества, содержания ЗВ ведение статистики, банков предприятий источников ЗВ, Уровень обработки Выявления антропогенных нормативы, и анализа данных факторов и определение построение диаграмм степени их воздействия на и графиков качество вод Прогноз изменения состояния Построение моделей прогноза, ведение качества вод банка моделей Выдача необходимых данных Программные средства Уровень для принятия оптимальных доступа к информационной управленческих решений по необходимым данным поддержки принятия рациональному для принятия решений решений водопользованию Обеспечение полученными Уровень обмена Интерфейс и средства данными о состоянии вод гос.

данными с внешними обмена данными и общ. организации, системами население региона Рисунок 3 – Структура комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества вод возможность оценки вклада отдельных загрязняющих веществ в – общую загрязненность воды через обобщенный показатель;

учет частоты обнаружения концентраций, превышающих нормативы;

– наличие развитой классификации воды по степени загрязненности.

– A Источники информации Собственные Независимые B C Первичный Вторичный преобразователь преобразователь Экспорт/Импорт Оператор Хранилище данных данных D F E G Потребители информации Заказчики Сторонние Рисунок 4 – Информационная модель сбора и передачи данных мониторинга вод субъекта РФ Оценка качества воды происходит на основе расчета коэффициента комплексности загрязненности и комбинаторного индекса загрязненности воды. Расчет коэффициента комплексности загрязненности воды проводит ся сначала для каждого результата анализа по формуле:

N 'fj K fj = 100% (1) Nfj где Kfj – коэффициент комплексности загрязненности воды в f-м результа ' те анализа для j-го створа;

N fj – количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, содержание или значение которых превыша ет соответствующие им ПДК в f-м результате анализа для j-гo створа;

Nfj – общее количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, определенных в f-м результате анализа для j-го створа.

Расчет комбинаторного индекса и удельного комбинаторного индек са загрязненности воды осуществляется по следующим формулам:

Nj S Sj = (2) ij i = где Sj – комбинаторный индекс загрязненности воды в j-м створе;

Nj – число учитываемых в оценке ингредиентов;

Sj S 'j = (3) Nj где S 'j – удельный комбинаторный индекс загрязненности воды в j-м створе.

Классификация качества воды по степени загрязненности осуществ ляется с учетом следующих данных: комбинаторного индекса загрязнен ности воды, числа КПЗ воды, коэффициента запаса, количества учтенных в оценке ингредиентов и показателей загрязненности.

В виду наличия большого количества методов, способов и моделей прогнозирования в данной работе предложена методика прогнозирования на основе использования банка моделей (рисунок 5).

Далее в работе рассматривается разработанная методика оптимального распределения материальных ресурсов на работы по восстановлению каче ства вод водных объектов при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.

Задача состоит в нахождении из множества загрязняющих веществ I1, находящихся в заданном водном объекте водоеме такое подмножество J {i=1,2,3,…,m}, которое обладает максимальной суммарной вредностью max, (4) i i J I i J где i – коэффициент вредности i-го ЗВ, pi – превышение норматива i-им ЗВ, и сумма стоимости очистки которого не превышает величины Q ci Q, (5) i i J где ci – стоимость очистки i-го ЗВ, pi – превышение норматива i-им ЗВ.

Найденное множество J загрязняющих веществ характеризуется мак симальной суммарной вредностью, и при этом стоимость мероприятий по их очистке не будет превышать заданную величину. Таким образом, полученное множество J характеризуется степенью очистки m c p, Q (J ) = (6) i i i ' = Компьютерная система информационной поддержки Первичный анализ данных Выбор модели Банк Оценка прогнозирования моделей модели из БМ БМ Приобретение модели Оценка модели Построение модели Оценка модели Прогнозирование Оценка прогноза Интерпретация результата ЛПР Рисунок 5 – Схема прогнозирования с использованием СППР а также экологическим эффектом m E (J ) = i p i. (7) i = Блок-схема алгоритма определения группы загрязняющих веществ, подлежащих очистке в определенном водоеме с заданными условиями, представлена на рисунке 6.

Начало Нет Да cipi Q Да Нет cipi Q Средств достаточно для очистки всех ЗВ Формирование Формирование списка ЗВ, стоимость множества ЗВ I1 очистки которых Конец превышает Q i= Исключение данных ЗВ из списка i = 1/(KOi · ПДКi) веществ, i = ++ подлежащих очистке i = i / i Нет i=h Да K=n- Формирование группы ЗВ для данного уровня Да K= Нет Определение Fmax среди всех Нет cipi Q i = ++ уровней Да Fi = i · pi K = - Вывод результатов Нет i=K Да Конец Определение Fmax Рисунок 6 – Блок-схема алгоритма определения группы ЗВ Для оценки стабильности работы алгоритма была успешно проведена его проверка на устойчивость к изменению размерности входных дан ных и к определенным вариациям самих входных данных. Как показали проведенные вычислительные эксперименты, данная алгоритмическая задача является трудно решаемой, т.к. для нее не найдено полиномиально го алгоритма и время выполнения характеризуется экспоненциальным ростом для размера входа n 20.

В третьей главе описан процесс проектирования и реализации про граммного обеспечения компьютерной системы информационной поддер жки, построенной на клиент-серверной архитектуре.

В клиентской части программно реализованы функции сбора, обработ ки, анализа данных мониторинга вод и их визуализации. Клиент состоит из средств загрузки, выгрузки и мониторинга хранилища данных, и программ ных инструментов обработки и анализа данных, реализованных в среде разработке приложений Borland Delphi (рисунок 7).

Хранилище данных Транспорт доступа к данным Пользователь Архив с Справоч- Локально-вычислительная сеть данными ники Глобальная вычислительная сеть ЛПР (INTERNET) Представление Локальные (дисковые, флэш и базы данных т.п.) накопители данных Программное обеспечение (АРМ СППР) Работа с данными: Анализ данных: Просмотр данных:

Интерфейс – загрузка;

– контроль;

– наблюдения;

пользователя – выгрузка;

– статистика;

– предприятия;

– редактирование;

– граф. анализ;

– объекты;

– мониторинг. – расчеты. – нормативы.

Рисунок 7 – Структура компьютерной системы Серверная часть построена на технологии хранилища данных, что обус ловлено требованиями к обработке и анализу данных мониторинга вод. В качестве СУБД выбран сервер Interbase, в котором организованы «пред ставления данных», производные от одной или нескольких таблиц соглас но заранее заданным условиям, которые меняются динамически, поэто му структура хранилища данных обладает универсальной переносимос тью на другие СУБД, совместимых со стандартом SQL. Таблицы хранили ща, благодаря их структуре, были специальным образом индексированы, что позволило значительно повысить производительность при работе. Раз работанное хранилище данных включает в себя 11 постоянных таблиц, структура которых представлена на рисунке 8.

T_IMP_SPR T_GRAPH T_ARC NUM: INTEGER COORD_NUM: INTEGER COORD_NUM: INTEGER NAME: CHAR(70) NUM: INTEGER NUM: INTEGER T_IMP_TMP NAME: CHAR(70) AMINING: FLOAT NUM: INTEGER DSTART: DATE AYEAR: INTEGER DEND: DATE AMOUNTH: INTEGER AMINING: FLOAT TYP: CHAR(20) ADAY: INTEGER PLACE: CHAR(50) INDATE: DATE T_MANUAL_TMP ADATE: DATE NUM: INTEGER NAME: CHAR(70) T_FACTORIES T_CTRL_PLACE AMINING: FLOAT COORD_NUM: INTEGER COORD_NUM: INTEGER T_NORMA NAME: CHAR(60) CTRL_CODE: INTEGER VID: CHAR(70) NUM: INTEGER STVOR_CODE: INTEGER STOK: CHAR(100) LESS: FLOAT NAME: CHAR(70) MORE: FLOAT PLACE: CHAR(50) CLASS: INTEGER RIVER_KEY: INTEGER T_AQUA RES: INTEGER PLACE_KEY: INTEGER RIVER_KEY: INTEGER NAME: CHAR(30) T_PDK T_ODY AQUA_CODE: CHAR(30) NAME: CHAR(100) NAME: CHAR(100) HYDRO_CODE: CHAR(30) NUM: INTEGER NUM: INTEGER TYP: CHAR(20) CAS: CHAR(50) CAS: CHAR(50) FORMULA: CHAR(100) FORMULA: CHAR(100) VAL: FLOAT VAL: FLOAT LPV: CHAR(20) LPV: CHAR(20) Рисунок 8 – Физическая модель данных СППР Разработанное хранилище данных содержит данные наблюдений мони торинга водных объектов Ставропольского края, нормативные данные, списки предприятий, справочные данные и др.

Программное обеспечение, осуществляющее непосредственно рабо ту с хранилищем данных, написано с учетом кросс-платформенности, что позволяет работать не только в операционных системах семейства Microsoft Windows, но также и на Linux платформах.

Разработанный современный интерфейс пользователя, основанный на средствах машинной графики, обеспечивает взаимодействие пользовате ля с компьютерной системой в форме диалога с использованием ввода и вывода на экран дисплея графической информации, управления с помо щью кнопок, меню, окон, экранных панелей и т.п. Такой интерфейс не требует от пользователя специальных навыков, что обеспечивает его не обходимой и полной информацией (рисунок 9).

Рисунок 9 – Интерфейс пользователя компьютерной системы В четвертой главе описано практическое применение полученной ком пьютерной системы, в частности, проведенные сбор и анализ данных ре зультатов наблюдений, оценка качества поверхностных вод, а также прове денные вычислительные эксперименты по решению задач оптимизации экологического состояния водных объектов. В качестве исходных данных были использованы данные наблюдений ГУ СЦГМС на водных объектах Ставропольского края в 2005 г.

Были определены наиболее загрязненные водные объекты и проведе ны оптимизационные расчеты по распределению денежных средств на планируемые работы по восстановлению качества вод до требуемых по казателей при разных значениях выделяемых материальных средств.

Результаты проведенных вычислительных эксперименты представлены на рисунках 10 и 11.

На основе проведенных вычислительных экспериментов была разра ботана методика практического применения компьютерной системы ин формационной поддержки при решении экологических задач на автома тизированном рабочем месте (АРМ) инженера-эколога.

Кратность превышения ПДК 25% 1 50% 75% 1 2 3 4 5 6 7 Рисунок 10 – Расчетные значения спектров загрязнения р. Кума при затратах на очистку в 25%, 50% и 75% от суммы на полное восстановление, где: 1 – азот нитрит;

2 – азот аммонийный;

3 – медь;

4 – медь;

5 – фосфаты;

6 – магний;

7 – хлориды;

8 – сульфаты Кратность превышения ПДК 25% 1 50% 75% 1 2 3 4 5 Рисунок 11 – Расчетные значение спектров загрязнения р. Калаус при затратах на очистку в 25%, 50% и 75% от суммы на полное восстановление, где: 1 – азот нитрит;

2 – железо;

3 – медь;

4 –магний;

5 – хлориды;

6 – сульфаты Также по результатам практического применения компьютерной сис темы информационной поддержки и проведенных вычислительных экспе риментов было осуществлено ее сравнение с основными существующи ми аналогами, представленное в таблице 2.

Таблица 2 – Сравнение полученной системы с основными аналогами Критерии оценки Экологический ЭС Финского СППР мониторинг РК залива «ЧВ706» 1. Виды данных:

– наблюдения + + + – нормативы - - + – справочные - - + 2. Инструменты анализа - + + 3. Используемая СУБД Paradox dBase III Plus InterBase 4. Возможности СУБД 3 3 5. Поддержка производите- Есть Нет Есть лем СУБД 6. Доступ к системе Локальный Локальный Локальный 7. Расширяемость системы - - + 8. Интерфейс 3 3 Результаты апробации полученного программного обеспечения ком пьютерной системы информационной поддержки при решении задач мониторинга качества вод в условиях Ставропольского края, а также отзы вы специалистов, работающих с системой, позволяют сделать выводы о том, что предложенный комплексный подход позволил более эффективно организовать информационную поддержку ЛПР, а использование общих принципов открытых систем позволяет расширять и совершенствовать полученную компьютерную систему в дальнейшем.

В заключении приведены основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведен анализ существующих принципов и методов организации информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод и применяемого при этом программного обеспечения на примере анализа государственной системы органов эко логического мониторинга поверхностных вод Ставропольского края.

2. Разработана структура комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод субъекта РФ, на основе методики комплексной оценки степени загрязнен ности вод и разработанной методики прогнозирования изменения каче ства поверхностных вод использующей банк моделей.

3. Разработана информационная модель сбора и передачи данных мо ниторинга поверхностных вод субъекта РФ, на основе проведенного ана лиза существующей системы государственного мониторинга поверхност ных вод Ставропольского края.

4. Разработана методика и алгоритм оптимального распределения ма териальных ресурсов на восстановительные работы по очистке водоемов от загрязняющих веществ при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.

5. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение компьютер ной системы информационной поддержки принятия решений, построенной на клиент-серверной архитектуре и использующей технологию «хранилища данных» в качестве основного элемента централизованного сбора и хранения данных мониторинга вод (свидетельство о регистрации № 2006612872).

6. На основе проведенных вычислительных экспериментов предложе на методика практического применения разработанной компьютерной системы информационной поддержки принятия решений в задачах мони торинга качества поверхностных вод. Полученные теоретические положе ния и разработанная компьютерная система внедрены и используются в органах государственного мониторинга вод Ставропольского края.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Овчинников П.В. Анализ природоохранных мер и их эффективности // Финансово-экономические проблемы развития регионального АПК:

Сборник научных трудов 69 ежегодной научно-практической конференции. – Ставрополь: АГРУС, 2006. – С. 18–23.

2. Овчинников П.В. Методы математического программирования в за дачах принятия решений по управлению качеством водной среды // Со временные формы и методы управления аграрной экономикой: Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической кон ференции (Ноябрь 2005 г.). – Ставрополь: АГРУС, 2005. – С. 27–30.

3. Овчинников П.В. Система принятия решений на базе ЕГСЭМ // Материалы IX Региональной научно-технической конференции «Вузов ская наука – Северо-Кавказскому региону». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – С. 77.

4. Овчинников П.В. Структурная организация системы поддержки при нятия решений // Научный потенциал студенчества – будущему России:

Материалы Всероссийской научной студенческой конференции. – Ставро поль: СевКавГТУ, 2006. – С. 35.

5. Овчинников П.В. Математическое моделирование концентрации заг рязняющих веществ в воде // Моделирование. Теория, методы и средства:

Материалы VI Международной научно-практической конференции (Ап рель 2006 г.). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – С.20–24.

6. Овчинников П.В. Применение информационных систем в задачах мониторинга и контроля водной среды // Составляющие научно-техничес кого прогресса: Сборник материалов 2-й Международной научно-практи ческой конференции. – Тамбов: Першина, 2006. – С. 230–234.

7. Овчинников П.В. Структурная организация системы поддержки приня тия решений в задачах мониторинга и контроля качества водной среды // Сбор ник статей IV Российско-украинского научно-технического и методичес кого симпозиума “Информационно-вычислительные технологии и их при ложения”. – Пенза: РИО ПГСХА, 2006. – С. 177–180.

8. Овчинников П.В. Комплексный подход к разработке системы инфор мационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод // Вестник Московской академии рынка труда и инфор мационных технологий №7(29). – Мартит. – Москва, 2006. – С. 116–122.

9. Овчинников П.В., Наац И.Э. Свидетельство об официальной регист рации программы для ЭВМ № 2006612872 / Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10 августа 2006 г. – М.: Федеральная служба по интел лектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2006.

Подписано в печать 17.11. Формат 6084 1/16 Усл.печ.л. 1,28 Уч.-изд.л. 0, Бумага офсетная Тираж 100 экз. Заказ Отп еч атан о в Издательско-п оли графич еском комплексе Ста в роп ольского го суда рств ен н ого ун и в ерси тета.

3 55 00 9, Ста вроп оль, ул.Пушки н а, 1.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.