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

Информационно-алгоритмическое обеспечение производственного экологического химического мониторинга газотранспортного предприятия

На правах рукописи

ПОГОРЕЛЫЙ Антон Михайлович

ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО

ХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

ГАЗОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации

(химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена на кафедре Эколого-экономического анализа технологий в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова"

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ярыгин Геннадий Андреевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Кузин Рудольф Евгеньевич кандидат технических наук Зубов Владимир Юрьевич

Ведущая организация Институт проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН)

Защита состоится " 29 " " мая " 2007 года в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова (119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86).

Автореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ru Реферат разослан " 27 " " апреля " 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Бурляева Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наиболее распространенным фактором антропогенного воздействия, приводящего к отрицательным последствиям, является загрязнение природной окружающей среды, и, в частности, перенос вредных веществ на большие расстояния. В период существования технологических процессов, не обеспечивающих полную утилизацию отходов и замкнутых циклов воздуха, может быть разрешен ограниченный, строго контролируемый выброс токсичных веществ (ТВ) в атмосферу, который определяется по специальным методикам, учитывающим рассеяние ТВ, их накопление и миграцию. Хозяйственная деятельность предприятий (в первую очередь предприятий топливного комплекса) потребовала дальнейшей разработки и принятия научно-обоснованных мер по ограничению выбросов и загрязнения ими природной среды и, прежде всего, атмосферного воздуха.

Одним из эффективных механизмов экологического регулирования является информационно-управляющая система производственного экологического мониторинга, обеспечивающая подготовку управляющих решений по снижению антропогенных влияний на окружающую среду производственных комплексов.

Эффективность производственного экологического мониторинга существенно возрастает на предприятиях газовой отрасли ввиду значительной протяжённости газопроводов (сотни и тысячи километров) и огромных крупнотоннажных объёмов транспортировки газа. Эти же огромные масштабы создают трудности в подготовке управляющих экологических решений, поскольку существующие в настоящее время в системах мониторинга программные средства обработки и представления информации не поддерживают картографических режимов (геоинформационных систем ГИС) - наиболее эффективных для производственных систем большой протяжённости.

Таким образом, для предприятий газовой промышленности особую актуальность приобретает задача расчёта и прогнозирования воздействия на окружающую среду выбросов в атмосферу и сбросов в гидросферу загрязняющих веществ. Она важна как для органов законодательной и исполнительной власти (в качестве инструмента по научному обоснованию размеров платежей за загрязнения и установлению нормативов), так и для предприятий (в качестве одного из инструментов по оптимизации затрат на производство).

Цель работы: Повышение эффективности производственного экологического химического мониторинга газотранспортного предприятия на основе совершенствования методов обработки и представления информации (на примере КС «Береговая» трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток»).

Задачи, решаемые для достижения цели:

1. Системный анализ информационных потоков производственного экологического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности.

2. Системный анализ существующего программно-алгоритмического обеспечения в производственном экологическом химическом мониторинге.

3. Разработка алгоритмического обеспечения автоматизированного сбора и представления информации для производственного экологического химического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности.

4. Тестирование и внедрение разработанного алгоритмического обеспечения для газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток» (КС «Береговая»).

Научная новизна:

• выполнен системный анализ существующего программно алгоритмического обеспечения для информационной поддержки производственного экологического химического мониторинга;

• разработана структура алгоритмического обеспечения производственного экологического химического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности;

• сформулированы задачи разработки программно-алгоритмического обеспечения производственного экологического химического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности;



• выполнен синтез алгоритмов автоматизированного сбора и представления информации об экологических параметрах для лиц, принимающих решение.

Практическая значимость:

• разработаны контрольные задачи программных средств автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга для газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток»;

• протестированы на контрольных задачах алгоритмы автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга для газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток»;

• внедрены в промышленную эксплуатацию программно алгоритмические средства автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток» (КС «Береговая»).

Апробация работы: Материалы диссертации доложены на Юбилейной Международной научной конференции памяти В.В.Кафарова «Методы кибернетики в химии и химической технологии». (г.Москва, 2004 г.), II-ом Северном социально экологическом Конгрессе (г.Сыктывкар, 2006 г.), а также на заседаниях научно технических советов в Инженерно-техническом центре экологической безопасности газовой промышленности "Оргэкогаз" (г.Москва, 2005г.), секции Автоматизации и секции Охраны окружающей среды в ОАО "Газпром" (г.Москва, 2005-2006гг.), на ежегодной конференции молодых ученых и аспирантов МИТХТ им.

М.В.Ломоносова (г. Москва 2006 г.), на семинарах по экологическому мониторингу НПО ДИЭМ (г.Москва, 2005-2007 гг).

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах, в том числе в одной статье в ведущем рецензируемом журнале.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, основных выводов и списка литературы. Общий объём диссертации составляет страниц текста, в том числе 32 рисунка, 14 таблиц, 88 наименований информационных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Системный анализ информационных потоков производственного экологического мониторинга транспортных предприятий газовой промышленности» приводится характеристика объектов производственного экологического мониторинга транспортных предприятий газовой промышленности, рассматривается его структура (технические средства сбора и передача информации) на примере газотранспортной трубопроводной системы Россия Турция «Голубой поток» (рис.1).

Негативное влияние объектов газоперерабатывающего и газотранспортного комплексов на окружающую среду и их потенциальная экологическая опасность требуют постоянного контроля компонентов природной среды. Для решения этих задач создаются системы производственного экологического мониторинга (ПЭМ).

Системы ПЭМ обеспечивают решение следующих задач:

• сбор и накопление информации о выбросах и сброса, состоянии водной, воздушной, биологической и геологической сред в зонах влияния крупных промышленных объектов;

• контроль и оценку экологической ситуации в зонах влияния промышленных объектов, оперативное выявление нештатных экологических ситуаций;

• прогноз изменения уровней загрязнения и состояния компонентов природной среды в зонах влияния крупных промышленных объектов;

своевременное доведение данных ПЭМ до ответственных должностных лиц и поддержку принятия решений по управлению экологической обстановкой.





Система ПЭМ успешно внедрена в различных регионах России, например в Астраханской и Оренбургской областях, Ставропольском и Краснодарском краях, в курортной зоне Черноморского побережья. Основополагающими принципами построения системы ПЭМ являются:

• централизованный сбор информации от территориально распределённых объектов системы, единый анализ информации;

функционирование системы в режиме реального времени, в процессе • которого осуществляется постоянный обмен информацией между элементами системы;

• построение системы с учётом возможности её наращивания и модернизации.

Структурная схема системного анализа производственного экологического мониторинга при разработке алгоритмов автоматизированного сбора и обработки информации приведена на рис.2.

Системный анализ выполнен с учётом следующих основных принципов:

исследование системных факторов, формирование контура обратной связи и анализ "узких" мест (критических точек) при подготовке управляющих экологических решений. Двойным контуром на схеме выделены блоки обработки информации, составляющие основное содержание диссертационного исследования.

Экологическое регулирование опирается на систему ограничительных документов, в число которых входят нормативы на допустимые выбросы и сбросы, как разовые, так и интегральные (годовые). Соблюдение ограничений на выбросы и сбросы поддерживается экономическими стимулами (регламентными платежами и прогрессивными штрафами). Этим определяется важность и актуальность точных и экспрессных расчётов фактических выбросов и сбросов с привязкой к региону в пространстве и во времени.

Результаты таких расчётов представляют собой основное содержание экологической информации, передаваемой лицу, принимающему решения (ЛПР), и в службу промышленного экологического мониторинга из блока подготовки управляющих решений. Информационное, алгоритмическое и программное обеспечения расчётов поддерживаются соответствующими подсистемами экологического мониторинга. Основой расчётов служит совокупность математических моделей формирования выбросов, распространения и рассеивания токсичных веществ с выбросом, оседания, миграции и т.д.

Большинство используемых математических моделей прошли сертификацию, аккредитацию и давно применяется в экологических расчётах. Однако эти модели разрабатывались разными научными школами, предназначались для разных форм представления выходной информации, используют различный программный интерфейс, поэтому их совместное применение в экологических расчётах является сложной задачей. Проблема «алгоритмического разнообразия» осложняется исключительным многообразием алгоритмов обработки исходной экологической информации, поставляемых с промышленными средствами их сбора и обработки.

Именно это "алгоритмическое многообразие" является основным "узким местом" при подготовке управляющих решений и требует разработки унифицированных алгоритмов обработки измерительной информации.

Газовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу газотранспортных предприятий являются достаточно типовыми и хорошо иллюстрируются компрессорной станцией "Береговая" (табл.1).

Рисунок 1. Информационные потоки производственного экологического химического мониторинга газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток»

Рисунок 2. Структурная схема системного анализа производственного экологического мониторинга при разработке алгоритмов автоматизированного сбора и обработки информации.

Таблица Годовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу КС "Береговая" Загрязняющее вещество Кол-во выбросов загрязняющих веществ, т/год Двуокись азота 152. Окись азота 42. Окись углерода 647. Метан 148. 8.610- Оксид железа 5.310- Фториды 2.2910- Метиловый спирт 1.110- Пыль нерганическая 7.410- Марганец и его соединения 6.110- Фтористый водород 1.310- Двуокись серы 810- Масло минеральное нефтяное 7.210- Соединения свинца 2.4310- Серная кислота 1.8910- Бенз(а)пирен 810- Сероводород Производственные сточные воды от площадки ВЖК (вахтовый жилой комплекс), от насосной АЗС, дождевые стоки, с обвалованных площадок склада резервного, дизельного топлива для котельной и дизельной электростанции, наземного склада топлива самотеком собираются в насосную станцию с грязеотстойником для очистки сточных вод от мехпримесей производительностью м3/час. Характеристика вод после очистки приведена в табл. 2.

Таблица Характеристика очищенных сточных вод КС "Береговая" и ВЖК Наименование загрязняющих веществ ПДК, мг/л Фактическая концентрация после очистки, мг/л Взвешенные вещества 30 Минерализация 1000 БПКполн. 3 2, Фосфаты (по Р) 0,2 0, Хлориды (анион) 300 СПАВ 0,1 0, Нитраты (по N) 9 0, Сульфаты (анион) 100 Азот аммонийный 0,4 0, Железо общее 0,1 0, Нитриты (по N) 0,02 0, Нефтепродукты 0,05 0, Проведение производственного экологического мониторинга позволило контролировать воздействие объектов на различные компоненты природной среды и на этой основе осуществлять природоохранные мероприятия, а также своевременно предотвращать или локализовывать негативное воздействие опасных природных и техногенно-природных процессов.

Контроль осуществляется как путем непрерывных измерений (с помощью автоматических средств контроля) на территории ВЖК, так и периодически – посредством отбора проб для проведения последующих анализов в аналитической лаборатории.

Информационно-измерительная сеть представляет собой комплекс технических и программных средств, предназначенных для сбора и первичной обработки измерительных данных об экологических параметрах контролируемых компонентов природной среды (рис.3).

Программное обеспечение Центра мониторинга и автоматизированных рабочих мест функционирует на базе IBM PC - совместимых компьютеров. В качестве общесистемной и сетевой среды используется операционная система MS Windows 2000 Professional. Компьютеры снабжаются необходимыми офисными приложениями и набором системных утилит, позволяющих выполнять системное сопровождение и техническое обслуживание программных комплексов. АРМ-ПСД подключен к локальной сети АСУТП КС "Береговая" с использованием сетевых карт стандарта NE2000 или совместимых с ними. В состав прикладного программного обеспечения входят системы управления базами данных (СУБД), позволяющие организовывать накопление, обработку, хранение и защиту измерительной информации, вести операции по ведению баз данных (извлечение, обновление, добавление и удаление), а также поиск информации по запросам пользователей.

Во второй главе «Разработка программного обеспечения производственного экологического химического мониторинга транспортных предприятий газовой промышленности» выполнен анализ существующего программного обеспечения для информационной поддержки мониторинга на примере системы «Голубой поток».

Для организации автоматизированного обмена данными с источниками и потребителями информации, обработки и хранения измерительных данных, решения расчетных задач и отображения результатов мониторинга программное обеспечение систем ПЭМ включает общесистемное, сетевое, прикладное и специализированное программное обеспечение. Терминалы автоматизированных рабочих мест эколога (АРМ-Э) систем ПЭМ снабжаются необходимыми офисными приложениями, антивирусными средствами и набором системных утилит, позволяющих выполнять системное сопровождение и техническое обслуживание программных комплексов. Пример организации обмена данными при мониторинге атмосферного воздуха показан на рис. 4.

Разрабатываемое ЗАО «НПФ «ДИЭМ» специализированное алгоритмическое обеспечение АРМ-Эколога ПЭМ базируется на программных средствах в составе:

• Коммуникационный комплекс (КК);

• Диспетчерский комплекс (ДК);

• Архивный комплекс (АК);

• Геоинформационный моделирующий комплекс (ГМК).

Центр мониторинга системы ПЭМ Инж енер-эколог ЛПР Программно-аппаратный комплекс центра мониторинга Программные комплексы Аппаратный комплекс АРМ пункта сбора данных Инженер-эколог Программные комплексы Аппаратный комплекс Средства Переносные Стационарная Передвижная дистанционных средства контроля Пост контроля Средства АСУТП Средства АСУТП наблюдений за экологическая экологическая параметров и загазованности по контролю по контролю лаборатория лаборатория геологическими газовых выбросов атмосферного расхода режимов работы процессами, технологических воздуха сточных вод ГПА растительным и АРМ лаборанта АРМ лаборанта агрегатов животным миром Внешние и привлечённые Измерительные звенья источники информации Рис.3. Структурная схема информационно-управляющей подсистемы Рис.4. Схема функциональной структуры подсистемы контроля атмосферного воздуха.

Коммуникационный комплекс обеспечивает организацию двухстороннего обмена данными между источниками и потребителями мониторинговой информации по различным каналам передачи данных. КК работает автоматически в реальном масштабе времени, находясь в режиме ожидания запроса от абонентов на установление связи;

взаимодействует с ДК и обменивается с ним сообщениями о ходе приема/передачи данных;

поддерживает служебные журналы и протоколы передачи данных. КК может работать также в диалоговом режиме для настройки программы и организации экстренной связи.

Диспетчерский комплекс предназначен для ведения локальной базы данных (БД) АРМ-Эколога ПЭМ и оперативного контроля состояния параметров экологической обстановки на контролируемой территории. ДК выполняет следующие функции:

• приём измерительной информации через КК от автоматических постов контроля загазованности атмосферного воздуха (ПКЗ) и метеопостов (МП);

• обмен данными с территориальным центром мониторинга (ЦМ);

• обработка и загрузка мониторинговой информации в базу данных ЦМ;

• решение задач оперативного контроля и анализа экологической обстановки на контролируемой территории с картографической привязкой результатов мониторинга;

• визуализация по запросу оператора результатов последних измерений;

• контроля состояния ПКЗ/МП, формирование и передача управляющих команд на ПКЗ/МП.

Кроме того, в ДК автоматически проводятся входной контроль и обработка поступившей информации, формирование и отображение аварийных сигналов и сообщений в случае превышения контролируемыми параметрами нормативных значений или выявления экстремально высоких уровней загрязнения в реальном времени.

Диспетчерский комплекс может работать и в диалоговом режиме, предоставляя пользователям АРМ-Эколога ПЭМ возможности отображения результатов мониторинга в виде экранных форм и карт.

Архивный комплекс предназначен для ведения локальной БД и информационного обслуживания пользователей. К основным функциям АК относятся:

• обеспечение интерактивного доступа пользователей к накопленным результатам экологического мониторинга;

• формирование запросов на поиск информации в локальной БД и отображение результатов поиска в виде экранных форм и карт;

• выполнение расчётных процедур;

• визуализация и получение по запросу оператора отчётной документации с ретроспективными данными (результаты контроля экологических параметров за любой период времени в любой точке контроля, сводные отчёты, графики);

• ввод и корректировка оператором измерительных данных с клавиатуры (при необходимости).

Программные средства АК обеспечивают информационный поиск и интерактивный доступ к накопленным результатам экологического мониторинга, а также обеспечивают работу по составлению отчетов и информационному обслуживанию пользователей.

Геоинформационный моделирующий комплекс обеспечивает решение задач математического моделирования экологических процессов на основе совместного использования геоинформационных и моделирующих средств. ГМК решает следующие задачи:

• картографического представления контролируемой территории в виде векторных карт на базе библиотеки разработчика MapInfo MapX 4.5;

• решение задач математического моделирования экологических процессов, в том числе:

• моделирование полей рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по методике ОНД-86 с использованием моделирующей программы «Призма»;

• моделирование полей рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по модели Гаусса;

• моделирование полей рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе от залповых выбросов по модели Гаусса;

• восстановление полей рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по данным подфакельных измерений.

• визуализацию результатов моделирования в картографической среде.

Состав информационных потоков программно-алгоритмического обеспечения систем ПЭМ приведен в таблице 3. Программные средства АРМ-Эколога ПЭМ обеспечивают информационную совместимость с АСУ ТП объектов газоперерабатывающего и газотранспортного комплексов с учетом необходимых требований к протоколам обмена данными.

Таблица Состав информационных потоков специализированного программного обеспечения систем ПЭМ Название Назначение Состав информационных потоков Входные данные Выходные данные файл конфигурации;

Коммуника Организация файл расписания плановых ционный двухстороннего сеансов связи;

файл инициализации сетевого комплекс обмена данными интерфейса;

файл протокола сеансов между связи.

файл абонентов;

источниками и файл расписания плановых сеансов потребителями связи.

мониторинговой информации Диспетчерс Ведение файл инициализации диспетчерского обработанные данные к. комплекс локальной БД комплекса;

измерений, передающиеся АРМ-Эколога для загрузки на сервер баз файлы карт контролируемой ПЭМ и территории;

данных;

оперативный файлы с телекомандами для файлы с измерительными данными, Название Назначение Состав информационных потоков Входные данные Выходные данные контроль поступающие по каналам связи;

ПКЗ/МП;

состояния файлы служебной информации. сообщения о нештатных / параметров аварийных ситуациях на экологической ПКЗ/МП;

обстановки файлы протоколов работы и текущего состояния диспетчерского комплекса.

Архивный Ведение файлы карт контролируемой экранные формы и комплекс локальной БД и территории;

выходные документы, информационного файлы, содержащие нормативно- содержащие результаты обслуживания обработки запросов справочную информацию из базы пользователей пользователей на данных;

представление файлы, содержащие измерительную измерительных данных.

информацию из базы данных.

Геоинформ Решение задач карта территории, включающая слой карты полей рассеяния а- математического с данными об источниках выбросов и концентраций моделирования слой пространственной сетки в загрязняющих веществ в ционный экологических формате для атмосфере.

MapInfo Grid моделир.

процессов отображения рассчитанных полей комплекс концентрации (источники задаются точечными объектами, для каждого из которых задаются высота и диаметр трубы, температура выброса, мощность выброса по каждому загрязняющему веществу);

таблица с данными по загрязняющим веществам;

таблица цветовой легенды растрового слоя (соотношение концентрация-цвет).

Наиболее часто употребляемым для подготовки управляющих экологических решений является геоинформационный моделирующий комплекс. Многие исследователи Е.В.Дедиков, В.М.Шек, М.Ф.Каневский, (А.М.Смирнов, В.В.Демьянов, А.А.Филиппова, Н.Р.Шестернев и др.) подчеркивают, что в настоящее время ГИС является необходимым элементом при реализации любых сложных проектов экологической направленности, в том числе мониторинговых ГИС - это особая информационная система. Она ориентирована на манипулирование географическими (пространственно распределенными) данными, на их анализ, моделирование и отображение в целях решения задач планирования и управления (в том числе имеющих экологическую направленность).

Базовым компонентом любой ГИС являются пространственные данные о географических объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах. Полный набор однотипных объектов одного класса в пределах данной территории образует слой. Тематические слои в геоинформационной системе сопровождаются атрибутивными базами данных (БД), содержащими необходимую для исследований информацию: цифровую, описательную, графическую и т.д. Эта информация связывается с пространственными объектами через систему идентификаторов.

Подробное рассмотрение всех подсистем производственного экологического мониторинга приводит к выводу, что технические, информационные и программные ресурсы позволяют решать задачи большой размерности и сложности. Исключение составляют алгоритмические средства моделирования распространения загрязнений.

Наиболее популярной и чаще всего используемой моделью диффузии примеси является гауссова модель. Она рекомендована для практического применения всеми Международными организациями, включая: Всемирную метеорологическую организацию (ВМО), Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) ООН, Всемирную организацию здравоохранения (ВОЗ) и др. Использование гауссовой модели учитывает практически все особенности рассеяния.

Все практические реализации гауссовой модели атмосферной диффузии являются полуэмпирическими. Это означает, что параметры модели устанавливаются на основе опытных данных. Оценки таких параметров были выполнены в работе применительно к рельефу местности ГПС «Береговая» и используются в моделях расчётов АРМ эколога.

Модель распространения загрязнений строится с использованием объектно ориентированного подхода к построению сложных систем (рис.5).

Ввод картографической, статистической информации Модель Файлы монитор данных Динам ическая м одель Модель распространения прим еси внешних связей на базе ГИС Модель Модель Модель Прогнозная модель образования выброса переноса примеси оседания примеси Подбор, создание моделей ЛПР Проверка Репозиторий адекватности (библиотеки моделей, метаданные) Отображение База результатов масштабированных данных, знаний о предметной области Вывод полей концентраций, безопасных режимов работы источников и т.д.

Рис.5. Структура алгоритма расчёта и представления процесса распространения загрязнений.

Базы масштабированных данных (знаний) о предметной области включают электронные карты экологического содержания и т.д. Модель внешних связей – обеспечивает интерфейс с внешней средой. При этом сама математическая модель реализована в виде интегрированной ГИС, которая учитывает пространственно временные факторы рассеяния и позволяет пополнять базы масштабированных данных (знаний) о предметной области.

Отдельные модели загрязнения, построенные в различных временных и географических масштабах, могут объединяться в интегрированные ГИС-модели объектов с использованием принципа пространственно-временного масштабирования (в соответствии с методикой геоинформационного подхода).

Элементарные объекты этой модели загрязнения образованы за n временных координатных интервалов, длительностью Tk, согласно правилам:

n = SubModelkj, n [1,..., Lk +1 ] ;

Modelkn если j = n Lk +1, n SubModel kj, n a n = aLk +1 + b, ;

если Model = Model + k + k j =1+ ( n b ) a, b целые где:

k – номер координатного интервала времени (1-час, 2-сутки, 3-неделя и т.д.), k[0,…,K];

nN;

Tk – k-ый координатный интервал времени;

Tkn – n-ый координатный интервал времени длительности Tk ;

– количество (k-1)-ых координатных интервалов времени Lk Кроме того, ГИС обеспечивает естественную взаимосвязь моделей-процессов («образование выброса», «перенос примеси», «оседание (накопление) примеси») и моделей-объектов («промышленный выброс», «среда-переносчик», «земная поверхность»).

Блок-схема алгоритма показана на рис.6. Для расчета полей максимальных концентраций вдоль каждого из i - направлений ветра используется методика ОНД 86. Степень загрязнения атмосферы выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников здесь определяется по наибольшему значению разовой приземной концентрации вредных веществ (Сmi).

В третьей главе «Тестирование и внедрение разработанных программно алгоритмических средств производственного экологического химического мониторинга для системы «Голубой поток»» рассмотрены вопросы тестирования созданных алгоритмов на примере задач моделирования распространения загрязнения в атмосфере и реализация их в системе ПЭМ.

В настоящее время накоплены большие объемы пространственной и атрибутивной информации (карты, космические и аэрофотоснимки, данные экспедиционных исследований и т.д.) по объектам строительства ГПС «Береговая».

ГИС MapInfo оснащена широким спектром средств для ввода, редактирования и проверки векторных карт, кроме этого есть большой список дополнительных приложений, которые позволяют автоматизировать эти операции. Картографическое обеспечение создает научно-методическую и информационную основу для формирования баз и банков экологической информации о состоянии природной среды для создания геоинформационных систем и принятия управленческих и проектных решении.

Для тестирования созданных унифицированных алгоритмов были рассчитаны поля концентраций примесей воздушно-газовой смеси в единичном объеме приземного слоя атмосферы с течением времени (рис.7). Результаты расчетов совпали с контрольными, рассчитанными на основе нескольких высокоточных, но медленных программ.

1 Ввод данных Построение электронной карты Начало наблюдений (план поверхности) 4 Создание t = Tнач сценария Образование порции выброса Расчет скоростей ветра по направлениям Расчет полей да максимальных концентраций нет Использовать текущие t = T2 метеоусловия 8 Построение Создание интегральной полей концентраций поверхности зоны загрязнения нет t = T да Оседание нет нет 13 да да да Построение модели Наложение модели t = T1или 20 12 Модель адекватна t = T4 зон загрязнения зон загрязнения на поверхность t = T3 наблюдениям?

нет нет Вывод отчетных t = t + t t= Т +Т документов, карт нач о да Новый цикл?

нет Конец Рис. 6. Алгоритм расчета приземных концентраций вредных веществ Y,м t t t t t X,м Рис. 7. Изменение концентрации воздушно-газовой смеси в приземном слое атмосферы с течением времени.

Подготовка управляющих решений является одной из основных функций инженера-эколога, рабочее окно которого в составе АРМ эколога показано на рис. 8.

Рис.8. Рабочее окно АРМ инженера-эколога - лица, принимающего решения.

Полный комплект разработанных и внедренных программно-алгоритмических средств для КС «Береговая» показан на рис. 9.

Рис.9. Структурная схема внедренных алгоритмических средств КС «Береговая».

Интерфейс АРМ инженера - эколога составлен таким образом, чтобы вся необходимая информация была в поле зрения (управление слоями, информация об объекте, карта и условные обозначения). Окно «Слои» в верхней части содержит список слоев активного окна «Карты». Средствами диалога можно формировать произвольный состав слоев и тематических карт, если этого требуют решаемые задачи. Предусмотрена возможность, подгружать необходимые слои не входящие в состав Базы Данных, например аэро- и космоснимки, и т.д. (любые файлы MapInfo).

Тестирование и внедрение в промышленную эксплуатацию разработанных алгоритмов проводилось в течение 2005 –2006 годов в условиях функционирующей в реальном времени системы производственного экологического мониторинга газотранспортной системы «Голубой поток» на компрессорной станции «Береговая».

В заключении сформулированы основные результаты работы:

Выполнен системный анализ существующего программно 1.

алгоритмического обеспечения для информационной поддержки производственного экологического химического мониторинга.

Выполнен системный анализ информационных потоков 2.

производственного экологического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности.

Разработана структура алгоритмического обеспечения 3.

производственного экологического химического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности.

Выполнен синтез алгоритмов автоматизированного сбора и 4.

представления информации об экологических параметрах для лиц, принимающих решение.

Сформулированы задачи разработки программно-алгоритмического 5.

обеспечения производственного экологического химического мониторинга транспортного предприятия газовой промышленности.

Разработаны контрольные задачи программных средств 6.

автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга для газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток».

Протестированы на контрольных задачах алгоритмы 7.

автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга для газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток».

Внедрены в промышленную эксплуатацию программно 8.

алгоритмические средства автоматизированного сбора и представления информации производственного экологического химического мониторинга газотранспортной трубопроводной системы Россия-Турция «Голубой поток».

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ:

1. Лукьянов О.В., Погорелый А.М., Фридрик Д.Е. Информационная поддержка химического экологического мониторинга выбросов перерабатывающих и транспортных предприятий газовой промышленности. Вестник Костромского государственного университета им.Н.А.Некрасова, «Системный анализ.

Теория и практика», вып. 4,2006, с.47-53.

Статьи и тезисы докладов:

2. Погорелый А.М., Равикович В.И., Ярыгин Г.А. Системный анализ промышленного экологического мониторинга газопроводов "Заполярное Уренгой". -Сб. статей "Оптимизация и обработка информации", вып. 3, Изд.

Вл.ГУ, 2004-с.27-36.

3. Бараков Е.И., Ладин Е.Г., Погорелый А.М. Об особенностях массового аналитического контроля в производственном экологическом мониторинге.

«Ученые записки МИТХТ», вып. 13, 2005, с. 72 –76.

4. Погорелый А.М., Равикович В.И. Программные средства информационной поддержки химического экологического мониторинга выбросов перерабатывающих и транспортных предприятий газовой промышленности.

«Электронный журнал Исследовано в России», 049/070312, стр. 531-539, 2007. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/049.pdf.

5. Ярыгин Г.А., Соловьянов А.А., Сергиенко А.В., Погорелый А.М. Обеспечение экологической безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации газопровода «Россия – Турция» («Голубой поток»). Сборник докладов Международного Конгресса «Спасение Черного моря» (Сочи, ноября – 01 декабря 2005 г), с 388 –392.

Подписано в печать 16.04.2007. Сдано в производство 24.04.2007.

Формат бумаги 60х90 1/16. Объем 1,5 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в ООО "Фирма БЛОК" 107140, г.Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т.264- Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций

 

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.