CC BY
20
УДК 629.703:658.562:629.701+533.6
В. В. Куревин, О. Г. Морозов, Г. А. Морозов, С. С. Зайдуллин, В. Ю. Виноградов, Э. Р. Галимов, И. А. Абдуллин
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ
ХРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ. ЧАСТЬ 2
Ключевые слова: информационные технологии, компонентов, экологический мониторинг, безопасность.
В настоящей статье представлены варианты функционального наполнения блоков математического, информационного, программного и технического обеспечения автоматизированного рабочего места эколога с точки зрения их применения для управления экологической безопасностью территориально распределенной системы хранения опасных веществ. На их основе был разработан программно-аппаратный комплекс «АРМ-ОЭБ», предназначенный для проведения работ по контролю и обеспечению экологической безопасности при хранении, погрузочно-разгрузочных работах и перевозках опасных и взрывоопасных веществ.
Key words: information technology, components, environmental monitoring, safety.
This article presents the options for the functional blocks of mathematical, information, software and hardware maintenance of ecologist workstation from the point of view of their application for environmental safety management of geographically distributed systems storage of hazardous substances. On this basis, it was developed hardware and software complex "ARM-OEB", intended for work on control and environmental safety maintenance during storage, handling and transportation of dangerous and hazardous substances.
Введение. В процессе исследования проблемы были рассмотрены различные постановки задач автоматизации проектирования и управления эксплуатацией территориально-распределенных систем хранения (ТРСХ) опасных веществ [1, 2]. Учитывая сформулированные в них общие задачи исследований, необходимо ещё раз подчеркнуть, что неотъемлемой частью решаемых распределённой системой хранения задач являются задачи обеспечения экологической безопасности (ОЭБ).
В [3] была представлена общая структура АРМ специалиста-эколога ТРСХ. Необходимо отметить, что такая структура может быть реализована в рамках практически любого набора используемого в ТРСХ системного и прикладного программного обеспечения. Рассмотрим назначение каждого из её компонентов подробнее.
В настоящей работе представлены варианты функционального наполнения блоков информационного, программного и технического обеспечения АРМ с точки зрения их применения для управления экологической безопасностью ТРСХ. Детальная структура информационного, программного, математического и технического обеспечения АРМ специалиста-эколога ТРСХ представлена на рис. 1.
Математическое обеспечение АРМ. В состав информационного обеспечения входят все те постоянные и оперативные данные, что обеспечивают реализацию моделей и методов математического обеспечения АРМ, обеспечивают поддержку принятия решений специалистом-экологом и т.п. Они образуют два «массива» данных:
- рабочая информационная база, содержащая данные об обслуживаемых объектах и процессах обслуживания;
- нормативно-справочная информационная база, содержащая данные из справочников, нормативной документации и т.п.
Рабочий массив данных формируется при выполнении основных функций эколога, поэтому он очень динамичен. Формирование нормативно-справочного массива осуществляется при проектировании информационной подсистемы интегрированной системы обеспечения экологической безопасности (ИСОЭБ). Он статичен, но может быть изменён при изменении в соответствующей документации или изменении состава (содержания) функций эколога ИСОЭБ либо ТРСХ в целом.
Информационное обеспечение АРМ. На рис. 1 рабочий массив данных представлен в форме трёх баз данных (БД): «Данные инструментального контроля», «Данные контроля» и «Документооборот». Прочие базы данных на данном рисунке образуют нормативно-справочный массив.
БД «Данные инструментального контроля» хранит результаты измерения со всех датчиков и измерительных приборов, что входят в состав технических средств АРМ. Периодичность контроля может быть различной, поэтому БД должна обеспечивать быстрый поиск в больших массивах данных.
Допускается применение специальных алгоритмов оптимизации объёмов хранимых данных и архивация «устаревших» данных.
БД «Данные контроля» предназначена для хранения всех данных, получаемых специалистом-экологом обычными (не инструментальными) методами контроля. Например, здесь хранятся конкретные количественные данные из рапортов о чрезвычайных ситуациях (см. БД «Документооборот»), отметки о выполнении контролируемым должностным лицом ТРСХ отдельных этапов регламента и качестве выполненных работ и т.п.
БД «Документооборот» предназначена для учёта поступающих специалисту-экологу документов и документов, формируемых им сам (приказы, рапорты, иски, отчёты и т.п.). Документы, создаваемые в электронной форме должны полностью храниться в дан-
ной БД. Желательно организовать ввод в БД и тех документов, что существуют только в бумажной форме. По крайней мере, здесь должны храниться их значимые атрибуты: организация-источник, исходящий номер, автор, дата создания, тема, входящий номер,
дата поступления, ответственное лицо, состояние и т.п. При необходимости на записи данной БД организуются ссылки, например, из БД «Данные контроля».
Рис. 1 - Общая структура АРМ специалиста эколога
БД «Нормативно-правовые документы» включает в себя полнотекстовые копии всех документов, обеспечивающих нормативно-правовую базу деятельности специалиста-эколога. Эти документы будут использоваться для обоснования принятия решений в различных спорных ситуациях, например, при получении исков от внешних организаций, а потому они должны иметь чёткую гипертекстовую структуру, снабжаться атрибутными индексами и перекрёстными ссылками.
БД «Нормативно-справочные данные» обеспечивает специалиста-эколога данными, необходимыми для расчёта и оценки различных экологических характеристик. Например, здесь хранятся предельно допустимые концентрации веществ-загрязнителей. Все записи данной БД должны иметь ссылку на соответствующий документ из БД «Нормативно-правовые документы».
В БД «Параметры расчётных моделей» хранятся вспомогательные параметры, используемые процедурами анализа и прогноза экологической ситуации. Здесь дополняются и уточняются данные, хранящиеся в БД «Нормативно-справочные данные» (при необходимости можно указывать связь между записями этих двух БД).
БД «Экспертные данные» содержит данные, полученные от экспертов-экологов, но не охватываемые нормативной документацией. Например, это могут быть рекомендации о поведении в различных чрезвычайных ситуациях, описания местных особенностей распространения загрязнений, выходящие за рамки стандартных моделей. Записи данной БД обеспечивают работу экспертной подсистемы АРМ.
БД «Регламенты» содержит описания регламентов действий должностных лиц ТРО, чьи действия подлежат контролю специалистом-экологом. Записи данной БД могут снабжаться ссылкой на соответствующие документы из БД «Нормативно-правовые документы».
Программное обеспечение АРМ. В составе программного обеспечения (ПО) АРМ выделяются два компонента:
- системное ПО, предназначенное для организации в рамках АРМ информационно-вычислительных и сервисных процессов, а также управления этими процессами;
- функциональное ПО, предназначенное для реализации алгоритмов первичной и вторичной обработки информации в рамках основных функций специалиста-эколога.
Рассмотрим состав функционального программного обеспечения АРМ.
Модуль «План-график» предназначен для создания графика работ специалиста-эколога по обеспечению экологической безопасности функционирования ТРСХ.
Модули «Данные инструментального контроля» и «Данные контроля» обеспечивают ввод и непосредственный просмотр данных (за любой период времени), получаемых средствами инструментального и обычного контроля.
Модули «Анализ ситуации» и «Прогноз» реализуют описанные выше компоненты математического обеспечения АРМ, данные для которых собраны с помощью датчиков физического уровня АРМ. Модуль «Анализ ситуации» автоматизирует обработку данных контроля, обобщает данные контроля, формирует отчётные формы, упрощающие оценку сложившейся экологической ситуации. Модуль «Прогноз», обобщая данные, полученные в процессе контроля экологически значимых параметров, позволяет получить оценку динамики и прогнозы развития событий, определить риск при реализации тех или иных действий структурных подразделений ТРСХ.
Системное программное обеспечение включает в свой состав такие элементы, как операционная система, система управления базами данных, драйвера устройств из состава технического обеспечения АРМ, головной и сервисные модули программного обеспечения АРМ.
Головной модуль реализует стандартную процедуру входа в систему, синхронизирует работу специалиста-эколога со всеми остальными программными модулями АРМ, а также реализует процедуру выхода из системы.
Сервисные модули расширяют возможности специалиста-эколога при выполнении его основных функций. Рассмотрим их подробнее.
Модуль «Документооборот» реализует учёт электронных и бумажных документов, поступающих специалисту-экологу. На данный модуль возлагается обеспечение ссылок между связанными по смыслу документами и данными АРМ. Например, при поступлении иска от местных органов власти на загрязнение водоёма компонентами топлива, он не только регистрируется в БД АРМ, но и устанавливается связь с записями плана-графика, рапортом о чрезвычайной ситуации, данными контроля и т.п. Связи устанавливаются специалистом-экологом по результату анализа документа, если возможно данный процесс автоматизируется.
Данный модуль обеспечивает специалиста-эколога средствами для создания отчётов как стандартной, так и произвольной формы и содержания. Отчёты и прочие документы, создаваемые специалистом-экологом, регистрируются в БД «Документооборот» аналогично внешним документам.
При необходимости реализуется связь данного модуля со средствами доставки электронных сообщений, например, доступ к электронной почте может быть организован средствами операционной системы (например, интерфейс MAPI в операционной системе Windows).
Модуль «Контроль доступа» организует ведение реестра пользователей, идентификацию по паролю, разграничение прав на доступ к данным и функциям АРМ. При необходимости реализуются аппаратные методы защиты, шифрование данных и поддержка электронной подписи для модуля «Документооборот».
Хранение большого количества данных (особенно в БД инструментального контроля и документооборота) может существенно замедлять работу АРМ. Модуль «Архивация данных» организует отключение неактуальных данных в архивы с возможностью последующего восстановления. Также данный модуль реализует резервное копирование данных БД АРМ.
Модуль «Экспорт / импорт данных» реализует взаимодействие АРМ с внешними системами на уровне обмена исходными и аналитическими данными в электронном виде по имеющимся каналам связи, обеспечиваемым технологическим уровнем АРМ. В частности с помощью данного модуля реализуется консолидация отдельных АРМ персонала ТРСХ в единую информационную систему территориально-распределённой системы управления экологической безопасностью. Также здесь может быть реализован оперативный обмен данными с местными (муниципальными и региональными) системами экологического контроля в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.
Модуль «Экспертная система» реализует доступ специалиста-эколога к БД «Экспертные данные». Данный модуль может быть реализован в виде полнофункциональной «классической» экспертной системы, основанной на логическом выводе по правилам, установленными экологами-экспертами.
В простейшем варианте модуль обеспечивает автоматизированный подбор для пользователя АРМ рекомендаций экспертов по описанию сложившейся экологической ситуации.
Модуль «ГИС» предназначен для проекции данных о текущей и прогнозируемой экологической ситуации на электронную карту местности. Модуль может быть ориентирован на самостоятельную реализацию работы с картами либо только предоставлять интерфейс к ГИС-программам сторонних разработчиков (МарШо, ArcView и т.п.).
Практическая реализация программного обеспечения АРМ быть выполнена на любом из современных объектно-ориентированных языков. При этом предлагается следовать диаграмме пакетов прецедентов, показанной на рис. 2. Каждому модулю общей структуры АРМ здесь соответствует отдельный пакет с соответствующими прецедентами, реализуемыми в этом модуле.
В том случае, если ИСОЭБ разрабатывается для уже существующей ТРСХ, рекомендуется использовать тот же самый язык, среду разработки и систему управления базами данных, чтобы упростить интеграцию АРМ ИСОЭБ в комплекс программных средств ТРСХ.
Как было указано, одним из основных типов ресурсов ТРСХ является персонал системы. На рис. 3 в форме диаграммы прецедентов показаны элементы множества D, обеспечивающие функционирование ИСОЭБ, а также приведены их основные функции в контексте программного обеспечения АРМ ИСОЭБ.
Данная диаграмма отражает следующие аспекты работы АРМ:
Основные действующие лица (актёры):
- пользователь АРМ: специалист-эколог и руководящее лицо;
- администратор АРМ;
- подсистема инструментального контроля (СИК);
- внешняя (по отношению к АРМ) система. Основные прецеденты (варианты использования),
определяющие:
- основные функции указанных действующих лиц;
- основное назначение модулей АРМ. Взаимосвязь выделенных прецедентов по использованию функций.
1
Головной модуль
{documentation = Головной модуль)
План-график {documentation = Функциональный модуль)
Документооборот
{documentation = Сервисный модуль)
Данные инструментального контроля {documentation = Функциональный модуль)
Контроль доступа
{documentation = Сервисный модуль)
Данные контроля {documentation = Функциональный модуль)
Архивация данных
{documentation = Сервисный модуль)
Анализ ситуации {documentation = Функциональный модуль)
Экспорт/импорт данных {documentation = Сервисный модуль)
Прогноз
{documentation = Функциональный модуль)
Экспертная система
{documentation = Сервисный модуль)
ГИС {documentation = Сервисный модуль)
Рис. 2 - Диаграмма пакетов прецедентов программного обеспечения АРМ специалиста-эколога
Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - Диаграмма прецедентов (вариантов использования) ИСОЭБ ТРСХ
Техническое обеспечение АРМ. Состав комплекса технических средств полностью определяется спецификой решаемых АРМ задачВ частности сбор данных инструментального контроля в СИК может осуществляться двумя способами: Данные получает непосредственно соответствующий программный модуль АРМ. В этом случае компьютер специалиста-эколога должен быть обеспечен коммуникационными каналами, поддерживаемыми соответствующими измерительными приборами и датчиками (Cetronix, RS-232c, RS-484, IEEE 488, и т.п.). Данные собирает внешний программный модуль, передающий затем данные в АРМ посредством специальных транзитных файлов либо непосредственно получая доступ к соответствующим таблицам базы данных АРМ. В этом случае сами приборы не включаются в состав комплекса технических средств АРМ.
Тип средств связи также зависит от «мобильности» АРМ и используемой частоты связи. Он может варьироваться в достаточно широком диапазоне от средств доступа к локальной сети до персональных радиостанций. Определённые на сегодняшний день приоритетные требования к построению ИСОЭБ требуют рассмотрения второго варианта структуры с внешним модулем, построенным на основе волоконно-оптических датчиков и систем связи.
Заключение
На основе предложенных в статье подходов был разработан программный комплекс «АРМ-ОЭБ», предназначенный для проведения работ по контролю экологической безопасности при хранении, погрузоч-но-разгрузочных работах и перевозках опасных и взрывоопасных веществ [4-9].
С учётом специфики построения существующих информационных систем Росрезерва комплекс функционирует в среде специальных операционных систем и картографическим сервером. Обеспечивается функционирование АРМ трёх должностных лиц: эколога, начальника цеха и руководителя предприятия.
В заключении можно отметить, что предложенная типовая структура АРМ может быть использована при проектировании ТРСХ различных типов, ориентированных на хранение объектов различного типа.
Литература
1. Территориально распределённые системы хранения опасных веществ и вопросы обеспечения их экологической безопасности // Куревин В.В., Морозов О.Г., Зайдуллин С.С., Виноградов В.Ю., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А. Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 13. С. 164-169.
2. Исследование проблемы обеспечения экологической безопасности на предприятиях с территориально распределённой системой хранения опасных ресурсов // Куревин В.В., Морозов О.Г., Зайдуллин С.С., Виноградов В.Ю., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А. Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 23. С. 131-135.
3. Информационные технологии управления экологической безопасностью территориально-распределенных систем хранения опасных веществ. Часть 1// Куревин В.В., Морозов О.Г., Морозов Г.А., Зайдуллин С.С., Виноградов В.Ю., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А. Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 23. С. 139-143.
4. Экологическая безопасность при эксплуатации газоперекачивающих аппаратов насосных станций //Виноградов В.Ю., Морозов О.Г., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А., Заднев А.А. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 15. С. 249-252.
5. Перспективы внедрения экологически безопасного способа эксплуатации сливоналивного устройства // Виноградов В.Ю., Морозов О.Г., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А., Заднев А.А. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 14. С. 61-62.
6. Куревин В.В. Волоконно-оптические технологии развития интегрированных систем управления экологической безопасностью// Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 4; URL: www.science-education.ru/118-14444 (дата обращения: 30.08.2014).
7. Структурная минимизация волоконно-оптических сенсорных сетей экологического мониторинга// Куревин В.В., Морозов О.Г., Просвирин В.П., Салихов А.М., Смирнов А.С. Инфокоммуникационные технологии. 2009. Т. 7. № 3. С. 46-52.
8. Волоконно-оптические технологии в распределенных системах экологического мониторинга// Куприянов В.Г., Степущенко О.А., Куревин В.В., Морозов О.Г., Садыков И.Р. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4-4. С. 1087-1091.
9. Перспективы внедрения экологического способа сжигания углеводородных топлив в пульсирующем потоке// Виноградов В.Ю., Морозов О.Г., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А., Заднев А.А., Гибадуллин Р.З. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 21. С. 155-156.
© В. В. Куревин, аспирант каф. РФМТ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, microoil@mail.ru; О. Г. Морозов, д.т.н., профессор, зав. каф. РФМТ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, microoil@mail.ru; Г. А. Морозов - д.т.н., профессор, каф. РФМТ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, microoil@mail.ru; С. С. Зайдуллин, к.т.н., доцент, каф. ПМИ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева ( microoil@mail.ru); В. Ю. Виноградов, к.т.н., доцент, каф. МС и ПБ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, vawin@mail.ru; Э. Р. Галимов, д.т.н., профессор зав. каф. МСиПБ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, kstu-material@mail.ru; И. А. Абдуллин, д.т.н., профессор, проректор по НДИП, зав. каф. ТИПиКМ КНИТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.
© V. V. Kurevin, aspirant Head of Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Universe, microoil@mail.ru; O. G. Morozov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Universe, microoil@mail.ru; G. А. Morozov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Univerty - KAI, microoil@mail.ru); S. S. Zaidullin, Candidate of Technical Sciences, Associated professor, Scientific supervisor Tupolev Kazan National Research Technical Universe, micro-oil@mail.ru; V. Yu.Vinogradov, Candidate of Technical Sciences, Associated professor, Scientific supervisor Tupolev Kazan National Research Technical Universe, vawin@mail.ru; E. R. Galimov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Tupolev Kazan National Research Technical Universe, kstu-material@mail.ru; 1 A. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kazan National Research Technological Universe, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.
