CC BY
21
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 1
Ключевые слова: информационные технологии, компонентов, экологический мониторинг, безопасность, чрезвычайная ситуация.
С позиций обеспечения экологической безопасности (ОЭБ) рассматриваются вопросы анализа и синтеза территориально распределенных систем хранения опасных веществ. Особое внимание уделено информационному слою обеспечения экологической безопасности указанных систем, который оперирует результатами обработки нормативной документации, данными экологического мониторинга, аналитических отчётов и т.п. Его функционирование опирается на систему специализированных автоматизированных рабочих мест (АРМ), каждое из которых формирует множество прогнозов и расчетов в целях ОЭБ, используя информацию на трёх уровнях детализации: физическом, технологическом и логическом. Определена структура математического, информационного, программного и технического обеспечения АРМ.
Key words: information technology, components, environmental monitoring, safety, emergency situation.
Paper deals with the analysis and synthesis of geographically distributed systems for storage of hazardous substances from the environmental safety position. Particular attention is paid to the information layer to ensure environmental safety (ES) of these systems, which operates on the results of the processing of regulatory documents, environmental monitoring data, analytical reports, etc. Its operation is based on a system of specialized automated workplaces (AWP), each of which generates a plurality of projections and calculations in order to provide ES, using information on three levels of detail: the physical, technological and logical. The structures of mathematical, information, software and hardware ьфштеутфтсу of AWP are discussed.
Введение
В статьях [1,2] были рассмотрены постановки задач автоматизации проектирования и управления эксплуатацией территориально-распределенных
систем хранения (ТРСХ) опасных веществ. 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).
Было показано, что ресурсы системы экологического мониторинга функционируют в рамках двух независимых ТРСХ: информационной, где сосредоточена нормативная документация, результаты мониторинга, аналитические отчёты и т.п., и материальной, обеспечивающей хранение и доставку ресурсов, обеспечивающих нормальное функционирование экологических лабораторий и прочих компонентов системы.
В настоящей работе представлены варианты решения указанных задач с точки зрения применения для их нахождения информационных технологий управления экологической безопасностью ТРСХ.
Уровни структурирования АРМ обеспечения экологической безопасности
На рис. 1 показано частное дерево задач, включающее только те задачи проектирования и эксплуатации ТРСХ, что необходимые для обеспечения экологической безопасности. Данные задачи достаточно разнородны по своей сути, и должны решаться в рамках интегрированной системы обеспечения экологической безопасности (ИСОЭБ).
Функционирование ИСОЭБ ТРСХ должно опираться на систему специализированных автоматизированных рабочих мест (АРМ), каждое из которых оперирует информацией на трёх уровнях детализации.
I Проектирование ТРСХ
-1 Идентификация системного пространства
Н Идентификация потребителей, их связи I с номенклатурой (потребностей)_
-¡Разработка мероприятий по снижению/предотвращению рисков|
_|Выбор.'разработкал-становка технических/программных средств контроля и
Рис. 1 - «Дерево задач» проектирования и управления эксплуатацией ТРСХ в контексте обеспечения экологической безопасности
Физический уровень, содержащий графическое представление объектов экологического мониторинга.
Технологический уровень, отображающий графические объекты, соответствующие процессам технологической цепочки экологического
мониторинга и обработки учётных документов, сопровождающих процессы мониторинга и данные мониторинга прохождения контрольных точек по времени.
Логический уровень, отображающий список требований нормативно-правовых документов по
1 за
мониторингу ТРСХ и соответствие им происходящих процессов мониторинга ТРСХ.
Логический уровень фактически определяет для персонала АРМ перечень алгоритмов анализа и прогнозирования уровня экологической безопасности. Как правило, такие алгоритмы бывают основаны на результатах расчёта концентрации загрязнителей в окружающей среде с учётом различных факторов и последующем построении модели распространения загрязнения.
В настоящее время существует ряд методик расчёта, применяемых в различных ситуациях. Наибольшее распространение получили методики, описанные в следующих документах:
- методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий [3];
- методики оперативной оценки экологической обстановки на территории объекта [4];
- гигиеническая оценка качества почвы населенных мест [5];
- нормы радиационной безопасности [6];
- санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения [7].
Авторами был проведён анализ данных методик на предмет определения границ их применимости и выявления наиболее универсальной и оптимальной методики.
По результатам анализа можно сделать следующие выводы.
Наиболее универсальными методиками из рассмотренных является методики [6], так как их можно применять для оценки загрязнения атмосферы, водоемов, почвы, а также для комплексной оценки загрязнения окружающей среды.
Для более детальных расчетов методики [6] следует использовать совместно с другими методиками, позволяющими более детально рассмотреть воздействие загрязнителей на конкретную компоненту окружающей среды. Такая сцепка позволит строить предварительные прогнозы на основе [6] и, при необходимости, проводить их детализацию.
Результаты применения методик расчета в автоматизированной системе используются для принятия решений, направленных на предотвращение экологических угроз. Существует большое количество формальных методов принятия решений, наилучшим соотношением доступность-
эффективность на среди них является многокритериальный анализ и методы экспертной оценки.
К логическому уровню АРМ относятся также требования к условиям хранения, определяемые спецификой ТРСХ. Они могут варьироваться в достаточно широком диапазоне, однако, наиболее интересными и важными являются требования, предъявляемые при работе с опасными объектами хранения. В табл. 1 показан пример требований к хранению огнеопасных и взрывоопасных объектов [813]. Кроме того при хранении таких объектов недопустимо применение в составе технического обеспечения АРМ средств, включая измерительные
датчики, способных вызвать воспламенение в зоне хранения [10-12].
Логический уровень является «последним» с точки зрения персонала АРМ, но с точки зрения разработчика АРМ он является «первым», задавая технологические требования для остальных уровней. Целью настоящей главы является решение по требованиям логического уровня АРМ построить его физический и технологический уровни.
Таблица 1 - Вариант требований к хранению опасных веществ
Критерий оценки Допустимое значение
Влажность, % 80
Давление, кПа 740
Максимальная перегрузка, g 1
Освещённость, люкс 500
Температура, °С 20
При этом под технологическим уровнем мы будем понимать средства передачи данных между компонентами АРМ (тип линии передачи, протоколы обмена информации и т.д.), а также непосредственно программное обеспечение АРМ.
Физический уровень включает в себя множество датчиков и устройств сбора информации об условиях хранения, режима охраны складов и внешних экологических параметров. Напомним, что мы рассматриваем интегрированную структурированную экологическую систему, в которой важны как возможное влияние объекта на экологическую обстановку региона, так и влияние внешних угроз (террористических, техногенных, природных и т.д.) на экологическую обстановку пункта хранения, который является составным элементом ТРСХ. Вместе они образуют в систему инструментального контроля (СИК) - специализированную подсистему ИСОЭБ.
Структура типового АРМ эколога ТРСХ. Для того чтобы определить типовой состав АРМ специалиста-эколога ТРСХ необходимо определить его место в структуре ИСОЭБ, а также его цели и основные функции (рис. 2).
Можно выделить три основные цели специалиста-эколога:
- обеспечение экологической безопасности выполняемых подразделениями ТРСХ работ;
- оптимизация стоимости природоохранных мероприятий;
- минимизация штрафных и компенсационных выплат, выполняемых ТРСХ в случае нарушения правил экологической безопасности.
Указанные цели достигаются в процессе реализации им следующих функций:
- взаимодействие с должностными лицами, осуществляющими экологически опасные работы (участие в координации работ, информирование о возможном развитии событий и т.п.);
- ведение визуального и документального контроля (контроль соблюдения регламентов, контроль качества работ и т.п.);
- ведение инструментального контроля;
- анализ данных и прогноз рисков экологической безопасности;
- формирование отчётных документов для вышестоящих, смежных и внешних подразделений и организаций.
Кроме того, специалисту-экологу в своей деятельности необходимо учитывать наличие и характер угроз экологической безопасности, не связанных прямо или косвенно с деятельностью собственных подразделений ТРСХ.
подразделения * * * # В
■■ 1 ■■ Внешние
ко нт рол ирующие организации
обеспечения. Рассмотрим назначение каждого из её компонентов подробнее.
Рис. 2 ТРСХ
Специалист-эколог как компонент ИСОЭБ
Анализ приведённых выше функций и целей позволяет выделить основные задачи, решение которых должно обеспечивать АРМ специалиста-эколога:
сбор, объединение и отождествление разнородной по качеству и значимости информации о номенклатуре и количестве выбросов и сбросов, накоплении отходов, аварийных ситуациях, природоохранных мероприятиях и возмещении ущерба;
- анализ состояния экологической безопасности в подразделениях, чья деятельность характеризуется как потенциально опасная для окружающей среды;
- обнаружение, классификация и оценка степени опасности экологической ситуации;
- подготовка управленческих решений либо выработка рекомендаций по текущей ситуации;
- ведение банков данных о состоянии окружающей среды и банков чрезвычайных ситуаций;
- визуализация и документирование информации;
- планирование мероприятий по повышению экологической безопасности собственных подразделений ТРСХ.
Учитывая значительный территориальный разброс подразделений ТРСХ, данный АРМ должен обеспечивать решение указанных задач, в том числе и во взаимодействии с другими АРМ должностных лиц ТРСХ или АРМ других специалистов-экологов. Виды обеспечения АРМ. На рис. 3 представлена предлагаемая авторами общая структура информационного, математического, программного и технического обеспечения АРМ специалиста-эколога ИСОЭБ ТРСХ. Необходимо отметить, что такая структура может быть реализована в рамках практически любого набора используемого в ТРСХ системного и прикладного программного
ситуации и здесь могут байесовского решений и
Рис. 3 - Общая структура АРМ специалиста-эколога
Математическое обеспечение АРМ является теоретической основой реализации функций специалиста эколога. Оно включает в себя, во-первых, комплекс моделей для расчёта значимых экологических параметров (в том числе параметров воздушной и водной среды, параметров почвы, параметров электромагнитного, радиологического и шумового излучения) на основе данных обычного и инструментального контроля. Также в рамках данных моделей осуществляется интерполяция результатов точечных инструментальных измерений в единую картину состояния экологических параметров в рамках заданного территории (округа, района, края, области и т.п.)[25-27].
Во-вторых, в состав математического обеспечения должен входить комплекс моделей, реализующих прогноз развития экологической возможных рисков. В частности использоваться методы
прогнозирования, анализ деревьев экспертных оценок [14-23,24,28].
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 ИСЭБ. Он статичен, но может быть изменён при изменении в соответствующей документации или изменении состава (содержания) функций эколога, ИСЭБ либо ТРСХ в целом.
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;
Вы шестоящие и смежные
- функциональное ПО, предназначенное для реализации алгоритмов первичной и вторичной обработки информации в рамках основных функций специалиста-эколога.
Состав комплекса технических средств полностью определяется спецификой решаемых АРМ задач и зависит от различных причин.
Заключение
Определена структура, функциональное наполнение и виды обеспечения (математическое, информационное, программное и техническое) АРМ эколога предприятия. Предложенная типовая структура АРМ может быть использована при проектировании ТРСХ различных типов, ориентированных на хранение опасных веществ, и направлена на решение организационных, информационных и контролирующих вопросов обеспечения экологической безопасности при их эксплуатации.
Литература
1. Агошкова Е.Б., Ахлибинский Б.В. Эволюция понятия системы // Вопросы философии, 1998, № 7, С. 170-178.
2. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978, 400 с.
3. ОНД-86 . Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987. URL: http://www.gosthelp.ru/text/Posobie Metodicheskoe posob2.html (дата обращения: 01.02.2016)
4. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М., 1991.
5. Методические указания МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест», утверждено Главным государственным санитарным врачом РФ 7 февраля 1999г.
6. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) [Электронный ресурс]: СП 2.6.1.758-99. URL: http://www.alfapol.ru/spravochme-materiali/normativnie-dokumenti/nrb99/ (дата обращения 10.03.2016).
7. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. СанПиН №4630-88. - М., 1988. - 69с.
8.Решетников И.С. Автоматизация производственной деятельности газотранспортной компании. - М.: НГСС, 2011, 116 с.
9. Абрамов О.К., Мельников А.Ю., Ульянов В.И. К учёту основных метрологических параметров радиотелеметрических сейсмоизмерительных систем // Тез. докл. 6-ой Всеросс. научно-технической конференции "Состояние и проблемы измерений". Часть I. М. 1999, С. 227-228.
10. Бутузова А.В. Математическое моделирование и алгоритмизация основных задач управления службой скорой медицинской помощи: автореф. дис. канд. техн. наук / КГТУ им. А.Н.Туполева. - Казань: изд-во КГТУ, 2009., 25 с.
9. Сахно А.С. Совершенствование и разработка методов организации производства на базе металлообрабатывающих станков с ЧПУ: автореф. дис. канд. техн. наук / КГТУ им. А.Н.Туполева. - Казань.: изд-во КГТУ, 2010., 16 с.
10. Сиразетдинов Р.Т., Бражкина А.А. Универсальная структурная модель типового экономического кластера // Управление большими системами. Выпуск 29. - М.: ИПУ РАН, 2010, С. 152-166.
11. Попков Ю.С. Моделирование и анализ структурных свойств систем людских поселений // Системные
исследования. Методологические проблемы. Ежегодник 1980. - М.: Наука, 1981, С. 196-215.
12. Моисеев В.С., Валеев В.Ф. Основные задачи комплексной автоматизации технического обслуживания и ремонта изделий в полевых условиях эксплуатации // Изв. вузов. Авиационная техника, 1997, № 1, С. 67-73.
13. Моисеев В.С., Козар А.Н. Основы теории применения управляемых артиллерийских снарядов. Монография. -Казань: Изд-во Казанского высшего артиллерийского командного училища, 2004, 350 с.
14. Александров В.В. Развивающиеся системы. В науке, технике, обществе и культуре. Часть. 1. Теория систем и системное моделирование. - СПб: Изд-во СПбГТУ, 2000, 243 с.
15.Зайдуллин С.С., Моисеев В.С. Математические модели и методы управления территориально распределёнными системами: Монография. -Казань: «Мастер Лайн», 2005, 208 с.
16. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб: Изд-во СПбГТУ, 1999, 512 с.
17. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория многоуровневых иерархических систем. - М.: Мир, 1973, 344 с.
18. Волкова В.Н. и др. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи. - М.: Радио и связь, 1983, 248 с.
19. Балясников Б.И., Емельянов И.И. Пути повышения эффективности радиотехнических комплексов МО США // Зарубежная радиоэлектроника, 1989, № 7, С. 73-81.
20. Единая система мониторинга окружающей среды Республики Татарстан (ЕГСМ РТ). Создание региональных подсистем мониторинга окружающей среды Республики Татарстан. Разработка системотехнических заданий и проектов, внедрение, сопровождение и развитие подсистем / Руководящий документ (утв. Приказом Минприроды РТ от 05.04.2000 N 236) . URL: http://tatlaws.ru/index.php?ds= 1136813 (дата обращения: 01.02.2016)
21. Терминальная система // Современные технологии доставки грузов. URL: http://www.rosavtocredit.ru/page_2.php (дата обращения: 01.02.2016)
22.Арсеньев Г.М., Валге А.М., Каледин Г.В. Методика построения сети предприятий системы инженерно-технического обслуживания сельскохозяйственных товаропроизводителей // Сб. научных трудов СЗНИИМЭСХ «Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства». Выпуск 69, СПб, 1998. URL: http://sznii.boom.ru/bibl/sb69/arsenev/arsenev.html (дата обращения: 01.02.2016)
23. Экологическая безопасность при эксплуатации газоперекачивающих аппаратов насосных станций. //Виноградов В.Ю., Морозов О.Г., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А., Заднев А.А. Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 15. С. 249252.
24. Перспективы внедрения экологически безопасного способа эксплуатации сливоналивного устройства // Виноградов В.Ю., Морозов О.Г., Галимов Э.Р., Абдуллин И.А., Заднев А.А. Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 14. С. 61-62.
25. Куревин В.В. Волоконно-оптические технологии развития интегрированных систем управления экологической безопасностью// Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 4;
26. Куревин В.В., Морозов О.Г., Просвирин В.П., Салихов А.М., Смирнов А.С. Структурная минимизация волоконно-оптических сенсорных сетей экологического мониторинга// Инфокоммуникационные технологии. 2009.
Т. 7. № 3. С. 46-52. URL: www.science-education.ru/118-14444 (дата обращения: 30.03.2016).
27. 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.
28. 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. 155156.
© В. В. Куревин, аспирант каф. РФМТ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, [email protected]; О.Г.Морозов, д.т.н., профессор, зав. каф. РФМТ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, [email protected]; Г. А.Морозов - д.т.н., проф. той же кафедры, [email protected]); С. С. Зайдуллин, к.т.н., доцент каф. ПМИ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, [email protected]; В. Ю. Виноградов, к.т.н., доц. каф. МС и ПБ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, [email protected]; Э. Р. Галимов, д.т.н., профессор зав. каф. МСиПБ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, [email protected]; И. А. Абдуллин, д.т.н., профессор, проректор по НДИП, зав. каф. ТИПиКМ КНИТУ, [email protected].
© V. V. Kurevin, aspirant Head of Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Universe, [email protected]; O. G. Morozov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Universe, [email protected]; G. А. Morozov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Television and Multimedia Department Tupolev Kazan National Research Technical Univerty - KAI, [email protected]; S. S. Zaidullin, Candidate of Technical Sciences, Associated professor, Scientific supervisor Tupolev Kazan National Research Technical Universe, [email protected]; V. Yu. Vinogradov, Candidate of Technical Sciences, Associated professor, Scientific supervisor Tupolev Kazan National Research Technical Universe, [email protected]; E. R. Galimov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Tupolev Kazan National Research Technical Universe, [email protected]; 1 A. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kazan National Research Technological Universe, [email protected].
