CC BY
61
Для обработки данных внутри среды MATLAB исходные данные модели прогнозирования платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов передаются с помощью функции Excel Link putmatrix в виде матриц в систему MATLAB, где они обрабатываются с помощью программы, написанной на встроенном языке системы MATLAB. Данные инициализируются в рабочей области системы MATLAB, под них резервируется место в памяти. Полученные на каждом этапе в ходе обработки промежуточные данные снова передаются в MS Excel с помощью функции Excel Link getmatrix, где размещаются в виде таблиц.
Процесс обработки статистической информации через систему MATLAB производится посредством вызова отдельных функций из среды MS Excel, интерфейс пользователя реализован с помощью форм, макросов и модулей на языке VBA.
Главное меню системы состоит из пунктов: ввод и корректировка данных; прогнозирование; выход.
Просмотр информации осуществляется пользователем только в режиме чтения. При нажатии на пункт меню "Просмотр информации" появляется окно для выбора параметров, по которым необходимо провести прогнозирование (см. таблицу).
Таблица
Вид загрязнений - выброс загрязняющих веществ; - сброс загрязняющих веществ; - размещение отходов.
Прогнозируемый период с какого года (квартала года) по какой год
Длительность прогноза квартал, год, несколько лет
Используя информационную систему "Прогнозирования платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов", можно получить прогнозы как по определенной области в целом, так и по различным ее районам. Прогноз дается по отдельным видам загрязнений, возможен прогноз общей величины платежей по различным периодам, на различный срок прогнозирования.
Некоторые разрезы необъединимы: так, при выборе прогноза по штрафам, пользователю становится недоступен разрез видов загрязнений - фактически штрафы накладываются на предприятие при несвоевременной сдаче расчетов по начислению платы.
На панели инструментов имеется кнопка "Статистика", которая позволяет получить информацию о статистических характеристиках модели и оценке ее адекватности.
Список литературы
1. Палюх Б.В., Ветров А.Н., Елисеев А.В., Борисов А.Л., Козлова Ю.Г. // Отчет по науч.-исслед. теме №38: Составление методики прогнозирования платы за загрязнение окружающей среды на территории Тверской области. - Тверь: ТГТУ, 2002.74 с.
2. Лавров К.Н., Цыплакова Т.П. Финансовая аналитика МЛТЬЛБ /Под общ. ред. В.Г.Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001.-368 с. - (Пакеты прикладных программ; Кн.3).
Разрез прогнозирования Значения
Район Тверская область, г. Тверь, районы Тверской области
Вид платежа начисленный, фактический
Состав платежа - платежи за выбросы загрязняющих веществ, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов за текущий период; - пеня; - штраф.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫБОРА МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В.В. Челноков, С.В. Колесников, Н.В. Меньшутина
Рассмотрим проблему очистки сточных вод [1] химическим способом, а так же ее решение с применением компьютерной техники и программного обеспечения СУБД.
Реагентный метод очистки стоков гальванических производств
Одним из основных методов очистки сточных вод является реагентный, или химический метод. В его основе лежат химические реакции, которые переводят вредные загрязнители в воде из раствора в нерастворимый осадок с последующим извлечением осадка из стока.
Для проведения химических реакций необходимы соответствующие условия. Например, в гальванотехнике выделяется несколько типов стоков [2]:
циансодержащие; хромсодержащие; содержащие соли тяжелых металлов; кислотно-щелочные.
Для применения реагентного метода очистки
этих стоков на предварительной стадии необходимо провести коррекцию рН среды. Затем проводятся химические реакции, которые переводят металлы в нерастворимую форму.
Ниже в общем виде представлена схема реагент-ного метода очистки сточных вод. Конечно, потребуется еще утилизация осадка, но эта проблема не рассматривается в рамках данной статьи.
В соответствии с приведенной схемой (рис.1), применяемой в РХТУ им. Д.И. Менделеева, составлен алгоритм и программный комплекс, помогающий химику-технологу рассчитать на компьютере количество реагентов. При реализации программного комплекса использовался аппарат реляционных баз данных [3].
Выделены следующие сущности: катион, анион, вещество (соединение), состояние соединения, реакция, реагент.
Каждая реакция протекает среди реагентов с образованием продуктов реакции, которые, в свою очередь, также являются реагентами. Каждый реагент является либо нейтральным веществом (соединением), либо катионом, либо анионом. Соединение составляется из аниона и катиона. Вещество при разных условиях может находиться в разных состояниях (газ, жидкость, твердое).
На основе приведенной на рисунке 2 схемы разработана программа-клиент, разбитая на несколько модулей. С их помощью можно добавлять информацию о различных сущностях. В состав системы входят следующие блоки: автоматизированное рабочее место (АРМ) для работы с БД «Вещества», АРМ для работы с БД «Химические реакции», программный модуль для задания характеристик стоков, расчет рН и количества необходимых реагентов.
Химические вещества
В примере на рисунке 3 предложены сведения из БД о сульфате железа (III). Показано, что это соединение состоит из 2-х катионов Ее3+ и 3-х анионов 80/- ; указана молекулярная масса, которая вычисляется автоматически как сумма молекулярных масс анионов и катионов; указан тип соединения как относительно нейтральный, это значит, что сульфат железа не будет проявлять себя ни как кислота, ни как основание, и на рН среды это вещество не повлияет.
Можно добавлять новые соединения, составляя их из анионов и катионов, а можно просто внести та-
кую информацию о соединении, как молекулярная масса, название, формула, тип и добавить его в таблицу, не указывая, из каких ионов оно состоит. Это расширяет возможности системы.
В данном модуле используются следующие таблицы базы данных: анионы, катионы, вещества (соединения) и состояние соединения, где указывается, в каком виде, при какой температуре находится вещество.
Из таблицы «Вещества» по ссылке берется информация из таблиц «Катионы» и «Анионы», тип связи - «один к одному». Между таблицами «Вещества» и «Состояние соединения» существует связь «один ко многим».
Химические реакции
Следующий этап - составление химических ре-
акций. В данной методике в реакции выделяется так называемый основной реагент, который необходимо осадить. В реакции могут присутствовать вспомогательные реагенты и продукты реакции. Схема БД показывает, что для составления химических реакций необходимо воспользоваться двумя таблицами: реакция и реагент.
Соединение Ns 1 Молекулярная месса |
|Сульфат железа (III)
Формула F 62 (S 04)з
"Тип соединения: (* Относительно нейтральный Г Основание С Кислота
Катион [Железо (I Анион |Сульфат
Количество
; 31 2 If?
соединении
"31 3 |so?~
| Состояние
соединения
Название | Заряд ¡Мае -1
► Железо (III) 3 55.85 J
Натрий 1 23
Ион вааорааа 1 1
Калий 1 39,1
Хром [ III) э| 52 -1
ф Добавить катион Добавить нион ^ 1
Название | Заряд ¡Мае
► Сульфат Хлорид Гидроксид 2 1 1 96 35.5 17
Дихромат 2 21G
□ртофосфат 2 94,97 -1
в соединения ¡Свойство соединения] Масса | Катионов |l
ю| Анионов ||.
Гидроксид натрия
Серная Сульфат кал1 Дихромовая
1 Сульфат 1 Дихромат
d
Рис. 3. Окно программы «Химические соединения»
В таблице «Реакция» содержится название реакции, ссылка на основной реагент (на таблицу «Вещества» - «один к одному»), стехиометрический коэффициент, условия проведения реакции (рН и температура). Тип реагента нужен, чтобы знать, на какую таблицу ссылаться, так как это может быть ион или соединение.
Таблица «Реагенты» содержит информацию о реагентах и продуктах реакции. Полями таблицы являются ссылки на одну из таблиц «Вещества», «Анионы», «Катионы», тип связи - «один к одному». Таблица «Вещества» и «Реакции» имеют отношение «многие ко многим». Данный тип связи осуществляется через промежуточную таблицу «Реагенты». На рисунке 4 представлено окно модуля составления химических реакций из соединений и ионов.
В данном случае показано, каким образом составлена реакция восстановления дихромата калия, содержащего вредный Сг6+ до Сг3+ для последующего его осаждения. Как видно, основным (нейтрализуемым) компонентом является К2Сг207.
Теперь, когда у нас есть сведения о химической реакции и ее компонентах, а также об их состоянии в воде, можно смоделировать химический реактор. На входе в реактор поступает вода с веществами, которые необходимо осадить, а на выходе мы должны получить сток с безвредным осадком для последующего его удаления (рис. 5).
Разработанная методика предполагает наличие сведений о концентрациях компонентов в стоке. Поэтому перед обезвреживанием сток нужно сформировать, а точнее, указать, какие вещества и в каких концентрациях присутствуют в стоке, при этом остальные сведения о веществах берутся из базы данных. Также указывается расход, необходимый для расчета количества требующихся реагентов.
Первым этапом расчета является расчет и доведение рН до необходимого значения. Зная концентрации компонентов и взяв сведения о свойствах из БД, можно вычислить рН по следующим формулам:
Название роят ты Мг 17 1
Нейтрализуе компоне*
Сток на входе
Модуль расчета
Сток на выходе
^ Осадок
Рис. 5. Обезвреживание стока
Список реакций
Кислота
Растворение хромового ангидрида в воде
дихромовой кислоты до Сг (III) бисульфит
-* *■ W + - л.
|PHmin |РНппах Щ
J
т
3 Натрий
4 Ион водорода
5 Калий
Title
1 Сульфат
2 Хлорид
3|Гидроксид 4 Дихромат
=5
Рис. 4. Окно программы «Химические реакции»
№ 4, 2002 г.
[H] = Е
концентрация кислоты;
[OH] = Е
г — ЭКВ| концентрация основаниЯ{
г — ЭКВ:
I — lg[H] — [OH],если[Н] > [OH] pH= \ 14 + lg[OH] — [H], если[H] < [OH] 17, если[H] = [OH]
Указывается необходимое значение рН. Производится расчет количества кислоты или щелочи для достижения требуемого количества рН. В реализованной ИС это происходит автоматически. Параметрами, вводящимися вручную, являются: концентрация раствора, нейтрализующий агент, плотность раствора. После расчета можно посмотреть состав стока. В системе на каждом этапе возможно посмотреть состав стока на текущий момент.
Далее из таблицы реакции выбирается та, у которой основным компонентом является один из компонентов стока (сначала первый, затем описанная процедура повторяется для каждого вещества в стоке). Надо отметить, что сток формируется таким образом, чтобы компоненты, которые должны прореагировать первыми, находились в начале списка. При этом необходимо предусматривать возможность выбора реакций из таблицы, указывая их порядок, либо вводить степень значимости для каждой реакции и для каждой пары компонентов. На данном этапе эта задача решается технологами вручную.
В результате формируется список реакций, необходимых для обезвреживания стока. Производится расчет количества отсутствующих в стоке реагентов, принимающих участие в реакциях. Затем из таблицы избытков выбираются значения, указывающие, в каком соотношении к стехиометрии необходимо добавлять компоненты для каждой реакции. Выводится состав стока. Указываются нерастворимые компоненты.
В заключение хотелось бы отметить, что в гальванотехнике существует несколько проблем, которые можно решать, применяя приведенный механизм. Например, рассчитать самопроизвольные реакции при смешении стоков из нескольких установок (зная заранее их состав), нескольких линий одного цеха или из нескольких цехов. Кроме того, моделируя на компьютере процессы очистки, химик-технолог сможет сконструировать наиболее оптимальную схему с точки зрения расхода реагентов и экологической безопасности.
Ядром системы является БД, содержащая сведения о реакциях. Создавая различные расчетные и вспомогательные модули, можно использовать эту структуру и данные в областях, где имеют место химические превращения, что должно повысить производительность при вычислениях концентраций, количества реагентов и продуктов реакций.
Список литературы
1. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод - М.: Стройиздат, 1979. -320 с.
2. Колесников В.А. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. Учебное пособие по курсу: Основы электрохимических технологий. - М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1989. - 68 с.
3. Шумаков П.В. Delphi 3 и разработка приложений баз данных. - М.: Нолидж, 1999. - 704 с.
РЕИНЖИНИРИНГ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ АДАПТИВНОГО ОТКРЫТОГО ОБУЧЕНИЯ
И ЯЗЫКА XML
В.А. Миронов, А.Ю. Клюшин, В.К. Иванов, А.С. Мироненко
В рамках Программы Минобразования РФ по созданию системы открытого образования (ОО) внедряется единая информационно-образовательная среда открытого образования РФ (ИОС ОО РФ). При этом в основе создания ИОС ОО лежат технологии адаптивного ОО с использованием современных информационных и телекоммуникационных технологий (прежде всего, Интернет-технологий).
По инициативе ЦНИТ Тверского государственного технического университета (ТГТУ) проводятся работы по созданию региональной информационной образовательной среды, представляющей Тверскую область в системе ОО РФ. Работы ведутся в рамках проекта «Разработка технологий адаптивного открытого обучения на базе DOM-модели электронных документов и языка XML», входящего в состав корпоративного проекта «Инструментальные средства для подготовки информационных ресурсов системы ОО».
Работы по созданию региональной ИОС ведутся в следующих направлениях:
- создание и поддержка Тверского виртуального университета (ТВУ) как региональной ИОС, интегрирующей и представляющей образовательные учреждения Тверской области в системе ОО РФ;
- создание и поддержка виртуального представительства (ВП) ТГТУ в рамках ТВУ;
- разработка технологии обучения в ИОС ОО через ВП ТГТУ на базе телекоммуникационных технологий;
- разработка технологии по созданию обучающих курсов и учебно-методических материалов, которая позволит сформировать учебные материалы с учетом уровня знаний и предпочтений обучаемого.
С точки зрения сети Интернет ВП ТГТУ (см. http://www.tver.openet.ru) реализуется как образовательный wefc-портал, то есть как системное многоуровневое объединение информационных ресурсов и сервисов, имеющее вертикальную структуру в рамках образовательной тематики.
В настоящий момент ВП ТГТУ, как и ТВУ, работает в тестовом режиме и в условиях ограниченной функциональности. Так, создана главная страница ВП ТГТУ, на которой представлены перспективные направления работы и промежуточные результаты; проводится работа по заполнению ВП информационными ресурсами на базе учебных материалов,
используемых в рамках очного обучения. В контакте с консалтинговым центром в качестве первоочередных задач определяются обеспечение взаимодействия обучаемого слушателя (студента) и обучающего тьютора (через интерфейс коммуникаций) и полнофункциональное обеспечение системы тестирования обученности. Решение этих задач в комплексе с информационным наполнением ВП ТГТУ позволит начать обучение студентов ТГТУ в рамках ВП по отдельным дисциплинам.
Важно отметить, что с позиции ЦНИТ ТВУ и ВП ТГТУ понимаются как типовой инструмент по организации обучения в российской ИОС ОО, который находится на этапе разработки, проводимой консалтинговым центром (РГИОО) с учетом рекомендаций системных администраторов, апробирующих виртуальные университеты и представительства. С этой точки зрения основные работы по ТВУ и ВП ТГТУ сводятся к апробации обновленных версий типового программного обеспечения и к освоению работы в их среде. С другой стороны, анализ подобного программного обеспечения показывает отсутствие типовых решений по ведению учебного процесса и его учебно-методическому обеспечению в системе ОО. Поэтому основное внимание уделяется и будет уделяться разработке технологии адаптивного открытого обучения и ее компонентов.
Таким образом, в рамках ВП ТГТУ решаются не только функциональные, но и научно-технические задачи по реализации ОО.
Гибкость обучения является одной из основных особенностей ОО. В этой связи важной задачей представляется индивидуализация образовательных информационных ресурсов, адаптированных к возможностям обучаемого. Тем самым система ОО повышает степень доступности обучения с сохранением его качества.
Опишем адаптивную технологию подготовки и использования образовательных информационных ресурсов, а также программные продукты, разработанные в ТГТУ для ТВУ и поддерживающие эту технологию.
Разработанный комплекс имеет целью предоставить технологические, инструментальные и языковые средства для быстрого и массового изготовления современных адаптируемых электронных учебных материалов. При этом под адаптивностью понимается учет предпочтений обучаемого при формировании
