CC BY
52
КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СБОРА ПЛАТЫ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Б.В. Палюх, А.Н. Ветров, Ю.Г. Козлова
Рост производства и повышение материального уровня жизни уже нельзя рассматривать без учета того воздействия, какое оказывают эти процессы на окружающую среду.
В соответствии с законом «Об охране окружающей природной среды» в Российской Федерации предусмотрена плата за загрязнение окружающей среды, которую ежегодно обязаны выплачивать хозяйствующие субъекты, действующие на территории определенного региона, пропорционально объемам и степени опасности загрязняющего вещества. Аккумулированные таким образом средства предназначены для решения неотложных экологических задач, восстановления потерь в окружающей природной среде, компенсации причиненного вреда и других природоохранных мероприятий. Кроме того, плата выполняет регулирующие функции, заставляя предприятия уменьшать вредное воздействие на окружающую среду.
В данной работе рассматривается компьютерная система анализа и краткосрочного прогнозирования суммарной величины платежей за загрязнение окружающей среды, собираемых на территории определенного региона (например области), как инструмент поддержки принятия решений в области охраны окружающей среды.
Суммарная величина платежей за текущий период в значительной степени определяется ее расчетным значением. Алгоритм расчета платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов на территории региона в соответствии с результатами, полученными в [1], можно отобразить в виде следующей обобщенной формулы:
пзе = и, * К инд, £ е е Кэ * (((нн * м* д"1 +
j=ll=11е1
(1)
Ё Е + (Нб'не* М^ + У=11=1
+ К л, * Нн * (Му11 - М^ ))*(1 - д1)) Д" + + (Нб'не * МЦе + Ыле * Н^ (Мл, - М^е) +
+ Ысвле л, * Нб'не (М- М^ ))*(1 - Д* )) Д31 + + К свле*К ле* Нне* М -"(1 -Д"1)),
.1,1 [1, если Му11 < М|! где Д11 =} ' н ,
10, в противном случае
Д21 =
д"1 =
1, если М"11 < МЛ 0, в противном случае
[1, если есть разрешение ! на размещение отходов , 10, если нет разрешения
Кинд, - коэффициент индексации платы за предыдущий период; И - индекс-дефлятор соответствующего (текущего) года; КЭ - коэффициент экологической обстановки; Мн, ={ М^ } - множество установленных предельно допустимых выбросов, сбросов, лимитов размещения отходов; Мл- ={ Мл]1} -множество установленных лимитов выбросов, сбросов загрязняющих веществ; Нб, = { Н^ } - множество нормативов платы за 1 тонну загрязняющих веществ в пределах допустимых выбросов, сбросов,
лимитов размещения отходов; Ыл, - коэффициент увеличения платы за выброс, сброс загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов; Ысвле -коэффициент увеличения платы за сверхлимитный выброс, сброс загрязняющих веществ или сверхлимитное размещение отходов; М- ={ М-'1 } - множество значений фактического объема выбросов, сбросов загрязняющих веществ, фактического объема размещения отходов; п - число предприятий; 1=(1, 2, 3, 4) - виды загрязнения: 1=1 - выброс загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников; 1=2 - выброс загрязняющих веществ в атмосферу от передвижных источников; 1=3 - сброс загрязняющих веществ в водоемы, системы канализации, тепловое загрязнение; 1=4 - размещение отходов. 1е1, I -множество видов загрязняющих веществ,
I = {¡1,12 ,1 з }, где 11 = {1,2...,Ш1} - вид загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу от передвижных или стационарных источников; 12 = {1,2...,Ш2} - вид загрязняющего вещества, сбрасываемого в поверхностные и подземные водные объекты; 1з = {1,2...,Шз} - вид размещаемого отхода.
Как видно из формулы (1), перечисленные показатели К
инде
и,, Кэ,, Мне, М ле, Нб,, Ы Л, , ^
М-, п являются основными факторами, влияющими на величину расчетного значения суммарного показателя платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов. Можно считать, что расчетное значение показателя Пз, есть функция
факт°р°в Кинд, , И-, кэ, , Мн, , Мл, , Нб, > Ыл,, Ысвл, > М- > П то есть
Пзе = Кинде, И Кэе , Мн1, Мл1, Н«, Ыл4,
Ксвле, М], п). (2)
Факторы - коэффициент индексации платы Кинд и индекс-дефлятор текущего года И - являются взаимосвязанными. Взаимосвязь можно представить следующим образом:
Кинде = Кинд(е-1) * Ие, (3)
где Кинд1 - коэффициент индексации платы за текущий период; Кинд^-1) - коэффициент индексации
платы за предыдущий период; И - индекс-дефлятор соответствующего года.
Они позволяют учесть процессы инфляции путем индексации платежей. Значения этих факторов меняются ежегодно и зависят от общей экономической обстановки в стране.
Учитывая тот факт, что величины КЭ , Мн1,
Мл, Н64, Ыл, Ксвл меняются очень медленно, можно считать, что в модели краткосрочного прогнозирования расчетная величина Пз1 зависит от
двух факторов - Кинд1 и М]. Поскольку величина Кинд определяется бюджетом текущего года, выражение (2) можно записать в виде:
Пзе = К„^(М}). (4)
Таким образом, расчетное значение платы за загрязнение определяется фактическими объемами выброса, сброса, размещения загрязняющих веществ каждым предприятием. Отметим, что выражение (4) верно только для моделей краткосрочного и среднесрочного прогнозирования.
Величина фактически собираемой платы за загрязнение окружающей среды зависит от расчетного значения, но не равна ему. Разница между начисленной и фактически собранной платой за загрязнение окружающей среды составляет недоимку по основному платежу, которая равна:
АПнее = П* -Пф4, (5)
где Пз - расчетное значение суммарного показателя платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов; Пфе - фактически собранная
плата за загрязнение окружающей среды за текущий период.
На величину недоимки начисляются пени, которые входят в общую задолженность по платежам. Кроме того, при несвоевременной сдаче расчетов по начислению платы на текущий период на предприятия накладываются штрафы.
Таким образом, задолженность по платежам за загрязнение окружающей среды в текущем периоде состоит из недоимки, пени и штрафов текущего периода, то есть:
АПе =АПнее + Пп1 + Пш1, (6)
где АПне1 - недоимка по основному платежу; Пп -пени текущего периода; Пш - штрафы текущего периода.
Баланс платежей текущего года складывается из платежей, начисленных и собранных в текущем году, и задолженности текущего года:
в* = вф4 + АПе, (7)
где - сумма начисленных платежей за текущий период; - сумма фактических платежей за текущий период; АПе - задолженность по платежам за загрязнение окружающей среды в текущем периоде.
Сумма начисленных платежей за текущий период определяется как:
= Пзе + Ппзе + Пшзе, (8)
где вз1 - сумма начисленных платежей за текущий период; Пз1 - расчетное значение суммарного показателя платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов; Ппз1 - расчетное значение суммарного показателя пеней за невнесенные вовремя платежи за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов; Пшз1 - расчетное значение суммарного показателя штрафов за несвоевременную сдачу расчета по плате за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов.
вфе = Пфе + Ппфе + Пшфе, (9)
где - сумма фактических платежей за текущий период; Пфе - сумма уплаченных платежей за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов за текущий период; Ппфе - сумма уплаченных пеней за невнесенные вовремя платежи за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов; Пшфе - сумма уплаченных штрафов за несвоевременную сдачу расчета по плате за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов.
Динамика платежей определяется уравнением:
Пе+1 = Пе +АПе, (10)
где Пе+1 - общая задолженность по платежам на конец периода; Пе - общая задолженность по платежам на начало периода; АПе - общая задолженность по платежам за текущий период.
В уравнениях (7), (10) необходимо учесть фактор банкротства предприятий, который вносит весомую долю платежей в общий баланс.
Величина задолженности с учетом банкротств изменяется на сумму безнадежных долгов, то есть
АПе = вне - вфе - в« , (11)
где - сумма начисленных платежей за текущий период; - сумма фактических платежей за текущий период; - сумма безнадежных долгов, образовавшихся в текущем периоде.
Соотношения (4), (10), (11) определяют факторную модель для прогнозирования сбора платежей за загрязнение в краткосрочном и среднесрочном периоде.
MS Excel
Excel
MATLAB
Рабочая область MS Excel
IHZZ
за
Мак
Уравнение (11) является исходным для прогнозирования платежей, уравнение (4) связывает сумму платежей с объемами выбросов загрязняющих веществ, уравнение (10) служит для учета реструктуризации долгов. На основе рассмотренной факторной модели предложена методика обработки данных для проведения прогнозных расчетов, включая процедуры формирования математической модели, оценки ее параметров, проверки адекватности модели и достоверности расчетов. Данная методика реализована в компьютерной системе анализа и прогнозирования платы за загрязнение окружающей среды на базе электронной таблицы MS Excel и системы MATLAB.
В последнее десятилетие значительная часть систем прогнозирования была реализована с использованием электронных таблиц MS Excel. Однако с усложнением решаемых задач, особенно с привлечением динамических моделей, возможностей MS Excel становится недостаточно, и требуется обращение к более мощным системам расчетов, в частности, к системе MATLAB. При этом сохраняется необходимость представления входных и выходных данных в виде электронных таблиц, удобных для общения с другими пользователями.
Поэтому возникает потребность в интерфейсе, который может обеспечить доступ к ресурсам системы MATLAB из среды электронных таблиц MS Excel. Такой интерфейс в виде инструментального средства Excel Link разработан компанией "MathWorks " и входит в состав программных продуктов системы MATLAB. Он обеспечивает шлюз для обмена данными между рабочими областями рассматриваемых систем и позволяет выполнять команды MATLAB, не покидая среды MS Excel.
Дополненная интерфейсом Excel Link система электронных таблиц MS Excel приобретает качества оболочки для работы с приложениями, которые в привычном для пользователя MS Excel рабочем режиме применяют мощные вычислительные и графические возможности системы MATLAB.
Интерфейс Excel Link поддерживает возможность обмена данными между рабочими областями электронной таблицы Excel и системы MATLAB. Он отводит ведущую роль операционной среде электронных таблиц MS Excel по сравнению со средой MATLAB, которая остается прозрачной для конечного пользователя [2].
На рисунке 1 показана схема взаимодействия системы электронных таблиц MS Excel и системы MATLAB.
Из рисунка 1 видно, что Excel Link связывает рабочие области этих подсистем и предоставляет пользователю MS Excel доступ к графическим средствам и встроенным функциям MATLAB, а также к вызову из MS Excel программ (процедур и функций) на встроенном языке MATLAB.
Процесс анализа и прогнозирования платы за загрязнение окружающей среды требует создания информационной системы, которая способна хранить, обрабатывать данные и предоставлять в интерактив-
1акро-сы MS Excel
с
Окна диалога MS Excel
Link
Электронные таблицы
Диаграммы MS Excel
Рабочая область MATLAB
I рафИЧеские средства системы MATLAB
—I (рицемуры и функции, написанные на встроенном внутреннем языке MATLAB
Встроенные функции системы _MATLAB_
Рис. 1
ном режиме большие объемы информации в виде, удобном для конечного пользователя.
Разрабатываемая информационно-аналитическая система предназначена для хранения и обработки данных, необходимых для прогнозирования показа-
ьлок прогнозирования платежей за выоросы, соросы загрязняющих веществ и размещение отходов
Рис. 2
теля платы за загрязнение окружающей среды. Общая структура системы представлена на рисунке 2.
Ядром информационно-аналитической системы "Прогнозирование платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов" является БД, реализованная в виде таблиц в MS Excel.
База данных состоит из 3 подбаз и содержит как исходную статистическую информацию, характеризующую объект, так и расчетную и итоговую. Между этими подбазами базы данных идет постоянный обмен информацией как по цепочке "исходные данные" - "промежуточные данные" - "итоговые данные" при решении задачи прогнозирования величины платежей за сбросы, выбросы загрязняющих веществ и размещение отходов, так и по другим цепочкам, изображенным на рисунке 2. Эти цепочки обмена информацией предназначены для процессов обучения модели и накопления итоговой информации.
Информационная система прогнозирования платежей за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов построена с использованием двух режимов работы системы MATLAB: интерактивного режима работы и режима использования ячеек рабочего листа. Это позволяет обрабатывать данные как внутри среды MATLAB, так и посредством вызова отдельных функций из среды MS Excel.
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 MATLAB /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
