Методологические подходы к управлению качеством состояния гидросферы территориально-производственных комплексов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

3/2009 ВЕСТНИК

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ СОСТОЯНИЯ ГИДРОСФЕРЫ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ

С.А. Жуков

Воронежский ГАСУ

Статья посвящена проблемам ситуационного управления нарушенными природными процессами на базе их структурной идентификации.

Рассматривая подсистемы гидросферы как открытые системы можно выделить

параметры входного потока X = (x1,x2,...,xm)т (входные параметры), составляющими элементами которого являются природные и техногенные компоненты и параметры выходного потока У = (у1,у2,...,уп )т - количественные и качественные показатели воды (выходные параметры) [1]. Множество входных параметров делится на подмножество внутренних '^еХ и внешних '2еХ параметров природно-технических подсистем гидросферы. Для реализации ситуационного управления в подмножестве выделяют техногенные параметры, которые могут быть технологически изменены - управляющие параметры. Оценка влияния тех или иных параметров множеств и '2 на природно-технические системы (ПТС) (структурная идентификация природно-техногенных процессов) может быть произведена только по прошествии определенного периода времени Т0. Продолжительность периода мониторинга (режимных наблюдений) Т0 диктуется возможностями используемых методов структурной идентификации и требуемой точностью получаемых моделей. Задание периода Т0 и накопление данных происходит в модуле оценки "А". Современные методы [2] позволяют получать модели уже по трем точкам временной оси. По достижению периода Т0 происходит структурная идентификация изучаемых процессов подсистем ПТС гидросферы. Структурная идентификация природно-техногенных процессов для целей ситуационного управления, по сути, является комплексом исследований по определению вида целевой функции [2]. В качестве некоторой целевой функции можно рассматривать выходной параметр у;, например: объем добываемой воды, параметр качества воды и т.д. Вид целевой функции у определяется в модуле идентификации в результате обработки значений входных и выходных параметров ПТС. Полученная целевая функция у используется для получения кратко, средне или долгосрочного прогноза, погрешность которого Дуп определяется в модуле "А" по результатам эпигнозного прогноза. Модуль идентификации вместе с модулем прогноза образует подсистему моделирования "В".

В случае, если Ау;п<е;, то данные прогноза и соответствующих входных параметров поступают в модуль формирования решения, являясь основой для дальнейшего принятия решения у; по достижению оптимального значения у;. На основе выработанных решений у; планируется развитие природно-технических систем на срок прогноза. Модуль планирования образует вместе с модулем формирования решения подсистему принятия решения "С".

В ходе эксплуатации ПТС осуществляется постоянный контроль за прогнозными и фактическими параметрами производства (модуль "А") и в случае если погрешность

ВЕСТНИК 3/2009

Обобщая все вышеизложенное систему управления качеством состояния гидросферы ТПК, в том числе подсистемы поверхностных и подземных вод, можно представить в виде структурно-функциональной схемы показанной на рис.1.

Для эффективного использования природных ресурсов и рациональной эксплуатации месторождений в условиях рынка необходимо, на основе математических методов и современных информационных технологий в анализе и моделировании природ-но-техногенных процессов, посредством оптимальных управляющих воздействий добиться оптимизации техногенной нагрузки на природную среду.

3/2009

ВЕСТНИК МГСУ

Рис.2. Концепция ситуационного управления качеством состояния гидросферы ТПК

Разработанные положения методики идентификации моделей природно-техногенных процессов подсистем гидросферы территориально-производственного комплекса (ТПК) г.Воронежа [2], базирующейся на применении МГУА теории самоорганизации, алгоритма идентификации прогностических моделей природно-техногенных

ВЕСТНИК МГСУ

3/2009

процессов, а также алгоритма управления качеством состояния гидросферы ТПК г.Воронежа [3], приводящего к оптимально-максимальному использованию ресурсов природной среды позволяют сформулировать основные положения концепции реализации ситуационного управления качеством состояния гидросферы ТПК (рис.2.).

1. Ситуационное управление в подсистемах гидросферы ТПК требует проведение мониторинга ПТС ТПК и ее подсистем для получения внешних и внутренних параметров подсистем гидросферы ТПК.

2. Мониторинг, обработка и анализ внешних и внутренних параметров подсистем гидросферы ТПК должны проводиться с учетом шага по времени и выделением управляющих параметров.

3. Применение метода группового учета аргументов для идентификации прогностических моделей природно-техногенных процессов подсистем гидросферы ТПК, базирующегося на применении внешних критериев селекции, позволяющих получать качественные прогностические модели.

4. Реализация основных положений методики идентификации прогностических моделей природно-техногенных процессов подсистем гидросферы ТПК на основе модифицированного комбинаторного алгоритма, позволяющего в реальном режиме времени получать целевые функции на основе класса моделей (1)

9c 91'

- = a

Я2 V - k о c

5 x2

Я2 V

о c

Sy2

a3

+ a5

a6^2 k ■

a7 ^ 3

1 - k

"a8^ 4

V 1 - k

5c 5 x

V -

v -

" a9 ^ 5 k"

a10 ^

dc dy 1 - k

(1)

+a

11

где: с - концентрация ионов загрязняющего компонента (например, железа или марганца) в подземных водах (прогнозируемая переменная в мг/л); а! — а4 -соответствующие коэффициенты при производных; 1 - время; х, у - пространственные координаты; к - запаздывание по времени, к = 1, 2, 3; ^ 1 - ^ 6 -внешние параметры гидросферы ПТС, например водоотбор, температура воздуха и т.д., а11 - свободный член.

5. Реализация алгоритма управления качеством состояния гидросферы ТПК, базирующегося на основе прогностических моделей и понятии оптимально-максимального использования ресурсов природной среды [4].

6. Направленность методических решений и алгоритмических построений на оптимально-максимальное использование ресурсов природной среды с целью рациональной и эффективной эксплуатации природных месторождений.

Литература

1. Жуков, С.А. Квантификация природно-технических систем [Текст] / С.А. Жуков //ЭПОС, №3(35), 2008.-С.95-100.

2. Жуков, С.А. Моделирование процессов массопереиоса загрязняющих компонентов подземных вод [Текст] / С.А.Жуков, B.C. Стародубцев // Экология и промышленность России № 7., 2008. - С.24 - 27.

3. Жуков, С.А. Система управления качеством состояния гидросферы территориально-промышленного комплекса г.Воронежа [Текст] / С.А.Жуков //Естественные и технические науки №2 (40), 2009.- С.186-189.

4. Жуков, С.А. Идентификация антропогенного влияния на природные системы [Текст] / С.А.Жуков // Экология и промышленность России № 5., 2009. - С.48 - 50.

Рецезент: профессор, д.т.н. А.Д. Потапов (МГСУ)