CC BY
4ЕБ№ https://elibrary.ru/HWYAZN Б01: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-1.32
УДК 349.6+628.2
ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РИСКОВ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОБЪЕКТАХ КОММУНАЛЬНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДООТВЕДЕНИЯ
Штепа В.Н., Покорный С.Г., Муслимов Э.Н.
Цель. Проанализировать и обосновать функциональные задачи практического использования компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоот-ведения.
Методы. Системный анализ и функциональное моделирование информационных систем.
Результаты. Подтверждена актуальность и перспективность внедрения информационных систем оценки состояния водоотведения с задачей прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций. Построен полный поточный граф компьютерно-интегрированного комплекса, проанализированы матрицы путей и вспомогательная матрица, что позволило выделить его подсистемы. Обоснованы функциональные задачи компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения в рамках концепта «Цифровой водоканал». Разработаны подходы по включению комплекса в единую государственную систему контроля водных объектов с предотвращением (недопущением) негативных последствий действия чрезвычайных ситуаций.
Область применения исследований. Цифровизация водопроводно-канализационных хозяйств. Инновационные решения противодействия чрезвычайным ситуациям.
Ключевые слова: противодействие чрезвычайным ситуациям, водоотведение, информационные системы, цифровизация, водные объекты, экологическая безопасность.
(Поступила в редакцию 13 ноября 2023 г.)
Введение
В соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций от 25 сентября 2015 г. № 70/1 «Преобразование нашего мира: повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 года» одной из целей устойчивого развития является обеспечение наличия и рационального использования водных ресурсов и санитарии для всех. По данным государственного водного кадастра, в 2020 г. изъятие поверхностных вод и добыча подземных вод в Республике Беларусь составили 1326 млн м3, в том числе из поверхностных водных объектов - 529 млн м3, из подземных вод - 797 млн м3. Анализ водопользования за последние пять лет показал, что в целом есть тенденция к его снижению: объем добычи (изъятия) вод сократился на 8,6 %, в том числе подземных вод - на 2,6 %.
В то же время в Республике Беларусь сброс сточных вод (СВ) осуществляется преимущественно в поверхностные водные объекты1. Его доля составляет 89,8 % от общего объема сброса сточных вод в окружающую среду. При этом за последние пять лет данный показатель снизился на 1,3 % и составляет 1034,5 млн м3, из них 1018,2 млн м3 - в водотоки. В структуре сточных вод наибольший объем занимают нормативно очищенные сточные воды - 692,5 млн м3, или 66,9 % от объема сброса сточных вод в поверхностные водные объекты. Сброс недостаточно очищенных сточных вод в поверхностные водные объекты в 2020 г. составил 2,7 млн м3, или 0,3 % от общего объема сброса сточных вод в поверхностные
1 Водный кодекс Республики Беларусь от 30 апреля 2014 г. № 149-З [Электронный ресурс] // Информационно-
правовая система ЭТАЛОН-О^ШЕ: etalonline.by. - Режим доступа: https://etalonHne.by/document/?regnum=
Нк1400149. - Дата доступа: 12.11.2023.
водные объекты. Для организации сброса сточных вод в окружающую среду применяется 2741 очистное сооружение (ОС), из них на 319 проводится искусственная биологическая очистка с выпуском в поверхностные водные объекты. К 2025 г. планируется обеспечить 79,3 % населения централизованными системами водоотведения (канализации).
При этом системы водоотведения коммунально-промышленных объектов относятся к критической инфраструктуре, поскольку в результате возможных чрезвычайных ситуаций (ЧС) создаются условия для техногенных загрязнений территорий, развития болезней и эпидемий с потенциальным катастрофическим воздействием на людей и окружающую среду. В соответствии с внутренними нормативными документами предприятий водопроводно-канализационных хозяйств допускаются следующие жесткие временные интервалы в нарушении их работы: не более 8 ч (суммарно) в течение одного месяца, 4 ч единовременно (в том числе при аварии) [1].
Поэтому обоснованно и крайне актуально создать компьютерно-интегрированный комплекс мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения (КИК МиПРЧСВ) с задачей превентивного выявления первой стадии ЧС (начального накопления отклонений от нормального состояния или процесса) и интегрировать его в систему общегосударственного экологического мониторинга водных ресурсов.
Основная часть
Анализ современных научно-практических разработок. Международная стратегия уменьшения опасности бедствий ООН (UNISDR) определяет управление рисками стихийных бедствий как систематический процесс использования управленческих решений, организационных ресурсов, операционных умений и навыков внедрения, стратегий, политик и совершенствования способности к реакции, направленный на уменьшение негативного воздействия опасности и возможности стихийных бедствий [ 1; 2].
При этом в современных условиях развития промышленной инфраструктуры городов более высокая степень очистки может потребоваться при сбросе больших расходов сточных вод в маломощные или уже сильно загрязненные водоемы, для которых нельзя рассчитывать на их самоочищающуюся способность и которые нередко являются источниками централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. В мире, по сути, достигнут технический и практический предел классической очистки, основанной на традиционных технологических решениях для очистных станций. Таким образом, системы биологической очистки сточных вод должны обеспечивать более глубокое удаление биогенных элементов, поэтому остро стоит вопрос о внедрении современных технологий и методов интенсификации работы ОС с целью более глубокой редукции загрязнителей СВ (особенно по соединениям азота и фосфора).
Вопросам разработки систем информационного обеспечения управления в различных отраслях, в том числе для управления водными ресурсами, посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов: Р.3. Хамитова, М.А. Шахраманьяна, В.В. Кульбы, В.И. Данилова-Данильяна, В.Г. Пряжинской, М.В. Болгова, Б.Г. Ильясова, В.И. Васильева, Н.И. Юсуповой, Р. Аблера, Э. Кодда, Р. Томлинсона, Д. Мэйдмента, Ш. Шекхара, М. Эгенхофера.
Среди причин аварий на очистных сооружениях исследователями [2; 3] выделяются:
- некорректное проектирование: девиация общей нагрузки (колебания качественного и количественного состава) поступающих сточных вод относительно среднесуточной и среднечасовой нагрузки (например, отсутствие подготовки СВ на локальных ОС у потребителей водных ресурсов); неправильно рассчитанная мощность и характеристики оборудования, очистные сооружения не справляются с нагрузкой и выходят из строя; отсутствие учета особых климатических условий района, в котором находится объект;
- некачественное отношение к планированию, обслуживанию и ремонту ОС: для продолжительной и эффективной работы очистных сооружений требуется должное обслуживание всех узлов систем очистки;
- нештатные ситуации природного и техногенного характера: сюда относятся залповые поступления загрязнителей, наводнения, землетрясения и прочие катаклизмы.
В то же время на интенсивность возникновения аварийных ситуаций сетей водоотведения оказывают влияние многие причины и факторы, тесно связанные между собой [4; 5]: качественные показатели сточной жидкости, попадающей в сети; материал трубопроводов; диаметр и толщина стенки труб; негерметичность трубопроводов; нарушение стыковых соединений труб, деформация тела труб; геология; наличие и агрессивность грунтовых вод; срок эксплуатации; глубина заложения; динамические нагрузки на трубопровод; гидравлический режим работы сети водоотведения; образование осадка на внутренней поверхности трубопроводов; засорение сетей водоотведения.
Среди созданных информационных решений можно выделить городскую систему поддержки принятия решений (UDSS) [6] - управление водными ресурсами, где используются датчики, подключенные к инструментальным средствам для сбора данных о параметрах использовании воды. Информация о приборах и средствах записывается по беспроводной сети и отправляется в приложение UDSS на мобильном устройстве пользователя.
В Российской Федерации функционирует автоматизированная информационная система государственного мониторинга водных объектов (АИС ГМВО) - программный продукт, использование которого осуществляется с целью обеспечения процедуры управления водными ресурсами, а также государственного контроля и надзора за их использованием и охраной [7]. В своем роде АИС ГМВО - это интеграция информационных ресурсов в области мониторинга водных объектов.
Автоматизированная информационная система «Государственный водный реестр» (АИС ГВР) [7] представляет собой единое информационное пространство, содержащее сведения об имеющихся водных объектах, водопользователях и инфраструктуре. АИС ГВР позволяет автоматически формировать выписки из ГВР, выборки и отчеты. Автоматизированная система «Водопользование» является модулем АИС ГВР. С ее помощью автоматизируются процессы деятельности Федерального агентства водных ресурсов в части предоставления права пользования водными объектами.
Международный программный продукт Aquastat [6] собирает, анализирует и распространяет данные по странам о водопользовании с акцентом на орошаемом земледелии в Африке, Азии, Латинской Америке и странах Карибского бассейна. Цель такой системы - поддерживать развитие сельского хозяйства и сельских районов через рациональное использование водных и земельных ресурсов путем предоставления наиболее точной информации в последовательной и стандартизированной форме.
Вместе с тем существующие научно-прикладные разработки не рассматривают системы водоотведения и водные объекты как единый информационный комплекс, что не позволяет реализовывать прогнозирование рисков ЧС; существующие решения функционируют по принципу постдействия: реагируют на уже сложившуюся негативную ситуацию, что крайне опасно для окружающей природной среды и людей.
Системный анализ компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально -промышленного водоотведения. На основе технологического анализа [8-10] составлен полный поточный граф информационно-аналитического продукта, который бы позволил превентивно противодействовать ЧС в геоэкосистемах, где вершинами являются его функциональные элементы, а дугами - связи между ними.
На основе полного поточного графа (рис. 1) составляем матрицу путей (табл. 1). Если на графе есть путь любой длины из вершины i в вершину j, то на пересечении i-й строки и j-го столбца ставится 1, в противном случае - 0.
1 - абонементы системы водоотведения; 2 - модуль импактного мониторинга, промежуточного хранения и передачи данных; 3 - информационно-аналитический модуль обработки результатов импактного мониторинга; 4 - интеллектуальный модуль прогнозирования параметров сети водоотведения, 5 - защищенная база данных (знаний) процессов водоотведения; 6 - программно-аппаратный комплекс автоматизированной системы управления технологическими процессами очистных сооружений; 7 - очистные сооружения; 8 - аккредитованная лаборатория; 9 - внешние системы (например: ГИС, оповещения о ЧС, облачные сервисы) Рисунок 1. - Полный поточный граф КИК МиПРЧСВ
На основе матрицы путей Р строится вспомогательная матрица £ (табл. 2), элементы которой вычисляются по формуле ^ = Р^Р^.
Таблица 1. - Матрица путей Р
Номер вершины графа, j
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
3 2 0 1 1 0 0 0 0 0 0
s 3 0 0 1 1 1 0 0 0 0
H
a СЗ 4 0 0 0 1 1 1 0 0 0
<D « ** л 5 0 0 1 1 1 1 0 1 1
<D Я 6 0 0 0 1 1 1 1 0 0
О К 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0
8 0 0 0 0 1 1 0 1 0
9 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Таблица 2. - Вспомогательная матрица S
Номер вершины графа, j
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 1 0 0 0 0 0 0 0
s а 3 0 0 1 0 1 0 0 0 0
а а, 4 0 0 0 1 1 1 0 0 0
(D « ф а 5 0 0 1 1 1 1 0 1 1
(D Я р гр 6 0 0 0 1 1 1 1 0 0
О К 7 0 0 0 0 0 1 1 0 0
8 0 0 0 0 1 0 0 1 0
9 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Анализ матрицы £ позволяет определить элементы, входящие в состав системы. Если в /-й строке имеется только один ненулевой элемент Sii (на главной диагонали), то такой элемент обоснованно считать отдельной подсистемой. На основе анализа матрицы путей Р и полного поточного графа £ КИК МиПРЧСВ можно сделать вывод, что все выделенные подсистемы, входящие в такой комплекс, обладают признаками сложной структуры с возможностью очерчения отдельных подкомплексов.
На более детальном проектировании последних необходимо акцентировать внимание при дальнейших исследованиях повышения экологической устойчивости и управляемости водоотведения коммунально-промышленных объектов.
Функциональные задачи компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения. При создании КИК МиПРЧСВ необходимо акцентировать внимание на процессы (рис. 2): получения данных о параметрах водоотведения, в том числе от экспертов предметной области; преобразования данных в информацию; формирования моделей, например, имитационного и продукционного типа; создания прогнозов с дальнейшей передачей их лицам, принимающим решения; итерационности (цикличности) и адаптивности работы КИК МиПРЧСВ.
Рисунок 2. - Последовательность создания и использования компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения
Тогда функции, помимо аналитических и прогностических, которые должен выполнять КИК МиПРЧСВ:
- дистанционное автоматическое считывание информации с приборов учета (ПУ) с заданной периодичностью;
- архивирование данных текущих значений, а также данных часовых и суточных архивов, формируемых ПУ;
- предоставление текущей информации о параметрах по запросу диспетчера;
- формирование отчетных форм о потреблении ресурсов за заданный период (на основании текущих данных и архивов энергонезависимой памяти ПУ);
- контроль состояния объектов системы водоотведения;
- графическое сообщение о заданных нештатных ситуациях;
- разделение объема предоставления информации и сведений о нештатных ситуациях, выявленных ПУ по группам пользователей;
- закрытый доступ к данным на автоматизированных рабочих местах;
- визуальное представление схемы потребления и производства ресурсов для каждого источника (например, канализационная насосная станция, контрольный колодец) и суммарно по выбранной группе источников.
Таким образом, комплекс можно будет интегрировать в концепт «Цифровой водоканал», с дополнительным охватом задач водоснабжения [11] (рис. 3).
Рисунок 3. - Схема использования компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения в рамках концепта «Цифровой водоканал» (разработчик концепта - ООО «ПроГИС»)
Включение компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения в распределенную систему мониторинга водных объектов. Цифровые модели КИК МиПРЧСВ и аппаратные решения, при включении их в информационное поле общегосударственных систем контроля состояния водных объектов, обеспечат инструментальный и аналитический контроль и реализуют единые задачи:
- учет в открытых водоемах и каналах, сбор, контроль, прогноз, хранение и визуализация показаний расхода;
- гидрологический и гидрологический мониторинг как контроль водохозяйственной деятельности, непрерывный мониторинг и сигнализация водоносных горизонтов, контроль запасов подземных вод;
- аналитический прогноз состояния водных ресурсов;
- анализ и предупреждение о возникновении аварийных ситуаций и угрозы ЧС;
- интерактивные диспетчерские ГИС-системы оперативного и достоверного состояния сетей и объектов для работы ситуационных центров, аварийных служб и диспетчерских;
- расчет и прогнозирование истощений, потенциального объема, построение 3D-мо-дели ГИС зон ЧС;
- анализ и прогнозирование с использованием искусственного интеллекта экологической ситуации, включая имитационное моделирование рисков ЧС;
- превентивное планирование средств и действий по недопущению наступления ЧС на водных объектах с использованием биотехнологических и электротехнологических разработок [12].
Компьютерно-интегрированный комплекс должен обеспечить защищенную интерактивную модель безопасного доступа к информации систем водного хозяйства, содержащей государственную тайну, не используя операционную систему Windows.
Научно-обоснованное объединение интеллектуальных информационных продуктовых и технологических разработок VI-технологического уклада позволит создать единый информационно-технологический комплекс (ЕИТК) прогнозирования и превентивного противодействия (недопущения) ЧС на водных объектах.
Тогда целесообразно реализовать следующий укрупненный алгоритм осуществления мер по превентивному противодействию (недопущению) ЧС на водных объектах с использованием КИК МиПРЧСВ:
1. Системный анализ и математическое моделирование водохозяйственного комплекса региона, имитационное моделирование ситуаций возникновения ЧС - для разработки технического задания по созданию ЕИТК.
2. Проектирование и создание ЕИТК: синтез распределенной интеллектуальной информационной системы мониторинга и прогнозирования рисков ЧС, куда КИК МиПРЧСВ войдет отдельной подсистемой, с параллельной установкой на наиболее экологически опасных объектах (например, полигоны хранения промышленно-коммунальных отходов, иловые поля очистных сооружений, специфические производства) технологических агрегатов очистки водных растворов, нацеленных на противодействие возникновению ЧС;
3. Адаптивное штатное функционирование ЕИТК, формирование базы данных и знаний водохозяйственного комплекса региона с оперативным контролем и прогнозом рисков ЧС; дополнение (корректировка) рабочих аспектов использования технологических комплексов очистки водных растворов (например, расчет запасов реагентов, локализацию места (объекта) расположения оборудования, уточнение перечня и (или) значений загрязнителей воды).
Заключение
Ключевыми задачами при создании компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения являются: получение данных о процессах водоотведения, в том числе от экспертов предметной области; преобразование данных в информацию; формирование моделей, например, имитационного и продукционного типа; создание прогнозов с дальнейшей передачей их лицам, принимающим решения; итерационность (цикличность) и адаптивность работы.
В рамках концепта «Цифровой водоканал» КИК МиПРЧСВ целесообразно использовать для выполнения задач технологического анализа и прогнозирования, в том числе рисков ЧС.
Интеграция КИК МиПРЧСВ в информационное поле общегосударственных систем контроля состояния водных объектов обеспечит научно-обоснованное объединение интеллектуально-аналитических и технологических продуктов VI технологического уклада, что позволит создать единый информационно-технологический комплекс прогнозирования и превентивного противодействия (недопущения) ЧС на водных объектах.
Дальнейшие исследования перспективно нацелить на разработку концепции построения математических моделей отдельных подсистем компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барашкова, П.С. Информационные системы в области управления водными ресурсами [Электронный ресурс] / П.С. Барашкова, М.Д. Коровина, А.А. Шавва // ИТпортал. - 2018. - № 1 (17). -Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/informatsionnye-sistemy-v-oblasti-upravleniya-vodnymi-resursami. - Дата доступа: 12.11.2023. - EDN: RUFOJA.
2. Chen, Y. GIS and Remote Sensing in Hydrology, Water Resources and Environment / Y. Chen. [et al.]. -UK, Wallingford: IAHS Press, 2004. - 422 p. - ISBN 1-901502-72-4.
3. Орлов, Н.В. Геоинформационные системы в управлении водными ресурсами / Н.В. Орлов // Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации: сб. ст. XXXII Междунар. науч.-практ. конф., Пенза, 25 ноября 2019 г. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2019. -С. 58-60. - EDN: QCBKGJ.
4. Crosier, S. ArcGIS 9: Getting started with ArcGIS / S. Crosier. - ESRI, 2004. - 265 p. - ISBN 1589480910.
5. Date, C.J. Moving forward with relational [interview by David Kalman] / C.J. Date // DBMS. - 1994. -Vol. 7, No. 10. - Pp. 62-74.
6. Magiera, E. Integrated Support System for Efficient Water Usage and Resources Management (ISS-EWATUS) / E. Magiera, W. Froelich // Procedia Engineering. - 2014. - Vol. 89. - P. 1066-1072. - DOI: 10.1016/j.proeng.2014.11.226.
7. Рожко, В.Н. Опыт внедрения и перспективные направления развития автоматизированной системы управления технологическим процессом водоснабжения и водоотведения / В.Н. Рожко // Наука и технологии - ЖКХ: научно-информационный бюллетень / Институт жилищно-коммунального хозяйства Национальной академии наук Беларуси. - 2019. - № 1. - С. 48-55.
8. Гончаров, Ф.1. Методолопя шдвищення еколопчно! безпеки об'екпв агропромислово! та харчо-во! шдустрш / Ф.1. Гончаров, В.М. Штепа // Техшко-технолопчш аспекти розвитку та випробу-вання ново! техшки i технологш для сшьського господарства Укра!ни: зб. наук. пр. / Укр. наук.-досл. ш-т прогноз. та випробув. техн. i технол. для с.-г. вир-ва iм. Леошда Погоршого. - До-слщницьке (Ки!в. обл.), 2012. - Вип. 16 (30), кн. 2. - С. 97-104.
9. Штепа, В.Н. Обоснование и схемы использования ранжирующих измерительных систем экологического мониторинга и интеллектуального анализа режимов водоотведения / В.Н. Штепа, Н.Ю. Золотых, С.Ю. Киреев // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: научный журнал. - 2023. - № 1. - С. 94-103. - DOI: 10.52928/20701683-2023-33-1-94-103. - EDN: RXIJZE.
10. Штепа, В.Н. Управление эколого-энергетической эффективностью водопроводно-канализационных хозяйств / В.Н. Штепа, А.Б. Шикунец, Н.Ю. Золотых // Научно-технический прогресс в жилищно-коммунальном хозяйстве: сборник трудов / Институт жилищно-коммунального хозяйства Национальной академии наук Беларуси; под общ. ред. В.О. Китикова. - Минск: БГТУ, 2022. -С.209-215.
11. Штепа, В.Н. Использование виртуальной меры энергоэффективности водоочистки при цифрови-зации водопроводно-канализационного хозяйства / В.Н. Штепа, А.Б. Шикунец, Я.Ю. Ёрш // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации (Шляндинские чтения - 2022): материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф. с элементами науч. шк. и конкурсом науч.-исслед. работ для студентов, аспирантов и молодых ученых, Пенза, 24-26 окт. 2022 г. - Пенза: ПГУ, 2022. - С. 182-186. - EDN: BKQOTC.
12. Штепа, В.Н. Инновационные технологии очистки многокомпонентных водных растворов с противодействием чрезвычайным ситуациям техногенного происхождения / В.Н. Штепа, А.Б. Шикунец // Прыроднае асяроддзе Палесся i перспектывы развщця: зборшк навуковых прац X мiжнароднай навуковай канферэнцьи «Прыроднае асяроддзе Палесся i навукова-практычныя аспекты рацыянальнага рэсурсакарыстання», Брэст, 14-16 верасня 2022 г. / Палесю аграрна-эка-лапчны шстытут НАН Беларуси рэдкал. М.В. Мiхальчук (гал. рэд.) [i шш.]. - Брэст: Альтернатива, 2022. - Вып. 14. - С. 184-187.
Подходы к созданию и использованию компьютерно-интегрированного комплекса мониторинга и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций на объектах коммунально-промышленного водоотведения
Approaches to the creation and use of computer-integrated complex for monitoring and forecasting of emergency risks at municipal and industrial wastewater disposal facilities
Штепа Владимир Николаевич
доктор технических наук, доцент
Учреждение образования «Полесский государственный университет», проректор по научной работе Адрес: ул. Пушкина, 4,
225710, г. Пинск, Беларусь Email: tppoless@gmail.com SPIN-код: 2834-2138
Покорный Сергей Геннадьевич
Общество с ограниченной ответственностью «АТМ», директор
Адрес: ул. Балтийская, 14,
125315, г. Москва, Россия Email: info@1sim.ru
Vladimir N. Shtepa Grand PhD in Technical Sciences, Associate Professor Educational Institution «Polessky State University», Vice Rector for Research
Address: Pushkina str., 4,
225710, Pinsk, Belarus Email: tppoless@gmail.com ORCID: 0000-0002-2796-3144
Sergey G. Pokornyy
Limited Liability Company «ATM»,
Director
Address: Baltiyskaya str., 14,
125315, Moscow, Russia Email: info@1sim.ru
Муслимов Эдуард Ниязович
Инженер-консультант по разработке экспертных систем
Адрес: г. Минск, Беларусь Email: muslimoven@mail.ru
Eduard N. Muslimov Consulting engineer for expert systems development Address: Minsk, Belarus Email: muslimoven@mail.ru
DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-1.32 EDN: https://elibrary.ru/HWYAZN
APPROACHES TO THE CREATION AND USE OF COMPUTER-INTEGRATED COMPLEX FOR MONITORING AND FORECASTING EMERGENCY RISKS AT MUNICIPAL AND INDUSTRIAL WASTEWATER DISPOSAL FACILITIES
Shtepa V.N., Pokornyy S.G., Muslimov E.N.
Purpose. To analyze and justify the functional tasks of practical use of computer-integrated complex for monitoring and forecasting the emergency risks at municipal and industrial wastewater disposal facilities.
Methods. System analysis and functional modeling of information systems.
Findings. The relevance and prospects of the introducing information systems for assessing the state wastewater disposal with the task of predicting the emergency risks have been confirmed. The complete flow graph of computer-integrated complex was constructed, path matrices and an auxiliary matrix were analyzed, which made it possible to identify the subsystems of this complex. The functional tasks of the computer-integrated complex for monitoring and forecasting the emergency risks at municipal and industrial wastewater disposal facilities within the framework of the «Digital Water Utility» concept are substantiated. The approaches have been developed to include the complex in unified state system for monitoring water bodies with the prevention (avoidance) of negative consequences of emergency situations.
Application field of research. Digitalization of water supply and sewage facilities. Innovative solutions of counteraction to emerencies.
Keywords: counteraction to emergencies, waste water disposal, information systems, digitalization, water bodies, environmental safety.
(The date of submitting: November 13, 2023) REFERENCES
1. Barashkova, P.S., Korovina, M.D., Shavva, A.A. Informatsionnye sistemy v oblasti upravleniya vod-nymi resursami [Information systems in the field of water resources management]. ITportal, 2018. No 1 (17). Url: https://cyberleninka.ru/article/n/informatsionnye-sistemy-v-oblasti-upravleniya-vodnymi-resursami. (rus). EDN: RUFOJA.
2. Chen Yangbo, Takara Kaoru, Cluckie Ian, Smedt F. GIS and Remote Sensing in Hydrology, Water Resources and Environment. IAHS Press, Wallingford, UK, 2004. 422 p. ISBN 1-901502-72-4.
3. Orlov N.V. Geoinformatsionnye sistemy v upravlenii vodnymi resursami [Geoinformation systems in water resources management]. Proc. XXXIIIntern. scientific-practical. conf. «Sovremennye tekhnologii: aktual'nye voprosy, dostizheniya i innovatsii», Penza, November 25, 2019. Penza: Nauka i Prosvesh-chenie, 2019. Pp. 58-60. (rus). EDN: QCBKGJ.
4. Crosier S. ArcGIS 9: Getting started with ArcGIS. ESRI, 2004. 265 p. ISBN 1589480910.
5. Date C.J. Moving forward with relational [interview by David Kalman]. DBMS, 1994. Vol. 7, No. 10. Pp.62-74.
6. Magiera E., Froelich W. Integrated Support System for Efficient Water Usage and Resources Management (ISS-EWATUS). Procedia Engineering, 2014. Vol. 89. Pp. 1066-1072. DOI: 10.1016/j.proeng. 2014.11.226.
7. Rozhko V.N. Opyt vnedreniya i perspektivnye napravleniya razvitiya avtomatizirovannoy sistemy upravleniya tekhnologicheskim protsessom vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Experience of implementation and promising directions of development of an automated process control system for water supply and water disposal]. Science and Technology - Housing and Communal Services: scientific and information bulletin. Institute of Housing and Communal Services of the National Academy of Sciences of Belarus, 2019. No. 1. Pp. 48-55. (rus)
8. Goncharov, F.I., Shtepa V.M. Metodolohiia pidvyshchennia ekolohichnoi bezpeky obiektiv ahropromys-lovoi ta kharchovoi industrii [Methodology for improving the environmental safety of agro-industrial and food industry facilities]. Tekhniko-tekhnolohichni aspekty rozvytku ta vyprobuvannia novoi tekhniky i tekhnolohii dlia silskoho hospodarstva Ukrainy: zbirnyk naukovykh prats [Technical and technological aspects of development and testing of new equipment and technologies for Ukrainian agriculture: collection of scientific papers]. Doslidnytske: Ukrainian research institute of forecasting and testing the equipment and technologies for agricultural production named after Leonid Pogorelov, 2012. No. 16 (30), book 2. Pp. 97-104. Url: https://rep.polessu.by/handle/123456789/18046. (ukr)
9. Shtepa, V.N. Zolotyh, N.Yu., Kireev, S.Yu. Obosnovanie i skhemy ispol'zovaniya ranzhiruyushchikh izmeritel'nykh sistem ekologicheskogo monitoringa i intellektual'nogo analiza rezhimov vodootvedeniya [Rationale and schemes use ranking measuring systems of environmental monitoring and intelligent analysis water disposal modes]. Herald of Polotsk State University. Series F. Civil engineering. Applied sciences, 2023. No. 1. Pp. 94-103. (rus). DOI: 10.52928/2070-1683-2023-33-1-94-103. EDN: RXIJZE.
10. Shtepa V.N., Shikunets A.B., Zolotyh N.Yu. Upravlenie ekologo-energeticheskoy effektivnost'yu vodoprovodno-kanalizatsionnykh khozyaystv [Management of ecological and energy efficiency of water supply and sewerage farms]. Nauchno-tekhnicheskiyprogress v zhilishchno-kommunal'nom khozyaystve [Scientific and technical progress in housing and communal services]: collection of works. Institute of Housing and Communal Services of the National Academy of Sciences of Belarus. Minsk: BSTU, 2022. Pp. 209-215. Url: https://rep.polessu.by/handle/123456789/27285. (rus)
11. Shtepa, V.N. Shikunets, A.B., Ersh, Ya.Yu. Ispol'zovanie virtual'noy mery energoeffektivnosti vodoo-chistki pri tsifrovizatsii vodoprovodno-kanalizatsionnogo khozyaystva [The use of a virtual measure of water treatment energy efficiency while the digitalization of water supply and sewerage facilities]. Proc. of XIV Intern. scientific-technical conf. with elements of scientific school and competition of research works for students and young scientists «Metody, sredstva i tekhnologii polucheniya i obrabotki iz-meritel'noj informacii (Shlyandinskie chteniya - 2022)», Penza, Oktober 24-26, 2022. Penza State University, 2022. Pp. 182-186. (rus). EDN: BKQOTC.
12. Shtepa, V.N. Shikunets A.B. Innovatsionnye tekhnologii ochistki mnogokomponentnykh vodnykh rastvorov s protivodeystviem chrezvychaynym situatsiyam tekhnogennogo proiskhozhdeniya [Innovative technologies for purification of multicomponent aqueous solutions with counteraction to emergencies of anthropogenic origin]. In book: Pryrodnaye asyaroddzye Palyessya ipyerspyektyvy razvitstsya [Natural environment of Polessie and prospects of development]: Proc. of XIntern. scientific conf. «Pryrodnaye asyaroddzye Palyessya i navukova-praktychnyya aspyekty ratsyyanal 'naha resursakarystannya», Brest, September 14-16, 2022. Polesie Agrarian-Ecological Institute of the National Academy of Sciences of Belarus. Brest: Al'ternativa, 2022. Pp. 184-187. Url: https://rep.polessu.by/handle/123456789/26819. (rus)
