CC BY
67
Рис. 4. Добавление нового шаблона в библиотеку Standard.p3d
Трехмерные изображения автомобилей импортированы из внешних библиотек.
Кнопка «Построение трехмерной карты» инициирует создание трехмерной модели местности по векторной карте местности, матрице высот и настроенному классификатору.
Таким образом, качество построенной трехмерной карты местности со сложным транспортным сооружением зависит от качества матрицы высот и реалистичности используемых шаблонов 3Б-вида объектов классификатора карты. Качество ТГЫ-матрицы обеспечивает количество точек, участвующих в построении. Большее число точек обусловливает большую детальность рельефа, для прямоугольных сооружений требуется создание «ответных» и дополнительных точек. Матрица
высот MTW дает сглаженное изображение рельефа: точности можно достичь только сложением матриц высот для объектов: в данном, сравнительно несложном случае построено 13 матриц объектов карты. Для урбанизированной местности имеет смысл сочетание обоих типов матриц высот для соответствующих объектов карты. Стандартная библиотека трехмерных изображений КБ «Панорама» нуждается в развитии и совершенствовании процесса загрузки внешних шаблонов да объектов.
Литература
1. Савченко К.А., Котиков Ю.Г. Возможности трехмерного ГИС-моделирования размещения средств организации дорожного движения на транспортных развязках // ArcReview. 2012. № 3 (62).
2. Геоинформационная система «Карта2011». Создание и редактирование классификаторов векторных карт. URL: http:// www.gisinfo.ru/download/doc.htm (дата обращения: 24.10.2012).
3. Создание 3D-модели средствами ГИС «Карта2008». URL: http://gis-lab.info/qa/giskarta-3d.html (дата обращения: 30.11.2012).
References
1. Savchenko K.A., Kotikov J.G., ArcReview, 2012, no. 3
(62).
2. Geoinformation system «MAP2011». Creating und editing of vector map classifier, Available at: http://www.gisinfo.ru/down-load/doc.htm (accessed 24 Oct. 2012).
3. Building of three dimensional model in GIS «MAP 2008», Available at: http://gis-lab.info/qa/giskarta-3d.html (accessed 30 Nov. 2012).
УДК 658.512.22
ПОСТРОЕНИЕ БАЗ ДАННЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ «ПРИРОДА-ТЕХНОГЕНИКА»
Р.И. Сольницев, д.т.н., профессор; До Суан Чо, аспирант (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), doxuancholeti@gmail.com)
Повсеместное загрязнение окружающей среды промышленными выбросами и сбросами обусловило актуальность решения проблемы минимизации уровня загрязняющих веществ.
В последние годы предприняты значительные усилия по созданию средств предотвращения загрязнений природы и борьбы с ними: Best Available Technical, Critical load, Precautionary principle «Polluter pays» principle, Sustainable development.
Многочисленные подходы к мониторингу связаны с последующим принятием решений административными органами. Однако предлагаемые и применяемые средства компенсации загрязняющих веществ сводятся к разомкнутой схеме системы «Природа-Техногеника», которая включает человеческий фактор как обязательное, главное звено системы управления. Существующие локальные системы управления очистными агрегатами решают эти проблемы лишь частично.
В статье рассматривается развитие средств и способов снижения уровня загрязняющих веществ в атмосфере на основе замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» (ЗСУ ПТ). Излагаются требования к БД в составе данной системы. Обсуждаются задачи построения БД для поддержки метеорологической информации в ЗСУ ПТ и дальнейшее развитие теории и практики создания ЗСУ ПТ. Приводятся основные подходы информационной поддержки при построении ЗСУ ПТ. Рассматриваются вопросы, связанные с автоматизацией проектирования ЗСУ ПТ. Предложены основные принципы и архитектура БД метеорологической информации в ЗСУ ПТ.
Ключевые слова: экология, загрязняющие вещества, система автоматического управления, метеорологическое обеспечение, БД.
CREATION OF DATABASES OF METEOROLOGICAL INFORMATION IN THE CLOSED CONTROL SYSTEM «NATURE-TECHNOGENIC» Solnitsev R.I., Ph.D., Professor; Do Xuan Cho, Postgraduate (St. Petersburg Electrotechnical University «LETI», 5, Prof. Popova St., St. Petersburg, 197376, Russia, doxuancholeti@gmail.com)
Abstract. Environmental pollution caused by industrial wastes leads to contaminated precipitation, accumulation of pollutants in soils, ground and surface waters, plants, penetration of harmful substances into the human body and animals. Therefore, the problem of minimizing the amount of pollutants (PS) is relevant.
In recent years, significant efforts to create reliable means of control and prevention environment pollution have been made, e.g. Best Available Technical, Critical load, Precautionary principle, «Polluter pays» principle, Sustainable development (ISO 14004-98 EC regulations).
Numerous approaches to environment monitoring are followed by administrative authorities' decisions. However, proposed and used pollutant compensation measures result in open system «Nature-Technogenic» which includes the human factor as an essential and crucial part of the control system. Those control systems of local treatment facilities solve these problems only partially. The article provides information about the development of tools and methods to reduce the level of pollutants in the atmosphere based on the closed control system «Nature-Technogenic» (CCS NT).
The objectives and requirements for database (DB) in the CCS NT are set out. DB construction to support meteorological information is described. Further development of the theory and practice of closed control system «Nature-Technogenic» is presented. The basic approach of information support in the construction of CCS NT is given. The automation of the CCCS NT design is taken into consideration. The basic principles and the architecture of the meteorological information DB for CCS NT are introduced.
Keywords: ecology, pollutants, automatic control system, modeling, meteorological support, database.
Проблемы загрязнения окружающей среды и его влияния на экологию и безопасность жизнеобеспечения сформулированы в [1]. Для решения задачи минимизации загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосфере в работах [2, 3] была предложена и развита концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» (ЗСУ ПТ). О ее развитии до стадии проектирования и производства говорится в предыдущих работах, например в [4]. Основными преимуществами такой системы являются гарантированность минимизации ЗВ в реальном времени, отсутствие влияния человеческого фактора, формирование законов управления аппаратными средствами очистки от ЗВ в исполнительных устройствах в соответствии с экологическими критериями конкретного объекта управления.
Предложенная ЗСУ ПТ для атмосферы состоит из следующих элементов.
• Источник ЗВ - промышленное предприятие, выбрасывающее в атмосферу вредные вещества.
• Очистные агрегаты (ОА) - очищают газовоздушную смесь внутри трубы промышленного предприятия в соответствии с управляющим сигналом, вырабатываемым на основе информации об уровне его концентрации в месте ее максимума
[5].
• Датчики измерения концентрации - расположены в устье трубы и в точке измерения максимального значения и предназначены для определения концентрации (массы) ЗВ.
• Измерительная система - предназначена для сбора, накопления, обработки и передачи полученной информации о концентрации ЗВ на регулирующее устройство.
• Регулятор - строится в соответствии с системой управления, синтезируемой по критериям и ограничениям, специфичным для ЗСУ ПТ конкретных предприятий [6].
• Усилительно преобразующее устройство (УПУ) - усиливает обобщенный управляющий сигнал до уровня, необходимого для управления конкретным ОА.
Важной задачей в процессе создания ЗСУ ПТ является разработка средств ее метеорологической поддержки в реальном времени. Поскольку проектирование ЗСУ ПТ проводится с помощью САПР, рассматриваются постановка задачи, алгоритмизация обработки, ввода метеорологической информации, а также некоторые результаты применения соответствующей подсистемы САПР ЗСУ ПТ.
В данной статье основное внимание уделяется построению БД с целью метеорологической поддержки ЗСУ ПТ. На рисунке 1 показана схема сбо-
Примечание: ССМИ, ЦМИ - стационарные станции, центр метеорологической информации (района); ЗСУ ПТ (ОА) - очистной агрегат, получает сигналы управления в соответствии с заданным законом (алгоритмом) управления и изменяет свои параметры с целью (по критерию) минимизации управляемых составляющих ЗВ; БД - БД для хранения метеорологической информации.
Рис. 1
ра, обработки и передачи метеорологической информации в ЗСУ ПТ.
На рисунке 2 представлена схема структуры БД метеорологической информации в ЗСУ ПТ.
Сбор, обработка и передача метеорологической информации из ССМИ и ЦМИ в ЗСУ ПТ осуществляются через БД, блок обработки, программатор и УПУ в блок управления ОА ЗСУ ПТ. Передаваемая информация служит для адаптации управления к измерениям метеорологических параметров окружающей среды предприятия - источника загрязняющих веществ (ПИЗВ). Входом для блока обработки являются параметры метеорологических характеристик ветра (V), температуры (Т), давления (В), влажности (Ж). Исходные реализации переменных величин V, Т, В, Ж представляют собой нестационарные случайные процессы (НСП).
Выходом блока обработки являются осреднен-ные и скорректированные величины V*, 7*. £>*,
Ж*. Определение скорости потока переноса V ЗВ в атмосфере от ИЗВ до датчиков измерения суще-
ственно зависит от метеорологических данных в заданной окрестности ИЗВ (природопользователь-ской зоне). При известном расстоянии от источника ЗВ до датчика (/.) скорость переноса V являет-
ся неизвестной функцией не только ветра (V), но и всех остальных метеорологических параметров.
В данной работе исходной является метеорологическая информация V, T, D, W, полученная из ЦМС Вьетнама (город Ханой, микрорайон Soc Son «Шок Шон» с долготой 106o03' и широтой 20o39') [7]. На рисунке 3 и в таблице приведены реализации, иллюстрирующие массив этой информации.
Задачами построения БД в рассматриваемом случае являются
- сохранение и организация метеорологической информации после получения из ССМИ и ЦМИ;
- сжатие и формирование метеорологической информации для блока обработки;
- передача (интерфейс) метеорологической информации в блок обработки;
- сохранение обработанной информации;
Рис. 2
V
1 1 1 \
> ! — -- ■
'К / /
°1 € 7 •о 11 • \ • 1 • 1 1 1 ■ ? : t
а) скорость ветра
т
25—1—|—m— || —г—1—1— || —г-1-гн-I-гн—|—i—|—г
|Г|1_i_ i _Mi _i i i_ 1 1 _i i i_ i i i i i _j I _i_l_L
"1 2 J 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1J -5 1617 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 25 29 M 31 д„,
б) температура Рис. 3
- обеспечение непрерывности поступления метеорологической информации в ЗСУ ПТ через указанные на рисунке 1 блоки в реальном времени.
Для обработки массива реализаций как НСП рассматриваются алгоритмы сглаживания, предложенные в [8]. В [9] алгоритмы сглаживания использованы для приведения НСП к эквивалентным стационарным с соответствующими оценками точности такого приведения.
Основные этапы разработки БД метеорологической информации:
- определение вариантов программных и аппаратных средств, соответствующих требованиям к сохранению, организации сбора и передачи метеорологической данных;
- разработка структуры СУБД данного объекта;
- разработка схем размещения и фрагментации данных.
В настоящее время популярными являются системы построения БД Oracle, Microsoft SQL Server, MySQL и Microsoft Access.
Для сохранения и организации метеорологической информации в БД должны быть выполнены следующие требования:
- поддержка больших объемов метеорологических данных в БД; целевая функция ее построения должна учитывать достаточные для функционирования ЗСУ ПТ реализации переменных V, T, D, W, которые в общем случае являются НСП;
- фрагментация этих реализаций по времени (день, ночь), по суткам (неделя, месяц), по временам года (весна, лето, осень, зима), а также сохранение и модернизация результатов обработки метеорологических данных в блоке обработки (см. рис. 2);
- наличие удобного и простого пользовательского интерфейса, позволяющего легко изменять параметры и анализировать полученные результаты;
- удобный доступ ко всем требуемым для анализа и расчетов данным.
В БД метеорологической информации хранятся данные о метеопараметрах и метеоусловиях в при-
родопользовательской зоне. В свою очередь, БД пополняет и обновляет информацию в результате работы ЗСУ ПТ.
На основе анализа разнообразных программных средств в качестве инструмента для построения БД ЗСУ ПТ предлагается использовать интегрированную среду моделирования MATLAB, которая позволяет построить замкнутые нелинейные системы и анализировать ее свойства.
Основными свойствами, определившими такой выбор программного средства, явились богатый набор инструментов для построения БД, высокоразвитый математический аппарат для решения задач векторно-матричной алгебры, возможность интеграции с другими математическими пакетами.
Среда MATLAB через драйверы ODBC/JDBC поддерживает множество БД: IBM DB2, Infomix, БД Oracle, Microsoft SQL Server, MySQL и Microsoft Access. Через драйвер ODBC/JDBC работает встроенный в MATLAB построитель запросов к БД - quetybuider. С его помощью можно построить достаточно сложные запросы, создать отчет или просто просмотреть БД.
Так как MATLAB позволяет обращение к своим функциям из различных языков программирования, которые, в свою очередь, имеют возможность обращаться напрямую к БД (без использования ODBC/JDBC), то имеется возможность самостоятельно написать функции для работы с БД или взять готовые пакеты, разработанные сторонними организациями специально для работы в MATLAB. Одним из них является пакет pgmex, обращающийся на языке ^ к библиотеке libpq СУБД PostgreSQL.
Для отладки, построения БД использовалась программа pdAdmin из дистрибутива PostgreSQL. С ее помощью можно просматривать не только структуры таблиц и их содержание, но и последовательности пользовательских функций, классы операторов, схемы, создавать таблицы, подключаться к серверам и базам, использовать встроенный построитель запросов.
В блоке обработки информации осуществляется алгоритм обработки метеорологической информации. Данные о ее значениях являются входными для управления автоподстройкой ПИД-регулятора. Для решения этой задачи требуется разработка алгоритмов определения указанных метеорологических характеристик и отношений между этими переменными. В результате метеорологическая информация сохранится в БД и будет отображаться на экране оператора в виде рисунков, графиков, матриц и др.
В блоке-программаторе определяются характеристики процессов регулирования. В этой задаче требуются автоподстройка коэффициента в ПИД-регуляторе при непрерывном (или с допустимой дискретностью) поступлении метеорологических данных и определение алгоритма автоподстройки
с дальнейшим построением соответствующей программы контроллера.
Для работы данной БД ЗСУ ПТ потребуется запуск среды МА^АВ. Это, с одной стороны, является недостатком подсистемы, поскольку она не работает без МА^АВ, а с другой - делает БД ЗСУ ПТ абсолютно открытой.
БД ЗСУ ПТ предполагает наличие графического диалогового интерфейса, который позволит вводить исходные данные и отображать результаты расчетов в удобном для пользователя виде (рис. 3). Поскольку направление ветра определяется положением подвижного носителя датчиков измерения, то в дальнейшем рассматривается только составляющая скорости ветра по оси факела.
В таблице приведены примеры отдельных реализаций метеорологических данных, полученных из ССМИ и ЦМИ для построения БД ЗСУ ПТ.
В таблице приведены численные данные, соответствующие графику на рисунке 3, для иллюстрации формирования массивов в БД.
Таким образом, в статье проведен анализ современных подходов к решению задачи минимизации выбросов в режиме реального времени, предложены способы построения БД метеорологической информации в ЗСУ ПТ, приведены требования к построению БД метеорологической информации, предложены схема сбора, обработки и передачи метеорологической информации в ЗСУ ПТ и схема структуры БД метеорологической информации.
Литература
1. Худолей В.В., Ливанов Г.А. Проблемы загрязнения окружающей среды стойкими органическими соединениями, в частности диоксинами // IEHS'04: тр. Междунар. конф. СПб, 2004. С. 39-43.
2. Сольницев Р.И. Построение замкнутой системы «При-рода-Техногеника» // Открытое образование: тр. Междунар. науч.-технич. конф., Украина, Ялта, 2006. С. 404-408.
3. Сольницев Р.И. Вопросы построения замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» ЗСУ ПТ // Изв. СПБГЭТУ «ЛЭТИ». 2009. № 7. С. 23-32.
4. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И. Системы управления «Природа-Техногеника». СПб: Политехника, 2013. 205 c.
5. Пугачев В.С. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968. 368 с.
6. Сольницев Р.И. Вычислительные машины в судовой гироскопии. Л.: Судостроение, 1977. 312 с.
7. National Hydro-meteorological Service National Center for Hydro-meteorological Forecasting (NCHMF). URL: http://www. thoitietvietnam.gov.vn/web/en-US/62/19/58/map/Default.aspx (дата обращения: 26.11.2012).
8. Solnitsev R. Creation of «Nature-Technogenic» control system of the basis of information technologies, Proc. Intern. Conf. «IEHS'02», 2002, pp. 12-17.
9. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Шабалов А.А. Моделирование замкнутой системы управления «Природа-Техноге-ника» // Информационно-управляющие системы. 2008. № 2 (33). С. 36-42.
References
1. Khudoley V.V., Livanov G.A., Trudy mezhdunarodnoy konf. IEHS'04 [Proc. of Int.Conf. IEHS'04], ISA, СПб, 2004, pp. 39-43.
2. Solnitsev R.I., Otkrytoe obrazovanie [Open Education], IT+S&E'06, Ukraine, Yalta, 2006, pp. 404-408.
3. Solnitsev R.I., Izvestiya SPBGETU «LETI» [Proc. of St. Petersburg ETU «LETI»], 2009, no. 7, pp. 23-32.
4. Solnitsev R.I., Korshunov G.I., Sistemy upravleniya «Pri-roda-Tekhnogenika» [Managing Systems «Nature-Technogenica»], 2013, 205 p.
5. Pugachyov V.S., Vvedenie v teoriyu veroyatnostey [An introduction to the theory of chances], Moscow, 1968, 368 p.
6. Solnitsev R.I., Vychislitelnye mashiny v sudovoy giroskopii [Calculating machines in marine gyroscopy], Leningrad, 1977.
7. National Hydro-meteorological Service National Center for Hydro-meteorological Forecasting (NCHMF), available at: www.thoitietvietnam.gov.vn/web/en-US/62/19/58/map/Default.aspx (accessed 25 Dec. 2012).
8. Solnitsev R.I., Proc. Intern. Conf. IEHS '02, St. Petersburg, 2002, pp. 12-17.
9. Solnitsev R.I., Korshunov G.I., Shabalov A.A., Information and Control Systems, 2008, no. 2 (33), pp. 36-42.
Сохранение метеорологической информации
День/месяц I II III IV V VI VII VIII
1 83 81 58 90 83 88 87 91
2 84 83 68 81 77 80 90 86
3 82 83 73 81 74 86 84 82
4 81 84 75 80 77 87 81 86
5 82 83 94 80 76 77 86 83
6 67 93 94 76 75 72 81 99
УДК 681.142.2 +621.746
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ
Г.А. Дубский, к.ф.-м.н., доцент; Л.Г. Егорова, к.т.н., доцент; Ю.Б. Кухта, к.т.н., доцент (Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, пр. Ленина, 38, г. Магнитогорск, Челябинская обл., 455000, Россия, egorov-lyudmil@yandex.ru)
Одним из основных факторов, способствующих повышению эффективности функционирования агрегатов непрерывного литья заготовок, является обеспечение работоспособности и оптимальных технологических режимов работы оборудования. Для увеличения срока службы кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок в
