CC BY
24
УДК 621.3
11 2 2 Р. А. Кантюков , Р.Р. Кантюков , А.А. Горюнкова , К.В. Гришаков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, г. Москва, Миусская пл. 9
e-mail: [email protected]
2Тульский государственный университет, Тула, Россия 300012, г. тула, пр. Ленина, 92 e-mail: [email protected]
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ОБЪЕКТАМИ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
Для решения задачи сбора измерительной информации о загрязнении атмосферы объектами газоснабжения наиболее эффективно применение сети GSM для организации каналов передачи данных. Это позволит создать единую информационно-измерительную систему с обоснованием загруженности каналов передачи информации, что обеспечит надежность работы системы в целом. Такое решение обеспечивает сбор и хранение информации о местоположении и состоянии источников загрязнения атмосферного воздуха с помощью GPS/ГЛОНАСС и передачу ее с заданной периодичностью с помощью GSМ сети в центральный диспетчерский пункт.
Ключевые слова: передача данных, загрязнение атмосферы, разрыв газопровода, экологический мониторинг, магистральный газопровод
Система передачи данных основана на базе концентраторов информации, которые позволят создать распределенные сети передачи данных на основе существующих каналов и линий связи на участках большой протяженности. Применение концентраторов позволяет значительно снизить количество каналов информационной связи в результате использования единой сети для сбора и передачи данных, получаемых от постов мониторинга. В качестве сервера применяется типовая персональная или в промышленном исполнении IBM-совместимая ЭВМ,
функционирующая под специализированным программным обеспечением.
Выявлено, что наиболее целесообразным является способ передачи информации GPRS. Это режим передачи данных по IP адресам в сети Интернет. В этом режиме информации с контролируемых объектов передается
непосредственно в глобальную сеть Интернет и с использованием протоколов этой сети направляется на приемник центра управления информационно-измерительной системы
построения полей загрязнения атмосферного воздуха. Приемник центра управления должен иметь фиксированный IP адрес и постоянно находиться в сети Интернет [1].
От информационно-управляющих блоков передача информации в системе производится по схеме выделенных каналов. Запросы на обслуживание от этих выделенных каналов непосредственно поступают в центр сбора информации. В систему введено устройство управления, которое информационно связано с верхним уровнем и каждым информационно -управляющим блоком.
Информационно-управляющие блоки
территориально распределены и инициируют обмен информацией при выходе за допустимые пределы параметров технологических процессов, в аварийных случаях и по таймеру. В данном случае потоки запросов значительно различаются. В главе проведена классификация запросов. Также выделены режимы обслуживания запросов, а именно штатный, активный, тревожный режимы и режим выбора.
Важным аспектом функционирования информационно-измерительной системы
построения полей загрязнения атмосферного воздуха является задача сбора измерительной информации, поступающей от источников загрязнения, территориально удаленных друг от друга. При обилии возможных структур сетей передачи данных со значительным количеством узлов, содержащих контрольно-измерительную аппаратуру и средства передачи данных, процесс поступления информации приобретает характер квазислучайный, а сама система сбора и обработки данных может рассматриваться как система массового обслуживания (СМО).
По схеме выделенных каналов сети сбора и передачи информации наиболее узким местом системы является линия связи, и она может рассматриваться как обслуживающий канал. Если данные передаются по выделенным линиям, то обслуживающим каналом является ЭВМ, ведущая обработку данных.
Важным параметром работы системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха является своевременность поступления первичной информации в Центральный диспетчерский пункт для обработки в реальном режиме времени. Для
оценки своевременности и достоверности информации применяется аппарат сетей Петри-Маркова (СПМ), описывающий все информационные связи в данной территориально-распределенной системе [2].
СПМ территориально распределенной информационно-измерительной системы задается множеством: Ч*= {П, М}, где П - множество, которое описывает структуру сети Петри; М - множество параметров. Кроме того, в определение структуры П = {А, 2, 12(Л), О2(Л)} включены: А = {ах,..., ащ, .... а}} - множество позиций; 2 = {х\,..., х„,..., -множество переходов; 1л(2) = {1л(г\),..., 1л^„),..., 1Ж?ъг)} - входная функция переходов; ОЛ(2) = {Ол(г:),..., Ол(г„),..., Ол(гм)} - выходная функции переходов. При моделировании управления потоками информации позиции множества А являются математическим подобием структурных единиц элементов, которые генерируют или обрабатывают запросы в центр обработки информации, а переходы множества 2 моделируют взаимодействие элементов информационно-измерительной системы. Множество М = {р, /((), Л} параметров включает: р = \рщ„\ - матрицу JxN, определяющую вероятности переключения СПМ из позиций а, в переходы 2П\ Д}) = /¡„(Щ - матрицу JxN, определяющую временные интервалы
переключения; Л = \Л„\ - матрицу N^3, определяющую логические условия переключения. Вероятности р„ не зависят от предыстории процесса,
и для них выполняется условие ^ . Все
Е рщ=1,1 -щ - 3
„=1
потоки событий в распределенной системе считаются потоками без последействия, поэтому на законы распределения /,„(() наложено ограничение
\3\
fjn (t) = vjn exp (- V) 1 < j < J,1 < n < N
, (1)
V,
где - плотность потока событий переключений из позиции а, в переход хп.
Для СПМ определено дискретное пространство W, измерениями которого являются позиции и непримитивные переходы. Состояние СПМ в пространстве Ж определяется вектором ц>. Координаты вектора определяются количеством фишек в соответствующей позиции или переходе. Показано, что общий характер изменения состояний представляет собой случайные блуждания по пространству Ж со случайным временем пребывания в каждом состоянии. Для известной зависимости
f^(t) = ■
1(t) í fl(^)f2(t + T)dT
0_
X
í ^(t )dF2(t)
определяющей время ожидания процессом a\ завершения процесса а2 в сети со структурой
П = {{аъ а2}, {z1, Z2}, Ia(Z{) = IAZ) = 0, OA(Z1) = [ab
Ü2}, IA(Z2) = {a1, a2}, OA(Z2) = 0},
f2 (t)= v2 exp(- v2t) показано, что если ■> ¿ \ > 2 2 /, то
независимо от того, какой вид имеет
f (')
плотность распределения J 1 v 7:
а
1(t) J fi(?>2exp[-v2(t + z)]dz
f1^2(t) =-^-= ^2 eXP(~V2t)
1 - |[1 - exp(-v2t)]dF1 (t)
^ , (3)
где 1(t) - единичная функция Хевисайда. Выражение (2) определяет отсутствие последействия в потоках событий в системах, моделируемых СПМ с наложенными ограничениями (1). Если в информационно-измерительной системе наступает очередное событие, то с этого момента начинается новый отсчет времени во всех позициях СПМ [4].
Определены вероятности и плотности распределения времени выполнения одного из полушагов в СПМ со структурой П = {{щ, ..., j ..., aj}, {Z\, Z2}, IA(Z\) = IA(Z2) = 0, Oa(z\) = {аг, ..., aj, ..., aj}, Ia(z2) = {аъ ..., aj, ..., aj},
OA(Z2) = 0}:
V,
p°j =
J
2>k
k=1
L= 2>,
V j=1
Л
exp
j Л t !>j
м )
1 < j < J
(4)
t=0
(2)
Подсистема сбора информации со схемой выделенных каналов является системой массового обслуживания, в которой источником запросов на обслуживание являются посты мониторинга территориально распределенной информационно -измерительной системы построения полей загрязнения атмосферного воздуха, а обслуживающим каналом является выделенный канал сбора данных. При этом обмен происходит следующим образом: j-й пункт сбора измерительной информации определяет занятость канала; измерительная информация передается в центр обработки, если канал свободен; при занятом канале, фиксируется отказ в доступе, а запрос на передачу данных повторяется. От отдельных станций потоки информации суммируются в один общий поток без последействия с плотностью X. Именно он определяет загруженность СМО. Протокол обмена данными и быстродействие аппаратуры передачи данных определяет время обслуживания канала.
В подсистеме сбора информации сформированы СПМ, которые моделируют СМО с отказами и СМО с ограничением на длину очереди. Показано, что по данным СПМ получаются известные дифференциальные
уравнения Эрланга, которые определяют вероятность состояния СМО с отказами, а также формулы Эрланга, которые определяют вероятность состояния системы в установившемся режиме.
Кантюков Рафкат Абдулхаевич, докторант кафедры Логистики и экономической информации РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Кантюков Рафаэль Рафкатович, докторант кафедры Логистики и экономической информации РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Горюнкова Анна Александровна, доктор технических наук, доцент кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета, Россия, Тула.
Гришаков Кирилл Владимирович, аспирант кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета, Россия, Тула.
Литература
1. Информационно-измерительная система управления территориально-удаленными объектами в газотранспортном хозяйстве/ Р.А. Кантюков, В.П. Мешалкин, В.М. Панарин, А.А. Горюнкова, Р.К. Гимранов, И.В. Рыженков, Р.Р. Кантюков// Прикладная информатика. - 2015 г. - Т.10. - №3(57).- С.51-62.
2. Система мониторинга и обеспечения безопасности в тепловых установках и на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях на газовом оборудовании/ В.П. Мешалкин, В.М. Панарин, А.А. Горюнкова [и др.]//Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2015. - №1. - С.307-325.
2. Панарин В.М., Горюнкова А.А. Автоматизированная система сбора и анализа экологической информации о загрязнении атмосферного воздуха/ В.М. Панарин [и др.]// Вестник компьютерных и информационных технологий. № 1 (Январь), 2013. - с. 9-11.
3. Автоматизированная система мониторинга состояния окружающей среды/ В.П. Мешалкин, В.М. Панарин, А.А. Горюнкова [и др.]//Химическая промышленность сегодня. - 2015. - № 3. -С. 25-32.
Kantjukov Rafkat Abdulkhaevich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: [email protected]
Kantjukov Rafkat Rafkatovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: [email protected]
Goryunkova Anna Alexandrovna Tula State University, Tula, Russia E-mail: anna [email protected]
Grishakov Kirill Vladimirovich Tula State University, Tula, Russia E-mail: [email protected]
SOLUTION OF THE DATA IN THE MONITORING OF ATMOSPHERE POLLUTION GAS SUPPLY FACILITIES
Abstract
To solve the problem of collecting measurement data on pollution of the atmosphere gas are the most effective to use the GSM network for data transmission channels. This will create a single information-measuring system with justification congestion information channels that ensure the reliability of the system as a whole. This solution provides for the collection and storage of information about the location and status of air pollution sources using GPS / GLONASS and transfer it to the specified intervals via GSM network to a central control room.
Key words: data transmission, air pollution, pipeline rupture, environmental monitoring, gas pipeline
