автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Математическое моделирование в системах экологического мониторинга и управления крупными технологическими комплексами

РГ6 од

ТфсэдЩрС&ейнЫИ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ЛШ1ИНИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ КРУПНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ

(на примере Астраханского газоперерабатывающего

комплекса)

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и проичволстг?

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена на кафедре Информатики и компьютерных систем в Московской Государственной академии химического машиностроения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АИН РФ Володин Виктор Михайлович.

Научный консультант — кандидат технических наук, доцент Смирнов Владимир Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Дорохов Игорь Николаевич; кандидат технических наук Софиев Михаил Александрович.

Ведущая организация: НПО «Химавтоматика».

Защита диссертации состоится СЯЖС/Об/кЯ 1996 г. в 14.00 час. На заседании диссертационного совета Д 063.44.02 Московской Государственной академии химического машиностроения по адресу: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. Старая Басманная, 21/4, МГАХМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан « 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

шишов г.д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актл альность проблемы. В условиях научно-технического прогресса значительно

J

;ложнились взаимоотношения общества с природой. Человек полечил возможность тнять на хол естественных процессов, не прогнозируя обычно возможных »логических последствии антропогенной нагрузки . Особую опасность при этом эедставляют загрязнения атмосферы воздуха. Оно оказывает влияние на жизнь нллионов .полей, особенно тех. которые проживают в больших индустриальных >родах. Загрязнение естественной среды с течением времени нарастает и при ■раниченных возможностях восстановления. в настоящее время, приближается к

I

тасно.мх, состоянию насыщения.

н

Наиболее распространенными загрязнителями атмосферы являются производные мерила и ссры. хлора, окиси азота, галогены, пыль, аэрозоли. Газы составляют 70"о "пней массы выбрасываемых в агмос(|)еру веществ.

К числу предприятий, особо нуждающихся в обязательном контроле состава новых выбросов и состояния окружающей атмосферы, относятся предприятия тмичсской. нефтяной и газовой промышленности. В иерпую очередь опасность >едстав.|яюг технологические и аварийные выбросы вредных природных газов и юдуктов их переработки

Непосредственное изучение природных и антротченпых систем и происходящих ии\ 1.ю,кш.1\ п ипмосвя 1анпы\ процессов шрулннтсльно, требует .'иппелыюто темени и крмшых материал!.Н1.1Х затрат. а в условиях действующею производства >ром просто нево(можно Поэтому необходимо исследовать подобные процессы и | тения на спепплтт.нп созданных мтчофакюрнмх математических моделях, которые м «и или иной мере отражают определенные свойства системы. Кроме што. в сочетании оперативной службой мониторинга, математическое моделирование процессов тспространения вредных пешеств в атмосфере позволяет провести анализ текущего 'стояния тимдхшной среды, также предвиден, опасные периоды высокой грязненности. .

При разработке современных систем экологического мониторинга возникает ряд 1\чны\ проблем, связанных' с разработкой эффективных систем моделирования тепроезранення загря зияющих веществ в воздушной среде., пригодных хтя :полыования в реальном масштабе времени в автоматизированных системах :олот нческого мониторинга: оптимальным проектированием структуры и тематического обеспечения системы экологического мониторинга: обоснованным >юороч технических средств контроля и переработки информации, особенно при пннкновении критических экологических ситуаций Все этн проблемы

рассматривались*^ большом числе работ, но вместе с тем далеки от завершен) особенно применительно к локальному мониторингу предприятий химической нефтегазовой промышленности.

В настоящей работе предлагается рассматривать указанные прооле> применительно ¿"конкретному предприятию - Астраханскому газоперерабатываюше; комплексу.

Целью работы является разработка методики построения эффективн математической болели загрязнения атмосферы пригодной для использования в снсте экологического 'мониторинга; выбор оптимальной структуры системы и реалнзаи указанных моделей применительно к компьютерной системе экологическс мониторинга. "'

Научная Новизна результатов работы, представляемых к зашите. заключаете) следующем: и

- пронеден сравнительный анализ существующих математических моле; распространения; 1Л| рншеипя н воздушной среде и на основе вычисли 1слми эксперимента показана О1риничепность применения отдельных молелен . автоматизированных систем экологического мониторинга: /

- предложена комплексная модель распространения загрязнения в возду основанная на использовании различных типов известных моделей и опшчаюши достаточно простои реализацией и ограниченным объемом необходимой ннформа! для 'прогнозирования распространения загрязнения:

- сформулирована < задача оптимального управления процессом шряшо атмосферы вредными веществами, выбрасываемыми промышленными предприятиям предложены ее решения на основе методов декомпозиционного управления:

• предложена и обоснована многоуровневая иерархическая система коитрол управления процессом загрязнения атмосферы и разработан алгоритм определе оптимального числа станций контроля с учетом уровня загрязнения атмосфе вредными выбросами промышленного комплекса:

- на основе вычислительных экспериментов решена задача оптимальи контроля процессом загрязнения атмосферы, пошоляющая в зависимости характеристик источника выброса, условий проведения процесса получить максимам возможный выход 'продукции и обеспечение своевременного предупреждения опасных уровнях 1а|рязнсния воздушной среды пбшпп промышленного предприятия

Практическая ценность результатов работы:

• разработаны и реализованы алгоритмы, позволяющие на основе комплекс модели рассчитывать: концентрации вредных веществ, содержащихся в выбр< газоперерабатывающего завода, в различных точках пространства: макснмаль

■э

нземнчю концентрацию и расстояние ло точки, где она наблюдается: выявлять благоприятные сочетания условий выброса и различных метеорологических

IKTOpOB.

- предложены и реализованы алгоритмы для расчета концентрационных полей роводорола и других загрязняющих веществ, выбрасываемых АПЖ;л

- разработан пакет программ управляющей подсистемы, который позволяет >делировать процесс загрязнения атмосферы выбросами Астраханского зоперерабатываюшего комплекса:

разработала структура автоматизированной системы экологического шнгорнша применительно к крупному газоперерабатывающему комплексу. Функции дснстемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC, на жнем уровне системы располагаются датчики пронзводства1 фирмы MBL utontncninl Systems для контроля кшшсшрлцнй сероводорода, окислов азота, оксида лерола. углеводородов и диоксида серы. Для определения меркаптанов предлагается пользовать портативный анализатор запахов Odor Monitor. Связь между лсистемами верхнего и нижнего уровня осуществляется по каналам радиосвязи.

Апробация "работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались IX Всероссийской научной- техническом конференции "Математические методы п мни и химической технолошн" (Тверь, 1995), Межвузовской научно-технической нференпнн "Мнкро>.чектроннка и информа1нка-96" (Москва. 1996).

11\ бчикацнн По теме диссертации опубликовано три печатные работы, список торы\ приведен в заключении реферата.

Сгрчктлрп и объем диссертации Диссертации состоит из введения, четырех глав, шчпв, списка исполычсмой литературы, включающею ^^ наименований, нложення. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит CNHKOB 43. ^таблиц Приложение объемом SO машинописных страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ т.

Во введении обоснована акту альность темы диссертации, изложены цель и задачи :ледования. сформулированы защищаемые научные положения, отмечена актическая значимость работы. Определены цели и задачи дальнейшего следования. н

В первой главе проводится анализ основных направлений моделирования оцесса распространения загрязнения воздушной среды, изложенный в трудах

с

01счсствснных н'■ шрубежных авторов. Приводится классификация существуют! методов прогноз!» загрязнения воздуха, рассмотрены преимущества и недостап каждого класса моделей. Обсуждены условия применимости этих моделей.

11)-)а сложности процесса распространения примесей, его нелинснностн. налим многочисленных факторов воздействия, в настояшее время, не существует моде, абсолютно точно' описывающей процесс переноса веществ в атмосфере. Обобщ данные зарубежной и отечественной литературы во множестве моделей мож выделить несколько групп, объединенных по типу используемых ма1емагическ методов. '

Прежде вС^го что диффузионные модели, основанные на решении полно уравнении диффузии с некоторыми упрощениями и предположениями о характс распространения .Примеси.

Следующая группа моделей, основанная на решении уравнения сохранения мг для злементов, на,которые разбивается рассматриваемая область распространения.

В моделях .замкнуто!о шсмснга основным оглнчисм ог моделей предыдуш группы является предположение об озсугсзиии переноса массы мере) |ранн элемента счет диффузии. .Однако четкой границы между тгнмн группами моделей ироие^ весьма трудно: модель, основанная па решении уравнения сохранения масс, мои выродиться в модель одного замкнутого элемента.

К группе статистических моделей относятся модели. основанные на обрлбо I собранной |а мщио лет информации о конценфации примесей и соответствч юн значениях мечеоро.зогичеекой информации. ")г и модели иеполь(укися и« копгро они не учии.шаюг информацию о выбросе, а нснолыуют лишь шаченим концешра! примесей и соответствующих метеоусловий, измеряемых на станциях контроля модели в чистом,виде не могут предсказывать поле концентраций при изменивши парами трах выброса.

Огсчсивснныс авторы прелпагсчог классификацию моделей ипряшы атмосферы, основанную , на решении уравнения диффузии. В бо.зышшс рассмотренных работ обсуждается в основном две теории:

- теория градиентного переноса, в которой перенос примесей сия юн с .юколы/ градиентом концентрации:

- теория турбулентной диффузии, в которой предполагается, что каждая част нрнмссп ДВИЖС1СЧ случайно, но ее коорднпаш подчиняюIси икономсрнос! необходимым для описания диффузии.

Обе эти теории описывают процесс турбулентной дпффч шн примесей высотного источника. На основе проведенного анализа можно выделить чет основных типа' моделей: "клубка", "факела", "ящика" и "конечно-разностш

Достаточно полно изучена модель "факела". Наиболее точными и сложными являются модели "конечно-разностного типа". Для целен оперативного прогноза используются статистические модели типа множественной"линейной и нелинейной-регрессии и авторегрессии. Однако однозначно ответить какая модель лучше нельзя. Не существует модели универсальной, а усложнять модели путем введения все новых факторов, влияющих на процесс распространения, можно безгранично. В каждой конкретной практической задаче требования предъявляемые к модели будут определять тип используемой математической модели для решения.

В последнем разделе главы приведены этапы дальнейших исследований, предполагающие ■ решение задач математического моделирования процесса распространения вредных токсичных веществ пригодной для использования в системе экологического мониторинга для краткосрочного прогноза и управления качеством воздуха: постановку задачи оптимального управления процессом загрязнения атмосферы и разработку алгоритмов решения задачи оптимизации; технической реализации системы экологического мониторинга и управления состоянием воздушной среды.

Во второй главе проведен анализ основных источников загрязнения воздушной среды предприятиями газовой отрасли Основными технологическими процессами на газоперерабатывающем комплексе являются: осушка поступающего на завод газа; очистка этого газа от сероводорода, углекислого газа, сераорганнческкх соединений и других примесей; переработка газа методом конденсации, абсорбции, низкогемперагурной ректификации, переработка газового конденсата. Все ли процессы, а также сопутствующие им вспомогательные технологические операции могут загрязнять атмосферный воздух. Загрязнение атмосферного воздуха происходит при обычной работе газоперерабатывающего комплекса, а также возможны периодические (залповые) газообразные выбросы при аварийны^ ситуациях, остановке технологического процесса, ремонтных, пуско-наладочных работ и т.п.

. Концентрация вредных примесей в атмосфере зависит не только от качества полдержания режимов работы технологических процессов, но и от метеорологических условий, влияющих на распространение загрязняющих веществ в атмосфере: направление и скорость ветра; влажность воздуха; температурная стратификация, которая зависит от степени нагрева земли и прилегающего к ней слоя воздуха.

Разработка автоматизированной системы экологического мониторинга загрязнении ■ атмосферы наряду с созданием комплекса технических средств включает вопросы математического обеспечения системы, важнейшими задачами которой являются прогнозирование загрязнения и изучение источников выбросов.

Решение этих вопросов связано с разработкой или выбором математической модели распространения примесей, работающей в составе системы.

Для полного математического описания процесса загрязнения атмосферы, учитывающего метеорологические условия, рельеф местности в окрестности предприятия, не достаточно использование только одного вида математических моделей переноса загрязнения в воздушной среде вредных веществ от источника выброса. Пс этой причине предлагается создание единой комплексной модели прогноза. Части этот5 модели могут использоваться как в отдельности, так и в совокупности, в зависимости 01 цепей прогноза.

К комплексной модели предъявляются ряд требовании: модель должн; осуществлять прогноз загрязнения атмосферы от существующих источников выброс: вредных веществ при различных атмосферных условиях , которые могут бып оперативно измерены: модель должна обеспечивать проведение всех видов прогноза простота вычислительных алгоритмов для реализации модели.

(.' учетом этих требований комплексная модель включает: - »мннрическую модель п кпчсстпе предварительной:

-статистическую модель, рассчитанную на применение и период уаановнншичс: атмосферных процессов, а также для оперативного прогноза:

-фишческую диффузионную модель, предназначенную для испольюваиия ! наиболее сложных атмосферных условиях и краткосрочных прогнозах.

Проведенный численные расчеты позволяют сделать вывод о необходимое!! использования экспертных компьютерных систем и разработки формальны алгоритмов, которые автоматически используют определенный вид составлятоше комплексной модели для конкретных условий эксплуатации,-

При выработке стратегии контроля загрязнения, когда не требуется больщо точности, рекомендуется использовать эмпирическу ю модель:

(",„ - величина .максимальной приземной концентрации вредных пешеств. мгм '. Г - безразмерный козффнцненг вредною вещества, учитывающий скорост оседания вредных веществ в атмосферном воздухе:

М- количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с А- коэффициент, определяющий условия вертикальной и горизонтально диффузии вредных вешеств в атмосферном воздухе:

тип- безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхо: газовоздущной смеси из устья источника выброса:

А М Г П1 п 3 N

Ст

(I)

(Не): VДT

Не - эффективная высота источника выброса, м; Не = Н + Л Н Н - высота источника выброса;

ЛН - начальная высота подъема факела, связанная с перегревом выбрасываемой меси относительно окружающего воздуха:

ЛТ - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и емпературой окружающего атмосферного воздуха Т„ град; Д Т = Тг - Тв

N - число близко расположенных источников с одинаковыми параметрами

ыбросов;

V - объем выброса, мЗ/ с

к О2

V = = -

4

- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника,м/с; О - диаметр устья источника выброса О = 2м. В случае критических ситуациях, для оперативного прогноза уровня агрязнеиия, целесообразно использовать диффузионную модель "факела", основанную а решении уравнения днффуиш: *

0 У 2

С ( \, у, ¿. Н) = - ехр(--)

2лст^ст,и 2<тч"

" ( г - Не Г ( г + Не) ^

ехр--+ ехр--

2 <т,: 2а,:

(2)

где а,, а, - стандартные отклонения размеров факела в горизонтальном и ертнкалыюм направлениях при данном X:

и - средняя скорость ветра..

Основное достоинство модели "факела" в ее простоте и возможности расчета оннентрацнонных полей по сравнительно небольшому числу экспериментальных анных. Модель (2) может быть применима в приблизительно 70% метеорологических

нтуацнй.

В период установившихся параметров выбросов применяют статистическою юдель распространения загрязняющих вешест. Из-за сложности и нелинейности ропесса распространения примесей, в настоящей работе, применяется модель елннейной регрессии:

у = Ь,»ехр(Ь2х + Ь3х2) (3)

у - концентрация загрязняющих веществ в атмосфере, мг/м ; х - расстояние от источника выброса, м; Ь,, Ь2, Ь, - параметры модели.

Параметры Ь|, Ь2, Ьз модели (3) определяются методом последовательной аппроксимации, заключающийся в замене сложной зависимости некоторой аппроксимирующей функцией, вычисление параметров которой более простое. Алгоритм этого метода быстро сходится.

Результаты расчета концентрации сероводорода в воздушной среде по трем составляющим комплексной модели представлены на рисунке I.

7.00Е-03 6.00Е-03 5.00&03 4.00Е-03 3.00 Е-03 2.00Е-03 1 ООЕ-ОЗ 0 ООЕ+ОО

-ДИФФУЗИОННАЯ МОДЕЛЬ -ЭМПИГО1€СКАЯ МОДЕЛЬ -СТАТИСТИ^еСКАЯ МОДЕЛЬ

й Я 8 й 3 9 Я = 2 5 Я Я Я

Расстояние от источника выброса, м

Рис. I. Концентрация сероводорода в воздушной среде в мвисимости от расстояния от источника выброса.

Комплексная модель распространения загрязняющих веществ в атмосфере шмволяет рассчитывать: концентрацию вредных веществ в различных точках пространства: максимальную концентрацию веществ на некотором расстоянии от источника выброса и зависимую от рельфа местности и метеорологических условий (скорости ветра, класса атмосферной стабильности): высоту подъема факела над устьем трубы: опасную скорость ветра, при которой концентрация загрязняющих вешеств будет максимальной и предельно-допустимый выброс промышленного предприятия.

Третья глава посвящена решению задачи контроля и управления загрязнением воздушной среды, которое возможно при создании автоматизированной системы экологического мониторинга и управления. Приводится системное описание проблемы загрязнения воздушной среды в районе расположения промышленного предприятия.

г

Для эффективного управления процессом загрязнения атмосферы азоперерабатываюшнм комплексом пропеден анализ процесса как объекта управления, выделены входные и выходные переменные.

Стремление к обеспечению необходимого допустимого выброса может привести к

.'худшеишо показателей основной производственной деятельности. Поэтому, говоря о

задаче управления качеством воздушной среды, необходимо рассматривать ее решение

з двух направлениях - экологическом и экономическом, т.е. процесс загрязнения

воздушной среды можно рассматривать как единую эколого-экономическуго систему. С

учетом вышеизложенного перейдем к описанию эколого-экономнческои системы как

.111

эоъекта управления.

Эколого-экономнческую систему предлагается представить п виде совокупности грех отдельных подсистем процесса загрязнения воздушной 'среды в районе расположения произволе!пенного комплекса: "

- производственная подсистема - источника выброса: !'

- подсистема сбора и накопления информации - станции контроля уровня затрязнения:

- подсистема перенос;!, связывающий подсистемы производственного комплекса и сбора н накопления информации.

В качестве производственной подсистемы рассматривается Астраханский I а топерераба тмнлюшнй комплекс.

1лкое представление системы отражает реальную структуру происходящих процессов н явлений, те выброс вредных токсичных веществ в атмосферу Iа тперсрабатываюшем комбинатом, их перенос, накопление и рассеивание.

Общая ор\К|\рмая схема жолот-жономпчсскои системы, отражающая взаимосвязь между отдельными ее элементами, приведена на рисункё'2.

На схеме выделены основные группы переменных, определяющих течение процесса загрязнения атмосферы и характеризующих его состояние в любой момент времени. К ним относятся: л

- входные переменные Хп (¡=1.....то) " в Данном случае это интенсивность

расхода сырья и материалов ( пи - размерность вектора входных переменных);

- управляющие воздействия:

ик (к=1.....пн) - это изменение параметров технологического Процесса, снижение

выпуска проду кции, изменение мощности очистных сооружений, запрет па залповые выбросы завода (пч - размерность вектора управляющих воздействии);

V - частота опроса станций контроля загрязнения атмосферы:'"

- внутренние возмущения Ъ - поломки оборудования, приводящие к залповым и другим дополнительным выбросам;

- внешние возмущения ш - действие метеорологических условий на загрязнение атмосферы : скорость и направление ветра, стратификация атмосферы, влажность воздуха и т.п.;

- выходные беременные:

У"1 (1=1,...,т) - характеристики производимой продукции;

У|(¡=1.....Я),) - вектор объемов выбросов вредных вешеств; *

У} (¡=1,!!.,П1з )- концентрации вредных веществ в атмосфере, которые характеризуют состояние эколого-экономической системы, возникшее в результате суммарного воздействия входных переменных, возмущений и управляющего воздействия; 41

ш , Ш1. т з - размерность векторов.

Рис. 2. Структурная схема тколого-экономичеекой системы.

Объектом управления производственной подсистемы в данной работе рассматриваются , на примере выбросов вредных вешесто в атмосферу Астраханским газоперерабатывающим комплексом. При переработке на газоперерабатывающем комплексе одним из технологических процессов является получение серы щ сероводорода методом Клауса. Непрореагировавший в стадии конверсии сероводород направляется технологическим газом в печь дожнга. где дожигается до диоксида серы. Дымовой газ. содержащий диоксид серы 503 через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Существует экстремальная зависимость УО. в отходящих газах от соотношения "Кислый газ / воздух " на входе в реакционную печь, которое должно непрерывно корректироваться обеспечивая оптимальный режим процесса. При этом минимум концентрации БСК в дымовых газах соответствует максимальному выходу серы в процессе. ..

Акали > процесса загрязнения атмосферы выбросами газоперерабатывающего завода показал, мю критерием омпшалмикш жолот ическото состояния воздушной :реды может служить компенсация вредных веществ в ней. Задача оптимального . правления при этом формулируется следующем образом

пни ( 1т( Х„.и. 7.. т .V ,Х.) - Г, (Х„. II. 7.. X, ) ^ Г: (X,. О.У, Х,)|

Х:-в(Х1.И)) " (<»)

V, = X, У;=Х;

где Хп.и. Ъ. 0) .V ,ХЧ) - критерии оптимальности экологического состояния среды: -и

Г| (X,.. и. Z. Х|) - критерии ошимальностн для источника выброса: ^ (X,. 0).\', Х1) - критерий оптимальности для подсистемы ¡ререноса вредных вешсств и подсистемы сбора и накопления экологической информации;

X; - 1; (Х|. (О) - уравнение математической модели зшрязнения атмосферы; и - управляющие воздействия: . ,,

У|=.\|. У2=Х2 - равенства, отражающие связь подсистем.

Поскольку сформулированная 1адача (■!) ошиматьного управления имеет оо п>шмо ра (мерное 11, и сложнмо ир\к1\ру (учии.шая структуру технчлот ических подсистем). рассматриваемую систему можно отнести к классу задач оптимизации сложных химико-технологических систем. При ратработке автоматизированной системы управления сложными системами широкое применение находят мноточ ромпеные иерархические системы управления. В »том случае исходная талачл разбивается на ряд подзадач меньшей размерности, что позволяет снизить суммарные затраты на реализацию управления ч повысить ею оперативность, по сравнению с централизованнымн системами. Декомпозиционный подход позволяет преодолеть трчдности. связанные с решением сложных задач большей размерности, обеспечить независимость каждой подсистемы, даст возможность организовывать обмен информации внутри многоуровневой системы. „■

Подвергнувшаяся загрязнению территория можег составлять сотни километров, для охвата которой потребовалось бы огромное количество станции контроля. Сокращать количество станций вынуждает то. что каждая точка контроля должна оснашатт.ся лоро! остоншнм оборудованием. Указанное сокращение неизбежно приводит к потери какой-то части информации о загрязнении атмосферы, В сиязи с этим необходимо определить минимальное количество станций контроля, которые при соответствующем размещении их на контролируемой территории позволят обеспечить сбор достоверной информации о загрязнении воздуха, достаточной!для эффективного функционирования всей автоматизированной системы экологнчечкого мониторинга. Однако следует отметить, что множество различных источников загрязнения воздуха и

сложность поля .метеорологических условий создают неоднородное загрязнени атмосферы. Результаты экспериментальных исследований показывают, что даже н небольших расстояниях между точками контроля концентрации загрязняющих вешест в воздухе, выбрасываемых газоперерабатывающим комплексом, могут измеиятьс более чем на порядок. Поэтому при оценке загрязнения воздушной среды большо значение имеет правильный выбор места контроля загрязнения ^установки станин контроля) в райоле расположения производственного комплекса. Для определен!* оптимального размещения станций контроля предлагается использовать алгоритм учетом максимального уровня загрязнения атмосферы вредными выбросам промышленного комплекса.

Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов, свяшнных с тсхннческо реализацией проект нруемой системы управления процессом шгризпенин .пмисфср вредными выбросами газоперерабатывающего комплекса.

К системе экологического мониторинга предъявляются следующие технически фсбонания:

- система должна иметь распределенные по площади контролируемого рати автоматизированные станции контроля. укомплектованные метеодатчикалн автоматическим и-газоанализаторами вредных веществ:

- количество станций зависит от требуемой тчиости определения и площади, I ко трои контролируется эа|рншенис воздуха:

- передача информации от сети станции контроля к .центральной стаиш осу шее шляется по каналам связи (желательно по каналам ралиосвжп)

Структурная схема авюматизированной системы экологического мониюриша управления выбросами вредных веществ на А1Т1К представлена на рисунке 3.

В системе,»экологического мониторинга можно выделить несколько основнь блоков:

-ннфомашшнио-нзмернтельиый блок, представляющий собой совокупное источников информации об экологическом состоянии воздушной среды:

- центра мониторинга, обеспечивающего решение всего комплекса задач сбор накопления, обрабожн и передачи мониторшновой информации:

- подсистемы передачи данных, предназначенной для передачи информаци считываемой с датчиков измерения концентраций вредных веществ в атмосфере мс1солагшков. расположенных па станциях кошро'м. до аппарагуры обработки >п информации в цен тре мониторинга.

В результате проведенного анализа произведен выбор и описание необходим! технических средств для реализации двухуровневой системы управления процесс! загрязнения.

Центр мониторинга

Рнс.З. Структурная схема автоматизированной системы экологического мониторинга и управления выбросами вредных веществ на АГПК.

На нижнем уровне системы располагаются датчики для измерения концентрат! различных газов и метеопараметров и их предварительная обработка. Прнншшиальн новым является использование в автоматизированной системе экологическот мониторинга и управления датчиков производства фирмы MBL Environmental Svsten (для измерения концентраций сероводорода, окислов азота, диоксида серы, оксндс углерода, углеводородов в атмосфере). Для определения меркаптанов предлагаете использовать портативный полупроводниковый анализатор Odor monitor sensidyne.

Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьюте{ IBM PC., в состав программно-математического обеспечения которого входят пакетт реализующие обработку и представление текущего экологического состоят воздушной среды для всех точек контроля в виде таблиц, графиков, номограмм. Свя: между подсистемами верхнего и нижнего уровня осуществляется по канала радиосвязи. Использование радиосвязи, но сравнению с телефонной кабельной сняты* является наиболее надежным и экономически выгодным, в связи с тем. что расстоят между станциями контроля и центральным пунктом может достигать более 30 к; Подсистема передачи данных включает комплекты приемо-передаюшеи аппарату ры i каждой станции контроля и центральном пункте и с ее помощью осуществляет« двухсторонняя связь в системе.

И третьей главе говорилось, что процесс зшряэнення поиушнон сред иредскишясг собой единую жолого-экономическую систему ('ледопл ic.ii.ii эффективность таких систем определяется как сумма дв\х различных по форма проявления эффектов, достигаемых посредством производственно-хозяйственнс лея тел i, пост человека (результата взаимодействия производства и окружающей сред! - жоло| нчсского и экономического.' Удовлетворяя требованиям экономики и жолоп данный критерий может быть выражен либо как максимизация эколого-экономнческс эффективности, либо как минимизация приведенных эколого-экономическнх затра Таким образом, необходимо, чтобы затраты f на предотвращения >агря тения i вызывали снижения эффективности самого предприятия, поскольку чрезмерный ро< затрат на автоматизированную систему экологического мониторинга может привести экономической нерентабельности предприятия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Проведен анализ задач экологического мониторинга и математических моделей распространения загрязнения в воздушной среде. Показано, что каждый вид математической модели имеет узкую направленность и ограниченную область применения, зависимую от ряда многочисленных факторов в первую очередь, от метеорологических.

2. Анализ условий эксплуатации системы экологического мониторинга для промышленного предприятия показал, что математическое обеспечение системы не может основываться только на одном из известных видов математических моделей переноса загрязнения в воздушной среде от высотных источников. По этой причине предложена комплексная модель распространения злгрязпсиин а воздухе, позволяющая в зависимости от различных условий функционирования предприятия, видов прогнозирования и метеоусловий использовать ту или иную составляющую комплексной модели или их совместное использование. При этом в работе предложены некоторые формальные алгоритмы, которые автоматически формируют модели для конкретных условий эксплуатации.

3 Разработаны алгоритмы с использованием известных видов математических моделей распространения загрязнения в воздухе для высотных источников, эмпирической модели, диффузионной модели "факела " и модели нелинейной рорессии Проведены расчеты для определения концентрационных полей загрязнения атмосферы во времени и пространстве Разработанная методика расчета рассеивания загрязняющих веществ позволяет

определить концентрацию вредных веществ в заданных точках пространства при неблагоприятных условиях выброса. рассчитывать величину начального подъема факела и предельно допустимый выброс промышленного предприятия.

■4. Предложены принципы и методы создания систем экологического мониторинга и управления качеством воздушной среды. Сформулирована задача оптимизации процесса загрязнения атмосферы, для решения которой показана необходимость использования декомпозиционного подхода, реализуемого в иерархических системах управления

5. В качестве одной из основных задач создания автоматизированных систем экологического мониторинга и управления загрязнением воздуха в работе

рассматривается задача оптимального размещения станций оперативною контроля экологической обстановки в районе расположения промышленных предприятий и предложены методы ее решения.

6. Предложен вариант технической реализации автоматизированной системы экологического мониторинга н управления загрязнением воздушной среды. Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC, на нижнем уровне системы располагаются датчики производства фирмы MBL Environmental Systems для контроля концентраций сероводорода, окислов азота, оксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Для определения меркаптанов предлагается использовать портативный анализатор запахов Odor Monitor. Связь между подсистемами верхнего и нижнего уровня осуществляется по каналам радиосвязи.

1. Володин Ü.M.. Mалннипя H.A. Методы математическом) моделирования н экологии. В сб. Математические методы в химии и химической технологии Тез.докл. IX Международной конференции. Тверь. 1995.

2.-Пополни U.M.. Милнштл II.Л. Оптимальное рашентенне источников iipe.Tiii.iv выбросов в атмосферу. В сб. Математическое методы в химии и химическое технологии. Тез. докл. IX Международной конференции. Тверь. 1995.

Л. Володин В.М.. Ma лишит H.A. Автоматизированная система ikoîiocнческогг мониторипта. В сб. Мнкрошеюроннка и информантка - 9<> Icinci.i ток la.ioi Межвузовской научно-технической конференции. MIDI'. M.. I99(i.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

t

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ основных направлений моделирования загрязнения воздуха.

1.1. Классификация моделей распространения загрязняющих веществ.

1.2. Модели диффузионного типа.

1.3. Модели, основанные на решении уравнения сохранения масс.

1.4. Модели замкнутых элементов.

1.5. Статистические модели.

1.6. Система автоматизированного экологического мониторинга и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. Построение математической модели распространения загрязнения атмосферы и анализ результатов расчета.

2.1. Анализ источников загрязнения на предприятиях газовой промышленности.

2.2. Влияние метеусловий на распространение вредных примесей в атмосфере.

2.3. Этапы построения математической модели загрязнения в атмосфере.

2.4. Комплексная математическая модель распространения вредных токсичных веществ в воздухе.

2.5. Алгоритм расчета по комплексной модели.

2.5.1. Алгоритм расчета по эмпирической составляющей. модели

2.5.2. Алгоритм расчета по диффузионной составляющей модели.

2.5.3. Алгоритм расчета по статистической составляющей.

2.5. Качественные выводы по результатам расчета.

ГЛАВА 3. Разработка локальной автоматизированной системы экологического мониторинга и управления загрязнением атмосферы.

3.1. Системное представление проблемы загрязнения атмосферного воздуха.

3.2. Описание процесса загрязнения атмосферы как объекта управления.

3.3. Структура автоматизированной системы экологического мониторинга.

3.4. Решение задачи управления процессом загрязнения атмосферы методом явной декомпозиции.

3.5. Оптимальное размещение станций контроля.

ГЛАВА 4. Основные этапы технической реализации экологической системы мониторинга и управления.

4.1. Обоснование необходимости создания автоматизированной системы экологического мониторинга и управления на АГПК.

4.2. Автоматизированная система мониторинга загрязняющих веществ.

4.2.1. Информационно-измерительная подсистема.

4.2.2. Центр мониторинга.

4.2.3. Подсистема передачи данных.

4.3.Техническая реализация системы мониторинга и управления загрязнением воздушной среды в районе расположения АГПК.

4.4.Оценка эффективности системы экологического мониторинга.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В условиях научно-технического прогресса значительно усложнились взаимоотношения общества с природой. Человек получил возможность влиять на ход естественных процессов, не прогнозируя обычно возможных экологических последствий антропогенной нагрузки [1]. Особую опасность при этом представляют загрязнения атмосферы воздуха. Оно оказывает влияние на жизнь миллионов людей, особенно тех, которые проживают в больших индустриальных городах. Загрязнение естественной среды с течением времени нарастает и при ограниченных возможностях восстановления в настоящее время приближается к опасному состоянию насыщения.

Выброс вредных веществ в окружающую среду - явление сложное, не ограничивающийся сбрасыванием отходов в реку или выбросом дымов в атмосферу из заводских труб. Все загрязняющие вещества, выбрасываемые человеком в атмосферу, не остаются на месте и перемещаются воздушными потоками на значительные расстояния. Скорость и направление их движения определяются соответствующими метеорологическими условиями . При этом во время переноса между компонентами примесей, водяными парами происходят различные химические и фотохимические реакции, в результате чего часто выпадают кислотные дожди, образуются новые канцерогенные вещества, отрицательно воздействующие на окружающую среду и человека.

Дальнейшее ухудшение состояния экологических систем может привести к необратимым процессам, к экологическому кризису, т.е. такому состоянию окружающей среды, при котором она станет не пригодной для жизни человека. В этой связи представляется особенно важным изучение механизма переноса загрязняющих веществ и прогнозирование последствий выбросов вредных веществ промышленными предприятиями.

Наиболее распространенными загрязнителями атмосферы являются производные углерода и серы, хлора, окиси азота, галогены, пыль, аэрозоли.

Газы составляют 70% общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ. Газообразные примеси часто растворяются в воде и поглощаются почвой, впоследствии чего они трансформируются растениями и микроорганизмами. Твердые вещества, находящиеся в воздухе, также рано или поздно тоже достигают поверхности Земли [2].

Существует тесная связь между загрязнениями атмосферы и климатическими факторами: рельеф, направление ветра, солнечная радиация, количество осадков существенно влияют на интенсивность загрязнения воздуха.

Непосредственное изучение природных и антропогенных систем и происходящих в них сложных взаимосвязанных процессов затруднительно, требует длительного времени и крупных материальных затрат, а в условиях действующего производства порой просто невозможно. Поэтому необходимо исследовать подобные процессы и явления на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают определенные свойства системы.

Важнейшим и перспективным направлением изучения систем и процессов любой сложности являются многофакторные математические модели. Уравнения модели и вводимые ограничения позволяют имитировать поведение экологической системы в различных условиях функционирования.

Развитие методов математического моделирования процессов переноса и диффузии примесей, определение количественного влияния их на различные объекты природы позволяет по-новому ставить задачи контроля и управления химико-технологическими процессами с учетом оценки стоимости возможного ущерба наносимого природе и человеку. В области экологии наиболее эффективно осуществляется математическое моделирование физических процессов, в частности, аэродинамических и диффузионных процессов в атмосфере. Эти процессы наиболее полно поддаются формализации, их математическое описание позволяет получить вполне адекватные реальные модели [3]

В настоящее время сложилось два подхода к снижению уровня загрязнения окружающей среды: технологический и кибернетический. Сущность первого заключается в изменении производственных процессов и сводится к разработке малоотходных и безотходных технологий. Сущность второго состоит в управлении эмиссионной активностью основных источников загрязнения воздуха путем ряда организационно-технических мероприятий, направленных на снижение выбросов промышленными предприятиями в период неблагоприятных для рассеивания метеоусловий [4].

К числу предприятий, особо нуждающихся в обязательном контроле состава газовых выбросов и состояния окружающей атмосферы, относятся предприятия химической, нефтяной и газовой промышленности. В первую очередь опасность представляют технологические и аварийные выбросы вредных природных газов и продуктов их переработки.

По мере развития газовой промышленности все в большой мере начали проявляться негативные моменты, связанные с ее воздействием на окружающую среду. В условиях наращивания мощности по добыче, транспортировке и распределению газа решение экологических вопросов отодвигалось на второй план. Это поставило, в настоящее время, перед газовой отраслью сложные экологические проблемы, требующие незамедлительного и дорогостоящего решения. На карте размещения объектов газовой промышленности появились "болевые точки". Первые из них регионы - Оренбургского и Астраханского газовых комплексов [ 5 ].

Астраханский газоперерабатывающий комплекс (АГПК), на котором завершается строительство второй очереди, удостаивается самого пристального внимания с точки зрения экологической обстановки. Он добывает и перерабатывает природный газ, содержащий до 25% сероводорода. К наиболее вредным и экологически опасным выбросам относятся на АГПК относятся H2S, NOx, СО, S02, HnCm, меркаптаны. Среди этих веществ следует выделить сероводород и меркаптаны, которые ядовиты и обладают сильным неприятным запахом, при этом особенно велика чувствительность человека к метилмеркаптану. Оксиды азота и серы являются главной причиной образования вредоносных кислотных дождей и туманов. Монооксид углерода и углеводороды участвуют в различных фотохимических реакциях в атмосфере, нарушая озон-кислородное равновесие и способствуют эффекту потепления атмосферы.

В период освоения первой очереди в работе АГПК выявились серьезные недостатки, обусловленные низким качеством строительно-монтажных работ, ненадежным энергоснабжением, производственными дефектами отдельных видов оборудования. Имели место частые остановки производства, залповые выбросы вредных веществ в атмосферу, многочисленные случаи превышения максимальных разовых предельно-допустимых концентраций по сероводороду и сернистому ангидриду в населенных пунктах, расположенных в 8-километровой зоне.

С целью снижения степени воздействия газового комплекса на окружающую среду до допустимого уровня были приняты меры по повышению надежности его эксплуатации, в том числе: повышена надежность внешнего энергоснабжения, выполнены ремонт и реконструкция установок получения серы.

На Астраханском газоперерабатывающем комплексе (АГПК) с 1987г. эксплуатируется система контроля загрязнения атмосферы близлежащих населенных пунктов от высотных источников газоперерабатывающего завода, разработанная французской фирмой Technip.

В результате принятых мер с 1990 года в районе Астраханского газоперерабатывающего комплекса наметилась тенденция к улучшению экологической обстановки. На комплексе обеспечивается снижение валовых выбросов вредных веществ в атмосферу при наметившемся наращивании объема производства. В 1988 году валовые выбросы составили 362 тыс.т при производстве серы 1506,8 тыс.т, а в 1994 году - 58 тыс. т при производстве серы 1368,0 тыс.т.

Однако в настоящее время эта система физически и морально устарела. Кроме того, как показал опыт ее эксплуатации, одной из причин ее ненадежности является частое повреждение телелиний связей между локальными станциями и диспетчерским пунктом.

При разработке современных систем экологического мониторинга возникает ряд научных проблем, связанных: с разработкой эффективных систем моделирования распространения загрязняющих веществ в воздушной среде, пригодных для использования в реальном масштабе времени в автоматизированных системах экологического мониторинга; оптимальным проектированием структуры и математического обеспечения системы экологического мониторинга; обоснованным выбором технических средств контроля и переработки информации, особенно при возникновении критических экологических ситуаций. Все эти проблемы рассматривались в большом числе работ, но вместе с тем далеки от завершения, особенно применительно к локальному мониторингу предприятий химической и нефтегазовой промышленности.

В настоящей работе предлагается рассматривать указанные проблемы применительно к конкретному предприятию - Астраханскому газоперерабатывающему комплексу.

Целью работы является - разработка методики построения эффективной математической модели распространения загрязнений в атмосфере отвечающей условиям реального объекта, и пригодной для использования в системе экологического мониторинга для краткосрочного прогноза и управления качеством воздуха; реализация указанных моделей применительно к компьютерной системе экологического мониторинга и выбор оптимальной структуры системы.

Основной материал работы изложен в четырех главах. В первой главе проводится анализ основных направлений моделирования процесса распространения загрязнения воздушной среды, изложенный в трудах отечественных и зарубежных авторов. Определены цели и задачи дальнейшего исследования.

Решение задачи оперативного мониторинга и управления качеством воздушной среды ограничивается возможностью проведения эксперимента на реальном объекте. Сложность как технологического процесса, так и процессов, происходящих в атмосфере, приводит к необходимости построения математической модели, отражающей процессы внутри объекта управления.

В связи с вышесказанным материал второй главы содержит вопросы, посвященные разработке математического описания процесса распространения вредных веществ в атмосфере, выбрасываемых предприятиями газовой промышленности, исследованию сложного экологического процесса как объекта моделирования. Рассмотрены факторы, влияющие на распространение выбросов. Проведен сравнительный анализ результатов вычислений по различным математическим моделям загрязнения воздуха. Приведены результаты численных экспериментов по комплексной модели распространения вредных веществ в атмосфере, в широком диапазоне изменения метеоусловий, на примере Астраханского газоперерабатывающего комплекса.

Третья глава посвящена содержательному описанию проблемы загрязнения воздушной среды. Рассмотрены методы улучшения качества воздуха, среди которых контроль и оперативное управление загрязнением воздушного бассейна. В результате анализа этих методов сделан вывод о необходимости разработки локальной автоматизированной системы экологического мониторинга и управления загрязнением атмосферы на АГПК и близлежащих районах. Предлагается системное описание процесса загрязнения атмосферы вредными веществами как объекта управления, анализируются его особенности и формулируется в общем виде задача оптимального управления. Обоснована необходимость использования многоуровневых иерархических систем.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с реализацией автоматизированной системы экологического мониторинга и управления процессом загрязнения атмосферы вредными веществами выбрасываемыми АГПК. Приведены основные технические решения для реализации предлагаемой системы управления на базе распределенного вычислительного комплекса.

В заключении работы сформулированы ее основные результаты.

Научная новизна результатов работы, представляемых к защите, заключается в следующем:

- проведен сравнительный анализ существующих математических моделей распространения загрязнения в воздушной среде и на основе вычислительного эксперимента показана ограниченность применения отдельных моделей для автоматизированных систем экологического мониторинга;

- предложена комплексная модель распространения загрязнения в воздухе, основанная на использовании различных типов известных моделей, отличающихся достаточно простой реализацией и ограниченным объемом необходимой информации для прогнозирования распространения загрязнения; сформулирована задача оптимального управления процессом загрязнения атмосферы вредными веществами, выбрасываемыми промышленными предприятиями и предложены ее решения на основе методов декомпозиционного управления;

- предложена и обоснована многоуровневая иерархическая система управления процессом загрязнения атмосферы и разработан алгоритм определения оптимального числа станции контроля с учетом уровня загрязнения атмосферы вредными выбросами промышленного комплекса;

- на основе вычислительных экспериментов решена задача оптимального управления процессом загрязнения атмосферы, позволяющая в зависимости от характеристик источника выброса, условий проведения процесса и разработанной системы экологического мониторинга при минимальных затратах, получить максимально возможный выход продукции и обеспечение своевременного предупреждения об опасных уровнях загрязнения воздушной среды вблизи промышленного предприятия.

Практическая ценность результатов работы:

- разработаны и реализованы алгоритмы, позволяющие на основе комплексной модели рассчитывать: концентрации вредных веществ, содержащихся в выбросах газоперерабатывающего завода, в различных точках пространства; максимальную приземную концентрацию и расстояние до точки, где она наблюдается; выявлять неблагоприятные сочетания условий выброса и различных метеорологических факторов;

- предложены и реализованы алгоритмы для расчета концентрационных полей сероводорода и других загрязняющих веществ, выбрасываемых АГПК;

- разработан пакет программ управляющей подсистемы, который позволяет моделировать процесс загрязнения атмосферы выбросами Астраханского газоперерабатывающего комплекса;

- разработана структура автоматизированной системы экологического мониторинга применительно к крупному газоперерабатывающему комплексу. Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC, на нижнем уровне системы располагаются датчики производства фирмы MBL Environmental Systems для контроля концентраций сероводорода, окислов азота, оксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Для определения меркаптанов предлагается использовать портативный анализатор запахов Odor Monitor. Связь между подсистемами верхнего и нижнего уровня осуществляется по каналам радиосвязи.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры "Информатика и компьютерные сиситемы" Московской Государственной академии химического машиностроения и директору Государственного инженерного центра комплексной автоматизации Смирнову В.Н. за предоставленные материалы и помощь в работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Проведен анализ задач экологического мониторинга и математических моделей распространения загрязнения в воздушной среде. Показано, что каждый вид математической модели имеет узкую направленность и ограниченную область применения, зависящую от ряда многочисленных факторов в первую очередь, от метеорологических.

2. Разработаны алгоритмы с использованием известных видов математических моделей распространения загрязнения в воздухе для высотных источников: эмпирической модели, диффузионной модели "факела " и модели нелинейной регрессии. Проведены расчеты для определения концентрационных полей загрязнения атмосферы во времени и пространстве . Разработанная методика расчета рассеивания загрязняющих веществ позволяет определить концентрацию вредных веществ в заданных точках пространства при неблагоприятных условиях выброса, рассчитывать величину начального подъема факела и предельно допустимый выброс промышленного предприятия. На основе результатов расчета сделаны выводы о максимальной концентрации вредных веществ наблюдаемой на некотором расстоянии от источника выброса и зависящей от метеорологических условий; об опасной скорости ветра, при которой приземная концентрация загрязняющих веществ будет наибольшей.

3. Анализ условий эксплуатации системы экологического мониторинга для промышленного предприятия показал, что математическое обеспечение системы не может основываться только на одном из известных видов математических моделей переноса загрязнения в воздушной среде от высотных источников. По этой причине предложена комплексная модель распространения загрязнения в воздухе, позволяющая в зависимости от различных условий функционирования предприятия, видов прогнозирования и метеоусловий использовать ту или иную составляющую комплексной модели или их совместное использование. При этом в работе предложены некоторые формальные алгоритмы, которые автоматически формируют модели для конкретных условий эксплуатации.

4. Предложены принципы и методы создания систем экологического мониторинга и управления качеством воздушной среды. Разработаны принципы управления загрязнением воздушного пространства, т.е. определение и вычисление факторов, влияющих на уменьшения выбросов промышленных предприятий.

5. Показана необходимость использования декомпозиционного подхода, реализуемого в иерархических системах управления, для решения задачи оптимизации процесса загрязнения атмосферы вредными токсичными веществами, которая характеризуется большой размерностью и сложной структурой.

6. При определении структуры экологической системы мониторинга и управления сформулирована задача оптимизации, для решения которой используют метод явной декомпозиции. На примере процесса получения серы из сероводорода показано, что минимальная концентрация диоксида сера в выбрасываемых газах будет наблюдаться при максимальном выходе серы в процессе.

7. В качестве одной из основных задач создания автоматизированных систем экологического мониторинга и управления загрязнением воздуха в работе рассматривается задача оптимального размещения станций оперативного контроля экологической обстановки в районе расположения промышленных предприятий и предложены методы ее решения.

8. Предложен вариант технической реализации автоматизированной системы экологического мониторинга и управления загрязнением воздушной среды. Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC, на нижнем уровне системы располагаются датчики производства фирмы MBL Environmental Systems для контроля концентраций сероводорода, окислов азота, оксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Для определения меркаптанов предлагается использовать портативный анализатор запахов Odor Monitor. Связь между подсистемами верхнего и нижнего уровня осуществляется по каналам радиосвязи.

1. Ласкорин Б.Н.,Балецкий О.Ф., Сенин В.Н. Технический прогресс- химия -окружающая среда. М., "Химия", 1979.

2. Воробьев Е.И. Модели состояния окружающей среды распространения вредных примесей в атмосфере. М., 1982.

3. Математическое моделирование процессов загрязнения на объектах горной промышленности. -М., 1991, 88с.

4. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л., Гидрометиздат, 1975.

5. Петров П.А. Материалы конференции " Выход из кризиса: экологические проблемы России и возможные их решения ", М., март 1995, с.50-55.

6. Попов Н.С., Бодров В.И., Перов В.Л. Основные направления в моделировании загрязнения воздушного бассейна за рубежом. Химическая промышленность за рубежом, 1982, №6.

7. Pasquill F. Atmosferic Diffusion. N.-Y.: Ellishorwood Ltd, 1974.

8. Seinfeld J.H. et al. Simulation Urban Air pollution. Photochem. Smog and Ozone Reaction. Los Angeles, California, 1971, p. 58-100.

9. Air Pollution / Ed. By A.S.Stern N.-Y., Academic Press, 1976 , У. 1, p.314.

10. Ю.Вельтищева H.C. Методы моделирования промышленного загрязненияатмосферы. ВНИИгидромет.информации, Обнинск, Мировой центр данных, 1975.

11. Метеорология и атомная энергия. Под ред. Слейда Д.Л. Гидрометиздат, 1971.

12. Sawaragi Y., Iceda S. Identification Methods in Environmental Pollution Problems./IFAC- Symp. on Identification . Tbilisi, 1976, pp 169-189.

13. Анохин Ю.А., Остромогильский A.X. Математическое моделирование и мониторинг окружающей среды.- Обнинск, 1978, 38с.

14. Марчук Г.И. К проблеме охраны окружающей среды,- Новосибирск, 1977, вып. 43.

15. Turner D.B. Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates./ EPA Office of Air Progr. Research Triangle Park. North Carolina, 1970.

16. Бызова Н.Л. Методическое пособие по расчету рассеивания примеси в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным.-М.: Гидрометеоиздат, 1973 -46с.

17. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы,- Л., Гидрометеоиздат, 1975.

18. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды.-М.: Наука, 1982- 320с.

19. Jost D., Gutsche В. International Trends in stardartization of Air Pollutiontb

20. Modeling and its Application./ 4 Int.Clean.Air Congress. Tokyo, 1977,pp-261-266.

21. Ragland K.W. et al. Boundary layer Model for transport of Urban Air Pollutants. /AIChE.Symp.Ser., № 165, 1977.

22. Wayne L.G. et al. Modelling photochemical smog on a computer for decisionmaking./!, Air pollution control Assoc., 1971, p.330-334.

23. Reiquam H. An atmosferic transport and accumulation model for air shelds.-Atm.Env., 1970,№4,p.334-340.

24. Reiquam H. Preliminary trial of a box model in the Oslo airshed.- Proc. 2nd Int.Clear Air Congr.,1970, Washington, 1971, ppll31-1135.

25. Gronsky K.E. A simulation of the short-termovariation in the sulphur dioxside concentration in Oslo during inversion.-VDI Berlin, №200, p. 149-156.

26. Mac-Cracen M.C. / Studing the trasport transformation and the fate of atmosphere energy related pollutants. D.C.Washington, 1980.

27. Nordlund G. A particle-in-cell Method for callulating Logrange Transport of Airborne Pollutants./ Techn.Report, №7,sept., 1973.

28. Попов H.C., Перов B.JI. и др. Оперативный прогноз загрязнения воздуха на основе авторегрегрессионных моделей. Химическая промышленность за рубежом, 1985, №11.

29. Драйпер Н., Смит Т. Прикладной регрессионный анализ. М., 1973.

30. Morita Т. et al. Use of GMDH for Estimation of Regional Air Quality. /Env.Syst.Plan.,Design, and Control Pergamon.Press, IF AC, 1977,pp 197-204,381-388.

31. Tamura H., Kondo T. /Env.Syst.Plan.,Design, and Control Pergamon.Press, IFAC, 1977,pp373-380.

32. Назаров И.М. Загрязнение атмосферы как экологический фактор. М., Гидрометиздат, 1978.

33. Liu C.Y., Goodin W.R. A Two-Dimensional Model for the transport of pollutants in an Urban Basic. AIChE Symp.Ser., 73, № 165, 1977.

34. Lukas D. The atmospheric pollution of cities. Int. J. Air Pollution, 1959, № 1, p.71-84.

35. Briggs. Plume rise USA EC. Division of Tech. Information extension. 1969, p.76.

36. Берлянд M.E. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1985, 272с.

37. Gifford. Turbulent diffusion typing schemes: a review. - Nuclear Safety, v.17, №1, p.25-43.

38. Hanna S.R. A simple method of calculating dispersion from Urban Area sources/ Journal Air pollution Assoc., 1971, № 21, p.774-777.

39. Бородюк В.П., Лецкий Э.Г. Статистичекое описание промышленных объектов. М., 19151.

40. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М., Мир, 1973.

41. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды. М., 1979.

42. Бородюкв.п. Статистическое описацые промышленных Объектов. М, , 22>Чс.

43. Немировский А.С., Юдин Д.Б. Сложность задач и эффективность методов оптимизации. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979, 384с.

44. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 560с.

45. Берлянд М.Е. Состояние и пути совершенствования нормирования, контроля и прогноза загрязнения атосферы, АНСССР. Препринт №59, М., 50с.

46. Методические указания по прогнозу загрязнения воздуха в городах. Л., Гидрометиздат, 1979.

47. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М., Химия, 1972.

48. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1976, 464с.

49. Балакирев B.C., Володин В.М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии. М., Химия, 1987, 368с.

50. Декомпозиция в задачах большой размерности. В.И. Цурков. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981, 352с.

51. Артамонов А.Г., Володин В.М., Авдеев В.Г. Математическое моделирование и оптимизация плазмохимических процессов. М.: Химия, 1989, 224с.

52. Безуглая Э.Ю., Клинго В.В. О структуре поля концентраций примесей в городском воздухе. Труды ГГО. 1973, Вып. 293, с.31-45.

53. Оптимизация пространственной структуры сети наблюдений при контроле загрязнений атмосферы города. / А.Н. Ясенский, В,К. Боброва и др./ Труды ГГО, 1987, Вып.492, с. 13-32.

54. Шпилевская Т.С., Примак А.В. Методика размещения контрольно-замерных станций в системах контроля загрязнения воздуха // Автоматизация контроля и прогнозирование загрязнение воздуха: Материалы IV Всесоюзной конференции, Киев, 1985, с.48-56.

55. Метод оптимизационного размещения сети КЗС при контроле загрязнения воздуха промышленного города. / А.И.Гладских, Ю.В.Козлов и др.// Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения, 1981, Вып.7, с. 16-24.

56. Бщобр. H.J. u Э^сперцменюльыые исслеро-баныя атмоссрериой ^cpcpyjnn И расчеты рас-сея ни* примеси. М.: Щромегеоизолт 499</ьоЩхе в родных веществ содержащихся \ Г s предприятий ою-к /гг^Т 4 ььыдроелх • и *ь Jt • ("Ърометеои@Ат №4 92с