автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Принятие решений в экспертной системе производственного экологического мониторинга Северо-Европейского газопровода

На правах рукописи

БАБЕНКО Алексей Владимирович

ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ В ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СЕВЕРО ЕВРОПЕЙСКОГО ГАЗОПРОВОДА

05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова".

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Ярыгин Геннадий Андреевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кузин Рудольф Евгеньевич

кандидат технических наук Лукьянов Олег Викторович

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела -Межотраслевой научный центр ВНИМИ"

Защита состоится " 21 " " июня " 2005 года в 12.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова.

Реферат разослан " 22 "" мая " 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук

Бурляева Е.В.

1т-ч

ЧоЧЦ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из важнейших проектов ОАО "Газпром" в настоящее время является проект строительства "Северо-Европейского газопровода" (СЕГ), газотранспортной системы из России в Европу через акваторию Балтийского моря. Реализация проекта решить целый ряд проблем, связанных с транзитом российского газа в Западную Европу через третьи страны, обеспечивая возможность оперативного маневрирования потоками газа. Проект СЕГ имеет высокую экономическую значимость, позволяет улучшить российский внешнеторговый баланс и во многом определяет дальнейшее положение российского газа на европейском газовом рынке в целом, что ставит реализацию проекта в сферу основных геополитических интересов России. Проект предусматривает строительство линейной части газопровода по направлению Грязовец - Бабаево - Волхов - район г. Выборга, 7-ми компрессорных станций и комплекса сопутствующих объектов (см.рис.1).

В соответствии с российским природоохранным законодательством и действующими нормативно-правовыми документами в целях обеспечения экологической безопасности в зоне возможного влияния объектов СевероЕвропейского газопровода на участке Грязовец - Выборг на всех этапах реализации проекта будет осуществляться производственный экологический мониторинг.

Проведение производственного экологического мониторинга позволит контролировать воздействие объектов транспорта газа на различные компоненты природной среды и на этой основе осуществлять природоохранные мероприятия, а также своевременно предотвращать или локализовать негативное воздействие опасных природных и природных процессов.

Для обеспечения оперативного и надёжного контроля состояния и загрязнения различных компонентов природной среды на объектах СевероЕвропейского газопровода на участке Грязовец-Выборг предусматривается создание постоянно-действующей системы Автоматизированной Системы Экологического Мониторинга (АСЭМ).

При строгом соблюдении всех технологических норм производства и надлежащем состоянии систем автоматизации и контроля промышленные выбросы объектов магистрального газопровода не превышают санитарные правила и нормы охраны поверхностных и подземных вод и атмосферного воздуха. К сожалению, даже для достаточно надежного магистрального газопровода не исключена опасность аварий и отказов оборудования, которые имеют значительные экологические последствия. Эти обстоятельства заставляют отойти от принятых в настоящее время концепций создания АСЭМ промышленных предприятий, когда экологический мониторинг ограничивается лишь фиксацией параметров окружающей среды и реализовать в системе возможности оперативного принятия решений по оценке и ликвидации экологических последствия аварий на СЕГ. ■ ■ ■

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

В последние годы всё более широкое распространение получает представление о том, что реализация подсистемы под держки принятия решений в АСЭМ возможна только с использованием экспертных систем с элементами искусственного интеллекта, так как прогнозирование экологической ситуации, особенно при крупномасштабных авариях, основано на использовании интуитивных процедур и информации, которая в своем большинстве является неполной, не совсем точной, а иногда и недостоверной. Это означает, что выработка и принятие решений в АСЭМ магистрального газопровода требует разработки экспертных моделей принятия решений, позволяющих накапливать знания и данные об экологической ситуации с возможностью прогноза ее развития и анализа последствий принятых решений.

Цель работы: разработать функциональную структуру, методы и модели принятия решений для экспертной автоматизированной системы производственного экологического мониторинга Северо-Европейского газопровода, позволяющей на основе формализованных процедур оперативно принимать решения адекватно изменяющейся экологической ситуации. Цель и идея работы определили следующие задачи исследований:

• Исследовать современное состояние окружающей природной среды и оценить экологическое воздействие Северо-Европейского газопровода на атмосферный воздух, поверхностные водные объекты и гидросферу и воздействие объекта в нормальных и аварийных ситуациях.

• Разработать систему производственного экологического мониторинга СЕГ, включая формулировку общих требований к проведению производственного экологического мониторинга на этапах проектирования, строительства и эксплуатации на основе постоянно-действующей автоматизированной системы АСЭМ.

• Разработать функциональную структуру и методы построения экспертной системы принятия решений при экологическом мониторинге на примере СЕГ на основе предложенной формальной модели принятия решений в экспертных системах.

• Разработать методы принятия решений в системе экологического мониторинга СЕГ по снижению воздействия уровня шума воздушной компрессорной и строительной техники на основе инженерных решений и системы предохранительных мероприятий.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Разработанная методика системного подхода к исследованию и оценки экологического воздействия Северо-Европейского газопровода на состояние окружающей природной среды, включая воздействие на атмосферный воздух, поверхностные водные

.. рбъекты и гидросферу, которые показали, что при выполнении ' х«некоторых требований к проекту СЕГ воздействие газопровода на > Э1ЛЙ1б'гИЮ региона находится в допустимых законом пределах.

• Разработанная методика синтеза структуры автоматизированной системы экологического мониторинга (АСЭМ), предназначенной для сбора измерительных данных, интегрированной обработки, системного анализа этих данных, распределения результатов мониторинга между пользователями и поддержки принятия решений должностными лицами.

• Разработанный подход к построению экспертной динамической системы принятия решений при экологическом мониторинге газопровода на основе использования, предложенной в диссертации формальной модели принятия решений как последовательности действий, осуществляемых при помощи сегментированной многофункциональной базы знаний, представленной продукционной моделью.

• Разработанная система принятия решений в АСЭМ СЕГ, содержащая алгоритмы принятия решений по снижению уровня шума воздушной компрессорной и строительной техники, создаваемых в результате суперпозиции шумовых полей основных источников.

Практическая значимость работы заключается в результатах:

• расчетного определения параметров выбросов от каждой КС с учетом количества работающих газотурбинных установок, их типа и мощности, а также объёмы и характер трансформации оксидов азота в атмосфере.

• оценки величин приземных концентраций этих примесей в окрестности предприятий СЕГ, полученных на основе применения нормативной методики ОНД-86.

• предложенной в работе многоэтапной процедуры расчётов уровней шума на территории ВКС, эквивалентных уровней шума на рабочих местах и параметров акустических экранов, обеспечивающих снижение уровня шума до допустимых пределов.

• оценки эффективности возможных мероприятий по снижению шума до нормативного уровня, закладываемых в проект ВКС для жителей близлежащих населенных пунктов как в дневное, так и в ночное время.

Методы исследований базируются на концепциях современного системного подхода к анализу проблем проектирования сложных социально-технических систем и их влияния на экологию регионов, на основных принципах структурно-функционального анализа и декомпозиции сложных систем, теории баз данных, теории экспертных систем, инженерных методов анализа акустического воздействия шума.

Обоснованность и достоверность полученных результатов:

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы:

• корректным использованием идей и методов системного анализа при структуризации проблемы исследования влияния на экологию регионов проекта СЕГ;

• результатами корректного использования методов и средств контроля и прогноза загрязнений окружающей среды объектами магистрального газопровода;

• сопоставимостью результатов теоретических расчетов режимов уровней шума на территориях, прилегающих к ВКС с экспериментальными данными.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на:

• совещании по вопросам новых технических решений при проектировании объектов транспортировки газа, г. Минск, 2001 г.

• научно-техническом совете ООО "Тюментрансгаз", по вопросу "Система производственного экологического мониторинга ООО "Тюментрансгаз", 2004г.;

• научном семинаре Санкт-Петербургского горного института в рамках форума "ТЭК России" в 2004 г.;

• на заседаниях секции автоматизации НТС ОАО "Газпром" в 2002-2004 г.г.;

• на секции "Производственый экологический мониторинг" Международной Деловой Встречи "Диагностика-2003";

• на семинарах по экологическому мониторингу в ДИЭМ, МГГУ в 20002005 гг.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 работ. Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 118 страницах, включая библиографию из 49 источников, 23 рисунка и 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы рассматривается состояние окружающей природной среды в районе расположения объектов газопровода и оценка экологического воздействия Северо-Европейского газопровода. Даётся климатическая характеристика района. Отмечается, что трасса проектируемого участка газопровода на значительном ее протяжении пролегает в одном коридоре с уже существующей на участке Грязовец-Выборг системой газопроводов и компрессорных станций и проходит, как правило, в стороне от населенных пунктов Вологодской и Ленинградской областей, расстояние до ближайших из которых составляет от 0,8 до 5-7 км и более.

На рассматриваемом участке проектируемого газопровода для обеспечения его нормальной работы предполагается строительство 7-ми компрессорных станций (КС), являющиеся одними из основных объектов, загрязняющих воздух. В работе выполнены расчёты максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу источниками КС. Общая оценка воздействия объекта на атмосферный воздух

предусматривала проведение расчетов загрязнения атмосферы на основе исходных данных о параметрах выбросов вредных (загрязняющих) веществ основных источников загрязнения атмосферы, которыми являются 7 КС: Грязовецкая, Шекснинская, Бабаевская, Пикапевская, Волховская, Елизаветинская и Портовая.

Рис.1. Схема Северо-Европейского газопровода. Участок Грязевец-Выборг.

В табл. 1 приведены результаты расчетного определения параметров выбросов в разрезе каждой КС с учетом количества работающих газотурбинных установок, их типа и мощности, а также трансформации оксидов азота в атмосфере.

Как видно из представленных данных, основными, вредными веществами, поступающими в атмосферу от газотурбинных установок компрессорных станций, являются: диоксид азота, оксид углерода и оксид азота.

Для того, чтобы проверить выполнение гигиенических нормативов качества приземного слоя воздуха в регионе по содержанию в нем загрязняющих веществ, в работе выполнена оценка величины приземных концентраций этих примесей в окрестности предприятия. Такая оценка бьша дана на основании нормативной методики ОНД-86, с помощью унифицированной программы для ЭВМ "ЭКОЛОГ-ГАЗ. Анализ величин выбросов существующих и проектируемых станций показывает, что после строительства и запуска в эксплуатацию новых станций в Вологодской области выбросы оксидов азота возрастут на 993 т, на территории Ленинградской области на 2084 т, т.е. в 1,8 и 3 раза соответственно.

Таблица 1.

Расчет величин выбросов загрязняющих веществ от ГПА проектируемых КС

Наименование параметра Значение па >аметра

1 Наименование КС ГрязоБецкая Шекснинская, Бабаевская КС Портовая

Пикалевская

Волховская,

Елизаветинская

2 Тип ГПА ГПА-25 "Урал ГПА-16 "Урал" ГПА-16 ГПА-25 "Урал

" "Урал" "

3 Количество агрегатов Л. шт 7 4 5 9

в том числе рабочих агрегатов Мраб, шт 6 3 4 8

4 Среднее время работы 1 агрегата в течение 7509 6570 7008 7787

года Т, час

Т=Тгод*Ираб N. где Тгод-8760час

5 Расход продуктов сгорания одного агрегата

весовой, О кг/с 81,61 57,1 57,1 81,61

объемный при Н У Ун у =0 % пмЗ/с 63,858 44,679 44,679 63,858

где в=1,278кг/нмЗ (средний по РД51-162-

192)

объемный приусювиях выхюпа

У=Ун у *(Т+273)/273 186,428 114,234 114,234 186,428

где Т,°С > - температура выхлопных 524 425 425 524

газов

6 Содержание вредных примесей на

стандартном режиме работы (при

содержании 02 15%)

Оксидов азота, С 15а, и.' н.иЗ 150 100 100 150

Оксида углерода, С15у ,мг/нмЗ 200 100 100 200

7 Величины выбросов загрязняющих

веществ,г/с

оксидов азота, Оа 7,9 3,67 3,67 7,9

В т ч двуокиси азота, 0\о1~а„Н1а, 5,53 2,57 2,57 5,53

где а„-0 7-коэфф трансф оксидов азота в

атмосфере дъя расчета максимальных

выбросов

окиси азота, (¡\о=(1-ап) *0а 1,53 1,549 0,72 0,72 1,549

оксида углерода, (}у Ун у*1(а *Су/1000 10,6 3,67 3,67 10,6

8 Величины валовых выбросов одного

агрегата,т/год

оксидов азота 213,556 86,803 92,59 221,462

№а=С,а*Т*3600 1000000

втч диоксида аз, 1У\о:~№а*агод 128,134 52,082 55,554 132,877

где агод-0,6- коэфф трансф оксидов

азота в атмосфере д гя расчета ва ювых

выбросов

оксида азота, \У\о~№а*(I -агод)/1,53 55,832 22,694 24,207 57,899

оксида углерода, №СО'Су*Т*3600'1000000 286,543 86,803 92,59 297,152

9 Величины валовых выбросов КС в

целом,т/год

оксидов азота, 1Уас-\Уа*М 1494,892 347,212 462,95 1993,158

втч диоксида аз, 1У№)2с- 896,938 208,328 277,77 1195,893

оксида азота, ИТЮс- ШО'И 390,824 90,776 121,035 521,091

оксида углерода, И/Сосг=И/со*Л/ 2005,801 347,212 462,95 2674,368

Атмосферное загрязнение территории выбросами различных источников определяется как их мощностью, так и метеорологической ситуацией, обуславливающей процессы переноса примесей в атмосфере. На основании представленных выше данных о выбросах, климатологической и географической информации были проведены оценки выпадения азота на квадраты расчетной сетки для дальнейшего анализа загрязнения атмосферного воздуха в районе участка Грязовец - Выборг после введения в эксплуатацию новых компрессорных станций. Оценки показали, что на территорию Ленинградской области и рассматриваемой части Вологодской за год будет поступать 3831,7 т и 2189,3 т окисленного азота, соответственно.

В этой же главе рассмотрено воздействие объекта при аварийных ситуациях. Риск при эксплуатации проектируемого газопровода связан со взрыво- и пожароопасными свойствами природного газа: температурой воспламенения и самовоспламенения, минимальной энергией воспламенения, температурой пламени. Особенностями аварий и отказов систем безопасности на таких крупных объектах являются:

• значительные масштабы экологических бедствий;

• непредсказуемость и значительные темпы развития ситуации;

• трудности ликвидации аварий и их последствий;

• возможность значительных разрушений и гибели людей.

Каждый исход аварии может иметь множество вариантов конкретного

проявления и развития во времени и пространстве. Это означает, что прогноз развития аварии, выработка и принятие решений по её ликвидации возможны только на основе и экспертных моделей принятия решений.

Во второй главе диссертационной работы рассматриваются основные этапы проведения производственного экологического мониторинга, соответствующие СП 11-102-97:

• предпроектный (нулевой) мониторинг (в составе инженерно-экологических изысканий для разработки проектной документации);

• мониторинг в период строительства (строительный мониторинг);

• мониторинг в период эксплуатации.

Общая схема инженерно-экологических изысканий для организации системы производственного экологического мониторинга газопровода показана на рис. 2.

Атмосферный воздух

Фоновый уровень содержания загрязняющих веществ в атмосфере Инвентаризация существующих источников загрязнения воздуха в районе строительства Трансграничный перенос загрязняющих веществ Опробование атмосферного воздуха на стационарных, маршрутных и передвижных постах наблюдения

Картография

Расположение источников и зон загрязнения атмосферного воздуха

Геолого-геофизические исследования Гидрогеологические условия Газогеохнмнческие исследования

Характеристика геоморфологии и рельефа территории Наличие опасных геологических процессов Условия залегания и распространения водоносных горизонтов, их естественная защищенность от загрязнения и истощения Выявление зон распространения и степени газогеохимической опасности насыпных грунтов Проходка горных выработок для получения экологической информации

Пробы почв, грунтов, подземных вод для определения химического состава и концентрации загрязняющих веществ

Поверхностные газовые съемки, скважинные газогеохимические исследования

Картография Эколого-геологическая карта

Эколого-гидрологическне исследования

Характеристика гидрологической сети района строительства Гидрологический режим, загрязнение поверхностных вод и донных отложений Описание заболоченных участков с указанием происхождения, типов и динамики развития болот Картирование районов вторичного заболачивания Опробование и анализ загрязненности поверхностных вод и донных отложений

Картография Эколого-гидрологическая карта

Санитарно-эпидемиологическая обстановка Исследования вредных физических воздействий __Радиационная обстановка_

Санитарно-эпидемиологические и медико-биологические исследования Оценка воздействия состояния среды обитания на здоровье человека

Прогноз возможного изменения состояния здоровья населения при реализации проекта Исследования существующего уровня вредных физических воздействий электромагнитное излучение, шум, вибрация, тепловые поля, ионизирующее излучение Оценка гамма-фона на территории строительства, определение радиационных характеристик источников водоснабжения, оценка радоноопасности территории

Картография

Карта санитарно-эпидемиологической обстановки, расположение источников и зон дискомфорта, карта распределения мощности доз гамма-излучения

Ихтиофауна

Обследование 15-20 средних и малых водотоков Вологодской и Ленинградской областей, имеющих важное значение для воспроизводства рыбных запасов и пересекаемых трассой газопровода, эталонных для определения нормативных параметров и расчета ущерба рыбному хозяйству_

Почвы

Сбор и анализ данных о типах и подтипах почв, их положении в рельефе, почвообразующих и подстилающих породах, геохимическом составе, почвенных процессах, степени деградации

Картирование почв по ареалам их распространения с указанием мощности плодородного слоя оценкой стоимости биологической рекультивации каждого типа почв

Экотоксикологическая оценка почв и грунтов, определение степени их химического загрязнения Растительность

Характеристика типов зональной и интразональной растительности, распространение и функциональное значение основных растительных сообществ, редкие и исчезающие виды, их местонахождение и система охраны, использование различных типов растительности, агроценозы (размещение, урожайность культур)

Устойчивость растительности к техногенным воздействиям, прогноз возможных изменений в растительном покрове вследствие строительства и эксплуатации проектируемого объекта Лесные ресурсы

Состав, кадастровая характеристика, использование лесного фонда Животный мир

Перечень видов животных по типам ландшафтов в зоне воздействия объекта, в том числе подлежащие особой охране, особо ценные виды животных, биотопические условия мест их размножения, кормежки, пути миграции Оценка состояния популяций наиболее значимых видов, запасы промысловых животных в районе размещения объекта Прогноз возможных изменения среды обитания животных в результате реализации планируемой деятельности Описание ландшафтов

Комплексная ландшафтная характеристика территории с учетом ее

функциональной значимости и экосистем в целом Данные о современном и

перспективном хозяйственном использовании территории, ее исторических

особенностях, памятниках истории и культуры и ограничениях по

природопользованию

Особо охраняемые природные территории

Сведения о существующих в зоне влияния объекта ООПТ, их границы, режим охраны, особо охраняемые объекты Социально-экономическая сфера

Современное состояние социальной сферы (численности, этнического состава населения, занятости, системы расселения и динамики населения, демографической ситуации, уровня жизни) в районе проектируемого объекта, Прогноз изменения социальных условий жизни населения при реализации проекта

Обеспеченность объекта в период строительства и эксплуатации трудовыми ресурсами

Почвенная карта

Карта растительных сообществ

Ландшафтная карта

Карта антропогенной трансформации территории и природоохранного зонирования_

Рис 2 Общая схема инженерно-экологических изысканий для организации системы производственного экологического мониторинга газопровода

Для организации постоянного контроля за источниками негативного воздействия и загрязнением различных компонентов природной среды, в зоне влияния объектов газопровода организуется автоматизированная система экологического мониторинга (АСЭМ), предназначенная для сбора измерительных данных, интегрированной обработки, системного анализа этих данных, распределения результатов мониторинга между пользователями и поддержки принятия решений должностными лицами. Структура АСЭМ показана на рис. 3.

АСЭМ СЕГ

Информационно-измерительная сеть (ИИС) Информационно- управляющая подсистема (ИУП) Подсистема продажи данных (ПГ1Д)

* *

Комплекс технических и программных средств для

• измерений, наблюдений,

• сбора и первичной обработки данных об источниках выбросов и сбросов,

• сбора информации об экологических параметрах контролируемых параметров природной среды (Фоновый уровень содержания загрязняющих веществ в атмосфере Контроль существующих источников загрязнения воздуха в районе СЕГ Параметры атмосферного воздуха на стационарных, маршрутных и передвижных постах наблюдения Пробы почв, грунтов, подземных вод для определения химического состава и концентрации загрязняющих веществ Поверхностные газовые съемки, скважинные газогеохимические исследования Контроль уровня вредных физических воздействий электромагнитное излучение, шум, вибрация, тепловые поля и тд)_

Комплекс технических и программных средств для

• организации хранения, распределения и представления информации в АСЭМ,

• реализация управляющих функций в АРМ-Э компрессионных станций,

• поддержки принятия решений в центрах мониторинга участков газотранспортной системы

Комплекс технических и программных средств для

• организации обмена информацией между ИУП ИИС, АРМ-Э, ЦМ,

• организация обмена информацией между АСЭМ и внешними потребителями экологической информацией

Рис. 3. Структура АСЭМ СЕГ

Значимость АСЭМ и их широкое распространение на крупных экологически опасных предприятиях в настоящее время стали реальным фактором развития газовой промышленности.

Основы безопасности, экологической безопасности и экологического мониторинга предприятий газовой промышленности исследовались в работах ученых - Гриценко А.И., Максимова В.М., Едигарова A.C., Овчарова C.B., Одишария Г.Э., Сафонова B.C., Швыряева A.A., Ярыгина Г.А. Теория построения экспертных систем заложена в работах - Поспелова Д.А., Попова Э.В., Темкина И.О. и др. Возможность использования экспертных систем для экологического мониторинга исследовалась в работах Колыбанова К.Ю., Марчукова С.С., Белинского Б.И., Лукьянова О.В., Тимашева С.А. и др.

Анализ работ, посвященных современному состоянию экспертных систем экологического мониторинга магистральных газопроводов и примыкающих территорий, показывает, что развитие подобных систем находится на начальном уровне. Сформулированы лишь основные требования к экспертным системам экологического мониторинга, включая функциональные требования. Так в диссертационных работах Колыбанова К.Ю., Марчукова С. С., Белинского Б.И., Лукьянова О.В. показано, что прогнозирование экологической ситуации предприятия основано, как правило, на использовании интуитивных процедур, опирающихся на информацию, которая в своем большинстве является неполной, не совсем точной, а иногда и недостоверной. В этих случаях, учитывая необходимость оперативного принятия решений, целесообразно использовать экспертные модели принятия решений, позволяющие разработать формализованные процедуры для АСЭМ

Таким образом, разработка методов и алгоритмов принятия решений в динамической экспертной системе экологического мониторинга на объектах Северо-Европейского газопровода является актуальной задачей.

В третьей главе диссертации разрабатываются методы построения экспертных динамических систем принятия решений при экологическом мониторинге магистральных газопроводов. Показано, что модель принятия решений в экспертных системах может быть представлена следующим образом. Информация, поступающая в АСЭМ, после предварительной обработки анализируется системой с целью выявления аномальностей в поведении параметров объекта. Эта процедура требует использования предварительно настроенных (обученных) механизмов идентификации. После того, как выдвинуты гипотезы о возможных причинах, осуществляется процедура интерпретации ситуации, т.е. определение возможного направления развития процессов и оценивание существующих рисков. Результаты этой операции представляет собой основу механизма принятия решений.

Более формально, весь этот процесс может бьггь представлен как последовательность действий, осуществляемых при помощи сегментированной многофункциональной базы знаний. Этот подход впервые был предложен в работе Тёмкина И.О. При использовании продукционной модели эти сегменты выглядят так:

1. Идентифицирующие правила - представляют собой гипотезы относительно связи между информативными признаками и динамическими явлениями, ситуация (fiPLf^LflvjfnM)-* наблюдаемое явление (Sp) (1)

2. Интерпретирующие правила устанавливают связь между информативными признаками, технологическими параметрами, характеризующими состояние технологического оборудования и возможным диагнозом состояния объекта.

ситуация -> диагноз (\Ур) (2)

количество градаций на шкале соответствующего признака или

количество уровней технологического фактора.

3. Решающие правила - определяют простые логические связи между наблюдаемыми явлениями или диагнозами и решением.

диагноз^р) - решение (У^, или

наблюдаемое явление (вр) - решение (У]) (3)

В работах по искусственному интеллекту показано, что сегментированная продукционная модель знаний, основу которой составляют причинно-следственные (казуально-ситуативные) деревья, является наиболее удобной схемой представления знаний

Для того чтобы формализовать процесс функционирования системы в диссертации рассматриваются основные узлы этой цепочки с точки зрения процессов преобразования информации. Целью является конструирование информационной технологии построения интеллектуальных мониторинговых систем.

Оперативная информация, поступающая в АСЭМ может быть разбита на две части:

1. 1о - информация о параметрах физических процессов.

2. 1м - информация о состоянии технологического оборудования основного производственного цикла, а также о технологических устройствах вспомогательных и обеспечивающих процессов.

Кроме того, можно выделить такие информационные классы как:

1ф - планово-производственная информация, являющаяся некоторым показателем "нормальности" функционирования объекта в определенном временном интервале.

1р - прогнозная, то есть информация полученная в результате использования каких-либо вычислительных или логических процедур.

В качестве модели представления знаний можно использовать продукционную схему. В этом случае основные функции системы можно записать следующим образом:

Р,(1о.1м)-»{3}'Е (4)

где Е - множество распознаваемых явлений и ситуаций, включающее технологические нарушения (отказы технологического оборудования), динамические явления и процессы, часть которых может трактоваться как аварийные.

Р2(Е,0,Т,М)->.У(я), (5)

где 0[<|у] - информационные структуры, описывающие влияние постоянных факторов;

Т[Щ - информационные структуры, соответствующие основным технологическим процессам;

М[6к] - модели состояния технологического оборудования,

<р„1 = йм, = ЦЙ2,ек,к = ЦЙ^

Модели структуризации (продукционные правила, решающие деревья) и их количество М,,М2,М, для каждого из перечисленных мета-понятий.

V = (V, ,У2, ,уМ4}- множество оценок; конкретное значение элементов множества V определяется выбранной шкалой (нечеткая, интервальная, экспертная бальная и т.д.).

РЗ(У, 1ФНО00, (6)

О - выбранный способ задания решений;

{у, ,У2. ,уМ5} - множество возможных решений.

Проектирование ЭС и ее адаптация к объекту мониторинга, представляют собой процесс интерактивного взаимодействия между специалистом по проблеме и инженером знаний. В процессе взаимодействия инженер знаний формализует экспертные знания в виде правил вывода и структур данных. В связи с этим возникает ряд проблем :

• в процессе эксплуатации ЭС может выясниться необходимость ее дальнейшего развития, в силу неспособности системы должным образом представить конкретную предметную область (речь идет не только и не столько об объеме знаний, но о форме и способе их представления).

• в процессе эксплуатации ЭС обычно возникает необходимость в проверке корректности, содержательности и полноты базы знаний, в связи с чем необходимы разработка формальных методов, критериев оценки процесса обучения.

Архитектура динамической экспертной системы представлена на рис. 4.

В её состав входят:

• подсистема моделирования, предназначенная для прогнозирования развития экологической ситуации при авариях на газопроводе и примыкающих территориях;

• база целей, содержащая формальное описание достижимых ситуаций при условии ограниченности ресурсов и прогноза развития аварийных процессов;

• динамическая база знаний, содержащая алгоритмы коррекции правил логического вывода по мере накопления содержательного опыта;

• база данных АСЭМ, всю информацию, собранную подсистемой сбора и первичной обработки данных об источниках выбросов и сбросов и информации о контролируемых экологических параметрах природной среды;

У • г

Природоохранная система государственного и общественного _контроля и надзора_

Федеральные и региональные органы власти, пресса, ТВ

Госкомприроды, МЧС, Госд5 ча ОАО Газпром

Рис.4. Архитектура экспертной системы.

• подсистема поддержки принятия решений, предназначенной для выработки вариантов возможных решений для лица принимающего решения;

• диалоговая система управления АСЭМ для организации эффективной работы ЛПР;

• база знаний АСЭМ, содержащая правила логического вывода для принятия решений и др;

В четвёртой главе диссертации рассматриваются алгоритмы принятия решений в системе экологического мониторинга СЕГ.

Минимизация количества выбросов вредных веществ и снижение уровня их отрицательного воздействия на окружающую среду является основной задачей охраны атмосферного воздуха при эксплуатации компрессорных станций. Предусматривается ряд мероприятий, направленных на сокращение объемов выбросов загрязняющих веществ и снижение их приземных концентраций. Мероприятия подразделяются на плановые и технологические. К плановым, предупредительным мероприятиям относятся:

• установление и организация санитарно-защитных зон объектов газотранспортной системы;

• организация охранных зон газопровода;

• выбор площадок для строительства новых компрессорных станций с учетом расположения уже действующих и загрязняющих воздух предприятий;

• расположение новых компрессорных станций относительно жилой зоны с учетом "розы ветров".

К технологическим мероприятиям относятся:

• установка запорной арматуры (линейных кранов) по трассе газопровода не реже, чем через 30 км, а также на переходах через крупные водные преграды, для обеспечения оперативного опорожнения газопровода в случаях проведения ремонтных работ и в аварийных ситуациях;

• установка на линейных кранах автоматов аварийного закрытия, автоматически отключающих аварийный участок при резком падении давления в нем;

• телемеханизация контроля управления запорной арматурой;

• максимальное использование сварных стыков на трубопроводах;

• применение для строительства КС газоперекачивающих агрегатов и оборудования нового поколения с улучшенными экологическими показателями и удовлетворяющих перспективным требованиям по уровню выбросов и условиям их рассеивания;

• плановая модернизация эксплуатируемых газоперекачивающих агрегатов;

• применение технологии продувки оборудования, позволяющей утилизировать большинства газа, удаляемого из оборудования;

• применение специальных средств по снижению выбросов нефтепродуктов при их хранении (понтоны, специальные клапаны и т.д.).

Газотранспортные предприятия - мощные источники шума, поэтому при их проектировании должны быть разработаны методы принятие решений по снижению уровня шума воздушной, компрессорной и строительной техники с целью соответствия требованиям санитарных норм (СН) СН 2.2.4/ 2.1.8.562-96. Это тем более актуально, так как известно, что воздействие звука на воду способствует растворению выбросов в воде окружающих водоемов, поэтому в качестве важной и новой задачи, связанной с химическим воздействием на окружающую среду, необходимо исследовать возможность создания алгоритмов принятия проектных решений по защите окружающей среды от шума. При этом важно, что, создаваемая система экологического мониторинга позволит без существенных дополнительных затрат на технические и программные средства решать эту задачу.

Основными источниками шума магистральных газопроводов являются воздушные компрессорные станции. Шумовое поле ВКС создаётся в результате суперпозиции шумовых полей основных источников - компрессоров с дизельными приводами, дизельгенераторов и топливных насосов. Уровни шума в установленных расчетных точках на территории ВКС определяются компоновкой воздушной компрессорной станции, количеством одновременно работающих агрегатов, расстоянием между ними, рельефом местности, наличием и эффективностью средств защиты от шума. В диссертационной

работе предложена методика расчета уровня шума в расчетных точках на территории компрессорной станции, включающая следующие основные этапы:

• выбор расчетных точек (РТ);

• выявление основных источников шума;

• определение звуковой мощности основных источников;

• расчёт уровней шума в расчетных точках на территории ВКС и эквивалентных уровней шума на рабочих местах;

• определение необходимой величины снижения уровней шума в расчетных точках.

В диссертационной работе разработана методика определения пути распространения шума от источников до расчетных точек и проведение расчета акустических элементов окружающей среды. Снижение уровней звукового давления за счет поглощения звуковой энергии атмосферным воздухом рассчитывается пропорционально расстоянию г (м) от источника по формуле: АЬпогл = ра.г / 1000 (7),

где (За - коэффициент поглощения звука в воздухе, дБ/км. Как показано в работе, основным фактором, влияющим на снижение уровня звукового давления в расчетной точке, является экранирующая способность рельефа местности окружающего площадку ВКС и в районе расположения селитебных территорий. Поэтому в качестве экранов следует применять искусственные и естественные элементы рельефа местности (выемки, земляные кавальеры, насыпи, холмы и др.), здания, в помещениях

* которых допускаются уровни звука более 50 дБА, жилые здания с усиленной звукоизоляцией наружных ограждающих конструкций и различные сооружения (придорожные, подпорные, ограждающие и специальные защитные стенки с

* поверхностной плотностью не менее 30 кг/м2).

Снижение уровня звукового давления естественными экранами, расположенными между источниками шума и расчетной точкой на каждом из путей определялось следующим образом:

1) Определялись уровни звукового давления в р.т. от источников шума воздушной компрессорной:

Ь = Ьр + 10*^Ф - 10*1ё О. - 20*1§г - Ва*г/1000 +Д Ьотр - Д Ьс (8)

где Ф - фактор направленности источника шума для направления на

расчетную точку (для ненаправленного источника шума Ф=1).

О - пространственный угол (в стерадианах), в который излучается шум

(для источника шума на поверхности территории П=2я);

г - расстояние от акустического центра источника шума до расчетной

точки;

Ва - коэффициет поглощения звука в воздухе (дБ/км);

ДЬотр =3п, дБ - повышение уровня звукового давления вследствие

отражения звука от больших поверхностей;

Д Ьс - дополнительное снижение уровня звукового давления элементами окружающей среды; ДЬс= ДЬэкр

Д Ьэкр - снижение уровня звукового давления экранами, расположенными между источниками шума и расчетной точкой.

дьэк^=2018 +5

Г - среднегеометрическая частота октавной полосы (Гц); 3' =а, + Ь,-<1,

где а, + Ь, - длина кратчайшего пути (м) от источника шума до расчетной точки, проходящего через ¡-ю кромку экрана;

(1, - кратчайшее расстояние (м) между источником шума и расчетной точкой.

2) Определялись уровни звукового давления в р.т. от автодороги

ЬАтер = ЬАэкв - Д ЬАрас - Д ЬАэкр,

где Ьаэкв - шумовая характеристика источника шума;

ДЬАрас - снижение уровня звука в зависимости от расстояния между

источником шума и расчетной точкой;

Д ЬАэкр - снижение уровня звука экранами на пути распространения звука;

^л.х, _ снижение уровня звука полосами зеленых насаждений в дБА.

3) Рассчитывался суммарный уровень шума в расчётных точках.

Как следует из проведенных расчетов, установка акустического экрана на площадке ВКС позволит снизить интенсивность шума оборудования компрессорной за пределами ВКС до регламентируемого СН уровня. В то же время, анализ выполненные в работе, что шум на самой территории ВКС будет существенно (на 10-20 дБА) превышать требования СН 2.2.4/2.1.8.562-96 и ГОСТ 12.1.003-83 (Ь а=80 дБ А). Поэтому необходима защита персонала ВКС от сильного шумового воздействия с помощью применения средств индивидуальной защиты, т.е. использование противошумных наушников, вкладышей и шлемов, в зависимости от интенсивности шума в соответствии с ГОСТ 12.4.051-87. Организации и предприятия, проектирующие и изготавливающие оборудование для ВКС, обязаны предусмотреть и осуществить необходимые меры, предложенные в диссертации по снижению шума до уровней, позволяющих обеспечить выполнение нормативов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследовано современное состояние окружающей природной среды и дана оценка экологического воздействия Северо-Европейского газопровода на окружающую среду, включая воздействие на атмосферный воздух, поверхностные водные объекты и гидросферу и воздействие объекта при аварийных ситуациях и шумовое воздействие на прилегающие территории. В частности:

• определены значения параметров выбросов от каждой КС с учетом количества работающих газотурбинных установок, их типа и мощности, а также объёмы и характер трансформации оксидов азота в атмосфере;

даны оценки величины приземных концентраций этих примесей в окрестности предприятия данной на основе применения нормативной методики ОНД-86.

разработаны общие требования к системам производственного экологического мониторинга СЕГ, включая формулировку требований к проведению производственного экологического мониторинга, организацию работ по строительному экологическому мониторингу, экологическому мониторингу в период эксплуатации и создание постоянно-действующей автоматизированной системы АСЭМ. на основе общих требований к производственному экологическому мониторингу выполнен синтез структуры автоматизированной системы экологического мониторинга (АСЭМ), предназначенной для сбора измерительных данных, интегрированной обработки, системного анализа этих данных, распределения результатов мониторинга между пользователями и поддержки принятия решений должностными лицами, разработаны принципы построения экспертных динамических систем принятия решений при экологическом мониторинге североевропейского газопровода на основе предложенной формальной модели принятия решений в экспертных системах.

разработаны правила и алгоритмы принятия решений в системе экологического мониторинга СЕГ, включая алгоритмы принятия решений по снижению уровня шума воздушной компрессорной и строительной техники, а так же по оценке эффективности возможных мероприятий по снижению шума до нормативного уровня, закладываемых в проект ВКС для жителей близлежащих населенных пунктов как в дневное, так и в ночное время.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1 Бабенко А В Методы снижения шума газотранспортных предприятий Материалы научно-практической конференции по проблемам охраны труда и экологии человека в газовой промышленности" г Москва, 2002 г

2 Бабенко А В Снижение шумового воздействия газотранспортных предприятий Ж "Газовая промышленность" Июнь, 2003 г

3 Бабенко А В и др Утилизация остатков при строительстве газопроводов Ж "Газовая промышленность" Июнь, 2003 г

4 Бабенко А В Экологическое воздействие наклонно-направленного бурения при строительстве МГ Россия-Турция Ж "Газовая промышленность" Июль, 2003 г

5 Бабенко А В Оценка существующего состояния окружающей природной среды в районе расположения объектов газопровода Участок Грязовец-Выборг Материалы ОАО "ГИПРОСПЕЦГАЗ" Оценка воздействия на окружающую среду Санкт-Петербург, 2004 г

6 Бабенко А В Воздействие объектов газопровода на окружающую феду Оценка воздействия на окружающую среду Материалы ОАО "ГИПРОСПЕЦГАЗ" Обоснование инвестиций в проект строительства Северо-Е Европейского газопровода Санкт-Петербург 2004 г

»11386

РЫБ Русский фонд

2006-4 7044

Подписано в печать 2005, Формат 60x84/16, Бумага писчая, отпечатано на

ризографе Уч изд листов .тираж 100 экз , заказ №

Лицензия на издательскую деятельность ИД №03507 от 15 12 2000

Московская государственная академия тонкой химической технологии им М В Ломоносова, Издательско-полиграфический центр 119574 Москва пр Вернадского 86