автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Рационализация управления социально-экологическими процессами на основе высоких технологий утилизации отходов и картографирования

Р I ; ;

/1/. У У

V/ ^

Воронежский государственный технический университет

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВ Павел Александрович

РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НА ОСНОВЕ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук В.И. СТРОГОНОВ Научный консультант: доктор технических наук Е.Д. ФЕДОРКОВ

/ /А I ./'% уч ? 7 / / | ф I

Воронеж - 1999

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 19

1.1. Анализ социально-экологических процессов и подходов к их управлению 19

1.2. Особенности и методы моделирования и управления в условиях применения высоких технологий 3 5

1.3. Цель и задачи исследования 49

2. РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

И ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 51

2.1. Структура современных технологий обезвреживания в условиях интенсификации социально-экологических процессов 51

2.2. Эколого-экономическая оценка технологий обезвреживания и переработки отходов 59

2.3. Прогнозирование и регулирование качества окружающей среды на основе высоких технологий обезвреживания 66 Выводы второй главы 75

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ПРОЦЕДУР ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ЗАГРЯЗНЕНИЙ 77

3.1. Математическое обеспечение автоматизированных систем обработки и отображения экологической информации и распределения загрязнений 77

3.2. Алгоритмизация процедур принятия решений в системах экологического мониторинга и контроля источников загрязнения 82

3.3. Модель стратегии и алгоритм контроля источников загрязнения и оценки управляющих воздействий 87 Выводы третьей главы 95

4. УПРАВЛЕНИЕ ВЫСОКИМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯ-

НИЯ РЕГИОНА 96

4.1. Организация регионального картографирования и принятия решений на основе ГИС-технологий 96

4.2. Управление правовой охраной картографической продукции 100

4.3. Рационализация маркетинга картографических произведений 112 Выводы четвертой главы 135 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ, АПРОБАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 136

5.1. Экспериментально-технологическая разработка обезвреживания 136

5.2. Организационные основы управления в условиях высоких технологий картографирования 151

5.3. Система экологического мониторинга источников загрязнений 15 8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 164 ПРИЛОЖЕНИЕ 182

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Антропогенные воздействия, несмотря на огромные экологические резервы биосферы и возможности эволюции в новых условиях, приводят к резко отрицательным последствиям, с которыми биосфера справиться не в состоянии. Ухудшение состояния природной среды связано с ошибками в технической политике, недостаточным уровнем технического развития, слабой изученностью эффектов антропогенного воздействия, использованием природной среды в качестве средства снижения интенсивности воздействия вредных отходов производств и других действующих факторов.

Поэтому чрезвычайно важной становится организация контроля состояния природной среды, ее непрерывных изменений и определение тенденций в ее изменениях. Контроль должен осуществляться как за изменениями, вызванными антропогенными воздействиями, так и за изменениями, вызванными естественными изменениями. В связи с необходимостью постоянного выявления антропогенных изменений состояния природной среды имеется потребность в организации специальной информационно-управляющей системы - системы наблюдения и анализа состояния природной среды, прогноза и управления ее качеством путем принятия научно обоснованных программ по снижению объемов загрязнений, поступающих в природную среду. Такую систему называют системой мониторинга состояния окружающей природной среды или экологическим мониторингом. Существующие системы экологического мониторинга как на региональном, так и на федеральном уровнях в основном предназначены для формирования информации о текущем состоянии окружающей среды и снабжения населения и исполнительных структур государственной власти этой информацией.

Основное предназначение экологического мониторинга - это обеспечение служб управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью своевременной и достоверной информацией. При этом экологиче-

ский мониторинг предполагает постановку трех целей: оценку показателей состояния и функционирования целостности экосистем и среды обитания человека; выявление причин изменения этих показателей и оценку последствий таких изменений, определение корректирующих мер; создание предпосылок для определения мер по использованию возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Кроме того, экологический мониторинг должен быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обеспечением необходимой информацией соответствующих служб для осуществления организационных и других мер по выполнению конкретных природоохранных мероприятий, проектов, международных соглашений и обязательств государств в соответствующих областях.

Исходя из всего этого, основными задачами экологического мониторинга являются: наблюдения за источниками антропогенного воздействия; за факторами антропогенного воздействия; за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия.

Антропогенная деятельность связана в той или иной мере с потреблением природных ресурсов, а организация экологического мониторинга предполагает воспроизводство этих ресурсов. Потребление ресурса - это и загрязнение, и производство потенциального загрязнения ресурса, и его непосредственное потребление, и, наконец, потеря некоторых функциональных способностей ресурса. Воспроизводство (производство) ресурса - это и очистка, и уничтожение потенциального загрязнителя ресурса, и его непосредственное производство, и восстановление утраченных функциональных способностей ресурса.

Для оценки состояния окружающей среды с учетом изменений антропогенного характера необходимо уметь, с одной стороны, определять возможный ущерб от естественного и антропогенного воздействия, и с другой - уметь познать дополнительные природные возможности для использования их в интере-

сах человека. Для этого нужно знать величину ПДЭН и экологический резерв данной экосистемы.

Оценка и анализ прогнозируемого состояния биосферы позволяет: выбрать определенные направления, требующие приоритетных мер по борьбе с их отрицательными проявлениями; наметить и осуществить меры, направленные на ослабление имеющегося негативного воздействия; наметить и осуществить меры профилактического характера, против негативных эффектов, которые еще не проявились; внести определенные перспективы в хозяйственной деятельности человека; скорректировать оптимальным образом взаимодействие человеческого общества и природы; выделить дифференцированно районы и территории планеты, а также проблемы, требующие особого внимания как в глобальном, так и в региональном масштабах.

Анализ данных наблюдений, оценки существующего состояния, прогноза и оценки прогнозируемого состояния экологической обстановки позволяет внести определенные коррективы в хозяйственную деятельность человека, скорректировать оптимальным образом взаимодействие человеческого общества и природы. Все данные по всем блокам системы экологического мониторинга должны поступать в региональные и затем в федеральные центры, где обрабатываются и анализируются. В результате отслеживания полученных результатов вырабатываются определенные предложения, которые направляются в органы исполнительной власти для принятия решений по улучшению или стабилизации экологической обстановки.

Первым вопросом стратегии регулирования качества окружающей природной среды является вопрос организации системы мониторинга состояния окружающей среды, способной обеспечивать необходимой и достаточной информацией для определения управляющих воздействий.

Регулирование качества окружающей среды направлено на ограничение антропогенных воздействий (в первую очередь загрязнений), ведущих к негативным последствиям.

В настоящее время в Российской Федерации сложилась серьезная ситуация с обезвреживанием, переработкой и размещением отходов на свалках про-мышленно-бытовых отходов (СПБО). На территории страны, при использовании различных форм и видов складирования, накоплено гигантское количество отходов - более 80-ти миллиардов тонн [10].

Поэтому проблему обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) следует однозначно отнести к наиболее актуальным и острейшим глобальным экологическим проблемам, требующим незамедлительного разрешения по причине жизненно важной необходимости.

Оценивая информацию о современном состоянии технологий и средств обезвреживания ТБО за рубежом, в России и Московском мегаполисе следует констатировать, что до настоящего времени не найдены методы и способы, решающие эту глобальную проблему в полной мере однозначно и до конца в смысле исключения поступления в окружающую экологическую среду жизнеобеспечения каких-либо токсичных жидких, газообразных, либо твердых продуктов. Более того, представляется возможным не менее обоснованно констатировать, что из всех существующих технологий данного назначения наиболее развитыми в индустриальном отношении были и остаются: складирование ТБО (в среднем, до 80 %) и мусоросжигание (в среднем, до 10 %), а на все остальные технологии, в среднем, приходится не более 10 % их практического использования в реализованном промышленном виде.

При этом проблемы сжигания ТБО во всем мире превратились в политические, будучи близкими к окончательному разрешению в рациональном технико-технологическом аспекте, именно потому, что технологии не достигают полноценного обезвреживания ТБО, переводя их вредность лишь из одних форм в другие, еще более опасные.

Система интегрированного мониторинга качества окружающей среды, а также среды обитания человека создается для реализации различных операций над экологической информацией, иначе, в ней имеет место сбор, передача, об-

работка, хранение, поиск информации, прогнозирование, а также представление и использование информации при управлении экологической и медико-социальной обстановкой. В соответствии с [169] такие системы называют информационно-управляющими, информационно-мониторинговыми, в отличие от систем телеизмерения, регулирования, автоконтроля и других, которые предназначены для реализации одной или нескольких из перечисленных операций над информацией.

Система экологического мониторинга относится к классу информационных систем административно-организационного типа.

Системой регионального мониторинга предусматривается расширение сети наблюдений с целью обеспечения всестороннего анализа природной среды региона. Подобный анализ нужен, так как для репрезентативного и научно-обоснованного управления качеством окружающей среды необходима полная достоверная информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях его изменения.

В систему наблюдений за состоянием окружающей среды включены как наблюдения за источниками воздействия (источником загрязнений), так и за факторами воздействия (излучения, шумы).

Как известно, до 50-70 % эколого-медицинских данных являются носителями как описательной, так и пространственной информации. В географических информационных системах (ГИС) информационный слой (медицинские, социальные, экономические, экологические и другие данные) рассматриваются как один из образов карты - ее самый верхний слой относительно цифровых покрытий территории региона [12].

Программно-аппаратный комплекс, использующий компоненты ГИС, позволяет оптимально реализовать проекты для медицинских приложений, связанные с принятием решений, проведением медико-экологических мониторин-гов, прогнозированием различных ситуаций, а также интеграцией задач анали-

за, обработки и интерпретации потоков неоднородных медицинских данных с визуализацией оценок медико-экологических показателей.

Для принятия адекватных управленческих решений необходимо наглядное представление информации, отражающее не только результаты статистических исследований, но и их пространственную привязку к реальной местности, выделение буферных зон, соответствующих заданным критериям выбора, корректировку динамически изменяемых графических образов [67]. Одним из оптимальных вариантов решения подобных задач является применение геоинформационных технологий.

Использование ГИС позволяет установить новые зависимости между наборами медицинских, экологических и географических данных, их пространственного анализа и представляет пользователю возможность оптимизировать процесс выбора стратегий в составлении плана мероприятий.

Используя накопленную информацию о состоянии экологической обстановки, для эффективного управления его требуется разработка моделей оценки ситуации и прогнозирования ее изменений и алгоритмов для реализации процедур принятия управленческих решений в системах экологического мониторинга и загрязнений.

Одной из наиболее важной проблемой снижения экологической нагрузки является проблема обезвреживания свалок промышленных и бытовых отходов (СПБО) и, в первую очередь, твердых бытовых отходов (ТБО).

Общей тенденцией СПБО следует признать стремление наиболее передовых в промышленном отношении стран (Франция, Германия, США, Япония, Великобритания и др.) к решению главной проблемы - максимальному сокращению срока активного функционирования СПБО на основе их нейтрализации, как опасных в экологическом аспекте, техногенных объектов.

В управлении экологическим мониторингом, в том числе при решении проблемы обезвреживания и переработки отходов, за последние годы резко увеличилась продукция картографического представления экологического мо-

ниторинга на основе графического представления информационных полей и оценки экологической ситуации с использованием ГИС-технологий. В связи с этим и с изменением социально-экономических условий возникает необходимость правовой защиты картографических произведений как интеллектуальной собственности.

В настоящее время в Российской Федерации существует достаточно обширный пакет законов и других нормативных актов и документов, которые обеспечивают охрану интеллектуальной и промышленной собственности. Среди них необходимо прежде всего отметить закон «Об авторском праве и смежных правах», «Патентный закон Российской Федерации» и закон «О товарных знаках, знаках обслуживания и наименованиях мест происхождения товаров». Несмотря на определенные недостатки, эти законы обеспечивают необходимый минимум охраны интеллектуальной собственности, регулируют взаимоотношения субъектов, связанные с приобретением и передачей прав на рассматриваемые продукты и защищают экономические интересы всех вовлеченных в процесс использования достижений научной и технической мысли физических и юридических лиц.

Однако эффективные нормативные документы, регламентирующие защиту картографической продукции (КП), до настоящего времени отсутствовали, в том числе и на картографическую продукцию, связанную с экологическим мониторингом.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости разработки принципов и современных технологий обезвреживания и переработки отходов, моделей и алгоритмов рациональных процедур принятия решений в системах экологического мониторинга и загрязнения, нормативно-методических материалов правовой охраны эколого-картографической продукции.

Работа выполнена в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 1229 от 24.11.93 г. «О создании Единой Государственной системы экологиче-

ского мониторинга» и с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методов, моделей, алгоритмов и информационного обеспечения автоматизированного экологического мониторинга и обезвреживания отходов как источника экологического загрязнения для рационального управления социально-экологическими процессами на основе высоких технологий.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

разработать современную технологию обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов (ТБО);

осуществить