автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка и исследование автоматизированной системы управления экологическим мониторингом

рга од

9 А НОЯ 'ОС.

На правах рукописи

ЦГОЕВ ТАЙМУРАЗ ФЁДОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МОНИТОРИНГОМ (НА ПРИМЕРЕ РСО-АЛАНИЯ)

Специальность: 05.13.01 - Управление в технических

системах.

11.00.11.- Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Владикавказ - 1997

Работа выполнена в Северо-Кавказском государственном технологическом университете

Научный руководитель: д. т. н., проф. ДЕДЕГКАЕВ А.Г.

Официальные оппоненты: лауреат Государственной

премии СССР, доктор технических наук, профессор РЯБОВ Л.П.

кандидат технических наук, профессор КОЗЫРЕВ E.H.

Ведущее предприятие: Северо-Кавказский филиал ГИПЭ

(г. Ессентуки)

Защита диссертации состоится «/£?» ¿^/С&с)р.%_

1997 г. в комнате Трудовой Славы СК ГТУ в/З3° час. на заседании диссертационного Совета К 063.12.03 в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов государственном технологическом университете.

Отзывы направлять по адресу: 362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, СКГТУ, Учёный Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СК ГТУ

Автореферат разослан « ^ у> Л_ 1997 г

Учёный секретарь

диссертационного Совета К 063.12.03

Б.Д. Хасцаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в связи с необходимостью постоянного выявления антропогенных изменений состо-шия природной среды имеется большая потребность в организации специальных информационно-управляющих систем - систем 1аблюдений и анализа состояния природной среды, прогноза и /правления её качеством путём принятия научно-обоснованных фограмм по снижению объёмов загрязнений, поступающих в при-юдную среду. Такие системы можно определить как системы мониторинга состояния окружающей природной среды или эко-югическим мониторингом. Существующие системы экологического мониторинга как на региональном, так и на федеральном фовнях, в основном, предназначены для формирования информации о текущем состоянии окружающей среды и снабжения на-:еления и исполнительных структур государственной власти этой шформацией. Вопросы прогнозирования и управления качеством жружающей среды в этих системах проработаны недостаточно 13-эа отсутствия научно-обоснованных критериев и путей их ре-иения. Несмотря на решение правительства Российской Федера-щи о создании Единой Государственной Системы Экологическо-о Мониторинга не решены вопросы взаимодействия подсистем тблюдений за состоянием отдельных сфер природной среды из-а узковедомственных интересов различных организаций, не за-(ействованных в единой системе, и не предусмотренного в ней диного системообразующего и финансирующего органа.

Одной из главных причин неэффективного управления эколо-ической обстановкой является отсутствие автоматизированных истем передачи, приёма и обработки информации, возникающей 1ежду структурными подразделениями систем экологического шниторинга по горизонтали - между подсистемами и пунктами [аблюдений за состоянием природных сред, источниками их заг->язнений и реакцией биоты на эти загрязнения, а также по иерар-;ии (вертикали) - по восходящим и нисходящим линиям между •азличными блоками системы (объекты наблюдения, пункты и юсты наблюдений, блоки оценки, прогноза и управления эколо-ической обстановкой).

Существующие системы автоматизированной передачи и об-

работки данных мониторинга природной среды обеспечивают лишь малую степень автоматизации рабочих мест служб, охраны окружающей среды предприятий, обеспечивают оперативное слежение за параметрами водных ресурсов и атмосферного воздуха только в некоторых регионах страны. Они также не позволяют в достаточной степени решать вопросы комплексного обмена информацией в подсистемах структуры экологического мониторинга из-за отсутствия проработки оперативной информации подсистем по критериям её оптимизации и из-за отсутствия средств обеспечения информационной достоверности.

Как каждая сложная структура управления, так и структура экологического мониторинга характеризуется возможностью необходимого усложнения системы, обеспечивающей реализацию раэдеичн^х экологических информационных процессов.

В ¡отличие от автономных систем автоматизированного контроля, телеметрии, передачи информации, хранения и поиска информации и т.д. в настоящее время создаются комплексные системы, называемые информационно-измерительными, информационно-справочными и информационно-управляющими. Система экологического мониторинга, обладающая свойствами этих систем, выполняет одновременно функции как измерения состояния окружающей среды и оценки прогноза этого состояния, так и функции управления экологической обстановкой. В этих условиях разработка и исследование региональных автоматизированных систем управления мониторингом экосостояния является актуальной проблемой.

В таких системах на начальном этапе их проектирования возникает задача выбора структуры, под которой понимается состав и взаимодействие отдельных подсистем, набора подсистем, структуры алгоритма переработки информации в каждой из этих подсистем, а также определение информационных потоков между подсистемами.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы сбора, передачи и обработки информации и управления состоянием окружающей природной среды, обепечивающей необходимую эффективность региональной Единой Системы Экологического Мониторинга на примере Республики Северная Осетия-Алания.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ систем экологического мониторинга на федеральном и региональном уровнях.

2. Исследование методов построения автоматизированных систем приёма, сбора, передачи и обработки информации и путей улучшения структуры Единой Системы Экологического Мониторинга Республики Северная Осетия-Алания;

3. Разработка и исследование методики наблюдений за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов в РСО-Алания и источниками их загрязнения на основе расчётов приоритетности их контроля и методов оценки степени загрязнённости источников выбросов и сбросов по комплексным показателям;

4. Разработка методики определения оптимального количества постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов, расчёт необходимого количества постов в РСО-Алания, а также исследование способов выбора места расположения постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов;

5. Разработка автоматизированной системы сбора, приёма, передачи и обработки информации, поступающей от постов наблюдения за природной средой, для оперативного управления экологической обстановкой;

Предметом исследования является автоматизированная система сбора, передачи и обработки информации и управления региональным экологическим мониторингом.

Объектом исследования является Единая Система Экологического Мониторинга Республики Северная Осетия-Алания как региона, характеризующегося высоким антропогенным воздействием на природную среду, что требует разработки эффективной автоматизированной системы управления экологической обстановкой.

Методы исследования. В работе применены:

- методы оптимизации информационно-управляющих систем, используемые в теории выбора и оптимизации структуры сложных информационных систем;

- методы вычислительной математики и программирования на ЭВМ;

- метод системного анализа, используемый при изучении вопросов органйзации структуры экологического мониторинга.

Теоретической и методологической основой исследования явились общетеоретические основы науки по системам управления, научная литёратура по вопросам анализа, выбора, оптимизации и синтеза структуры сложных информационных систем, фундаментальные положения о взаимодействии общества и природы, учение о биосфере и ноосфере, труды отечественных и зарубежных учёных по проблемам организации экологического мониторинга и автоматизированным системам передачи и обработки информации, законодательные и нормативные документы Российской Федерации и Республики Северная Осетия-Алания, относящиеся к предмету исследования, данные статистической государственной отчетности по охране природы и отчёты природоохранных органов по экологической обстановке в РФ и РСО-А.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований;

- внедрением автоматизированной системы обработки результатов измерений и сети наблюдений за состоянием природной среды и источниками ее загрязнения в республиканской структуре экологического мониторинга;

- соответствием разработанной системы автоматизированного управления экологической обстановкой научным положениям и требованиям, предъявляемым к сложным информационным системам.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту.

1. Предложены принципы построения высокоэффективной Единой Региональной Системы Экологического Мониторинга на основе использования авоматизированной системы сбора, передачи и обработки информации, предусматривающей всесторонний анализ природной среды и оперативное управление её качеством. В нижних ярусах иерархической структуры управления республиканской системы экомониторинга включена сеть наблюдений за окружающей средой и природными ресурсами с автоматизированной системой передачи и обработки информации, что создаёт организационную основу оперативного решения экологи-

ческих проблем при эффективном функционировании последовательно-параллельных связей по восходящей и нисходящей линиям между блоками структуры.

2. Предложен принцип построения систем автоматизированного экологического мониторинга на основе определения заданной достоверности выходной информации минимальными затратами на реализацию.

3. Предложена автоматизированная система сбора и передачи экологической информации, работающая в нескольких режимах, что придаёт ей свойства универсальности и позволяет использовать её в различных структурах экологического мониторинга.

4. Предложены алгоритмы сбора, хранения и обработки мониторинговой информации, позволившие оптимизировать рабочее место специалиста-эколога, формировать базу данных о состоянии окружающей среды и более эффективно управлять работами в структуре экомониторинга и экологической обстановкой в Республике Северная Осетия-Алания.

5. Предложены оценки степени вредности источников загрязнения атмосферы (ИЗА) и водоёмов (ИЗВ) по индексам их загрязнённости (К|В и К1с) или по комплексному показателю, позволяющие устанавливать значения соотношений между загрязнённостью атмосферного воздуха и водоёмов и источниками их загрязнения по одному показателю вместо 4*8, а также снижать объём передаваемой и обрабатываемой информации в системах автоматизированного мониторинга до 4-8 раз.

6. Предложена методика определения необходимого количества постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в населённых пунктах, позволяющая определять оптимальное количество постов контроля качёства атмосферного воздуха в городе с разбросом точности 15 % вместо 30-70 % при определении по корреляционной функции в зависимости от характеристики рассматриваемого поля концентраций примеси.

7. Предложена методика наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов в Республике Северная Осетия-Алания на основании баз данных компьютерной системы Минприроды РСО-А, позволяющая повышать репрезентативность мониторинговых наблюдений.

Практическая значимость работы состоит в:

- разработке моделей оптимизации структуры автоматизиро ванной информационно-управляющей системы по достоверное ти выходной информации;

- разработке программных средств реализации предложенны: алгоритмов и их внедрение в практику обработки информацш для оперативной передачи даных наблюдений в соответствую щие подразделения Минприроды РСО-Алания и природопользо вателям;

- разработке методов построения сети наблюдений за природ ной средой;

- использовании полученных результатов при организации ре гиональных систем экологического мониторинга.

Апробация работы. Содержание и отдельные положения дис сертации докладывались на научно-технической конференции пс теме «Проблемы экологического мониторинга» (г. Уфа 16-19 ок тября 1995 г.), на Международном симпозиуме по проблеме «Мо ниторинг и оптимизация природопользования» (г. Москва 199( г.), на четырёх научно-технических конференциях Северо-Кав казского государственного технологического университета I Минприроды РСО-Алания (г. Владикавказ 1994-1997 гг.)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликова но в 14 печатных работах.

Реализация работы. На основе теоретических и практических ре комендаций разработана структура Единой системы Экологичес кого Мониторинга РСО-Алания, которая внедрена в действие По становлением Правительства Республики № 59 от 14 апреля 1995 г

Результаты исследований используются в учебном процесс« и в реальном дипломном проектировании экологического факуль тета Северо-Кавказского государственного технологическогс университета.

Работы проводились в рамках ЕГСЭМ, ЕГАСКРО и респуб ликанской программы обеспечения государственной стратегии пс охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа со стоит из введения, четырёх глав, заключения и 9 приложений Общий объём диссертациистр., в том числе 17 таблиц, 6: рисунка. Список использованной литературы состоит из 111 наи менований.

Автор выражает искреннюю признательность доц. Алексееву В.П. за ценные консультации по техническим средствам и структурам систем управления.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель исследования, обоснованы и сформулированы задачи исследований.

Первая глава посвящена анализу основных направлений развития информационно-управляющих систем экологического мониторинга с использованием автоматизированных устройств приёма, передачи, сбора и обработки информации.

Выявлены характерные особенности функционирования системы управления экологической обстановкой. Показано, что система экологического мониторинга включает в себя следующие структурные элементы:

- наблюдательная сеть за состоянием окружающей природной среды и факторами, воздействующими на неё;

- блок анализа и оценки фактического состояния природной среды по данным наблюдений;

- блок прогноза и оценки фактического состояния природной среды на основе выявления поведения загрязняющих веществ (ЗВ) в природных средах, их распространения и предотвращения, планов развития хозяйственной деятельности человека;

- подсистема управления экологическим состоянием, предусматривающая выбор мер, ослабляющих негативное воздействие на окружающую среду.

Рассмотрена классификация видов мониторинга качества окружающей среды, а также возможные подходы к созданию различных его подсистем. Даны схемы функционирования важнейших видов мониторинга, сформулированы главные задачи, решаемые ими.

Показано, что первостепенным по важности в системе экологического мониторинга является система наблюдений за состоянием природной среды, которая строится либо на основе дискретных во времени измерений, включая дистанционные (на постах или пунктах наблюдения (ПН), либо на основе площадных съёмок. Информация, полученная на ПН обрабатывается и анализируется. Критериями оценки состояния окружающей среды являются ПДК ЗВ в природных средах, предельно-допустимые нормы

а также предельно-допустимые экологические нагрузки (ПДЭН).

В главе приведена концепция осуществления прогноза и оценки прогнозируемого состояния окружающей природной среды.

Анализ данных наблюдений, оценки существующего и прогнозируемого состояния экологической обстановки позволяет внести определённые коррективы в хозяйственную деятельность, скорректировать оптимальным образом взаимодействие.

Для выработки управляющих воздействий при регулировании качества окружающей природной среды важное значение имеет оценка возможного ущерба ют антропогенных воздействий по сравнению со стоимостью природоохранных мероприятий.

При разработке критериев ограничения загрязнений, поступающих в окружающую среду, исходят из того, что концентрации в окружающей среде должны удовлетворять требованиям:

а1 < О|0 или Я а1о Ш)с1Кс11 < я1о,

где а!о - величина ПДК ¡-го ингредиента в среде;

qio - количество вещества в данной части биосферы, соответствующие ПДЭН.

Рассмотрены существующие системы автоматизированного мониторинга качества окружающей среды и поставлены задачи и цели исследований.

Во второй главе рассмотрены вопросы теоретических основ построения эффективной системы управления мониторингом экологического состояния, как информационно-управляющей системы, и разработана оптимизированная региональная единая система экологического мониторинга на примере Республики Северная Осетия-Алания (ЕСЭМ РСО-А). Разработанной структурой ЕСЭМ РСО-А предусмотрены ответственные исполнители в рамках каждого блока, а также использование автоматизированных систем сбора, передачи и обработки информации (АС СПОИ).

Проведённый анализ методов построения автоматизированных информационно-управляющих систем показал, что известные методы требуют использования большого числа исходных параметров, многие из которых не могут быть получены на этапе проектирования. Основные положения отдельных методик базируются на методе экспертных оценок, характеризуемом большой погрешностью получаемых результатрв. Практически отсутствуют методы применительно к системам экологического монито-

ринга. В связи с этим рассматривается новый подход к проектированию системы управления экологической обстановкой на основе создания оптимизированной структуры мониторинга качества окружающей среды по достоверности выходной информации.

Проектирование оптимальной системы по достоверности выходной информации также предполагает выбор варианта системы. Учитывая, что системы автоматизированного мониторинга характеризуются значительным количеством сложного оборудования, зачастую не стандартизованного, то вопрос обеспечения минимальных затрат при создании указанных систем является весьма существенным. Поэтому основная задача систем мониторинга - это обеспечение заданной или требуемой достоверности при минимальных затратах.

В отдельных случаях задача может сводиться к проектированию системы, обеспечивающей максимальную достоверность при фиксированных затратах. Предположим, имеется иерархическая система, в которой каждая n-я подсистема может быть спроектирована в различных вариантах i,, i2,... ij с применением различных способов повышения достоверности (отдельные способы, комбинация способов, отдельные способы с различной глубиной).

Оценка методов повышения достоверности информации в п-й подсистеме осуществляется по приращению вероятности правильного решения AP¡ и по приращению стоимости системы AC¡

др. = р .. р(о) (2)

i 1 пр.реш.1 пр.реш.1

AC¡ = Cn¡ - C<°>n (3)

где - Р(°)пр реш ¡ - вероятность правильного решения задачи без применения способов повышения достоверности;

Рпр реш ¡ - вероятность правильного решения задачи при использовании i-ro способа повышения достоверности;

(Ч°)п - стоимость n-й подсистемы без применения способов повышения достоверности;

Cn¡ - стоимость системы с применением i-ro способа повышения достоверности.

При этом показатель достоверности на выходе подсистемы

должен быть не хуже определённого значения:

Р > Р (4)

пр.реш — пр.реш.зад. v '

Рассмотрен процесс синтеза системы по достоверности выходной информации, при stom в качестве критерия принята вероятность правильного решения. Вероятность Рпр реш ¡ определена как вероятность совместного наступления совокупности событий:

А - возможные отказы и сбои в аппаратуре системы, не приводящие к ошибкам в выходной информации;

В - действие помех, не приводящие к ошибкам в выходной информации;

С - присутствие алгоритмических, программных и структурных ошибок, не приводящих к искажению выходной информации;

D - наличие не искажённой информации на выходе, несмотря на поступление не достоверной информации на входы системы;

Е - действие человека, как звена системы, не приводящее к появлению ошибок в выходной информации.

В работе определено, что если события А, В, С, D, Е независимы, что имеет'место в большинстве практических случаев, то вероятность правильного решения определяется из выражения: , Рцр;Реш = Р(А) • Р(В) • P(C) P(D) • Р(Е) (5)

В соответствие с указанными событиями (факторами), определяющими достоверность выходной информации, можно выделить несколько групп способов повышения достоверности, предусматривающих:

- повышение помехоустойчивости системы путём повышения мощности сигнала, использованием методов накопления сигнала, кодов с обнаружением и исправлением ошибок и т.д.;

- повышение надёжности аппаратуры за счёт, функционального контроля, профилактического ремонта, повышения качества элементов, резервирования и т.д.;

- обнаружение и исправление структурных и алгоритмических ошибок за счёт увеличения ёмкости буферной памяти, всестороннего физического и машинного моделирования системы для проверки всех ветвей алгоритмов при различных внешних ситуациях и т.д.;

- снижение эффективности ошибок человека за счёт применения рекомендаций инженерной психологии, повышения квалификации и т.д.;

- оценку и повышение достоверности исходных данных путём анализа на логическое соответствие, анализа на статистическое соответствие.

Для каждого из рассматриваемых способов повышения досто-зерности производится вычисление AP¡ , достигаемое благодаря лрименению i-ro способа, и вычисление результирующего увели-ления стоимости системы, связанное с применением этого спосо-5а AC¡

По величине отношения AP¡ / AC¡ устанавливается очерёдность лрименения способов повышения достоверности. Выбирается тот способ повышения достоверности, при котором обеспечивается пах W. = AP¡ / AC¡ .

Если полученное после очередного шага значение достоверности не удовлетворяет предъявленным требованиям, осуществляется следующий шаг, и т.д. до тех пор, пока не будет выполнено /словно:

Р > Р<°) (6)

пр.реш.— А пр.реш.доп., . . : г ■ v '

Рассмотрены некоторые характерные методы обеспечения достоверности. С точки зрения улучшения пoкaзáтeля достоверности выходной информации способы ввода избыточности нерав-юзначны. Вклад способа в увеличение выходного показателя достоверности характеризуется величиной AP¡, которая, как указа-ю выше, определяется как:

др. = p¡ . р(о) (7)

i пр.реш. пр.реш.' v '

где Р'пр реш - вероятность правильного решения с учётом применения i-ro способа ввода избыточности.

Для приведённых характерных методов обеспечения достовер-юсти вычислены величины: AP¡; увеличение стоимости подсистемы AC¡, связанное с применением каждого метода обеспечения юстоверности; отношение AP¡ / AC¡.

Результаты расчётов приведены в виде табл. 1.

Таблица 1

№№ пп Наименование способа ДР| А(и V,-АР| / АС,

1. Код с коррекцией одиночных ошибок АР, АС, V,

2. Код с коррекцией одиночных ошибок АРз АС-» у2

3. Независимая передача информации по двум каналам с последующим сравнением АР3 ДСз Уз

4. Накопление кодовых комбинаций и мажоритарное сравнение ДР4 ДС4 У4

5. Резервирование декодирующего устройства АРз ДС5 у5

6. Резервирование ЭВМ ДРб дс6 Уб

7. Программный контроль ар7 ДС7 у7

8. Аппаратный контроль ар8 до, у8

9. Применение специальных алгоритмов оценки выходной информации и т.д. др9 дс9 У9

Исходными данными для синтеза системы с заданной достоверностью выходной информации при минимальных затратах ил^ системы, обеспечивающей максимальную достоверность при фиксированных затратах, являются С*0*, Р^пр реш для исходной системы и множество ДР| / АС^ для рассматриваемого набора обеспечения достоверности.

Для получения этих данных требуется предварительное проведение определённых исследований. В ряде случаев возможнс принятие усреднённых и приближённых числовых оценок на основе опыта, данных других исследований и т.д.

С. целью сокращения исходных данных и соответственно количества вычислений, целесообразно ограничение количестве рассматриваемых способов повышения достоверности за счёт отбора наиболее эффективных (целесообразных) из них, что также должно основываться на опыте разработчиков. .

В третьей главе исследованы вопросы построения оптимальной сети наблюдений за состоянием атмосферного воздуха и вод ных ресурсов, а также источниками их загрязнения. Произведенс построение сети наблюдений за ИЗА и ИЗВ в структуре ЕСЭМ РСО-А методом расчёта категории опасности ЗВ и индексов при оритетности ИЗА и ИЗВ. В основу построения системы наблюде

шй за ИЗА и ИЗВ положены пространственно-временные прин-щпы, базирующиеся на ранжированном подходе к объёмам и опас-юсти ЗВ на них, продолжительности и периодичности контроля, лест размещения ПН.

Для оценки состояния (качества) ИЗА и ИЗВ разработаны ме-оды, основанные на использовании комплексного показателя, >пределяемого по следующим формулам:

KiB

4i

¡Глад

п р. i Cl

(8)

l = 1 ВДС; (9)

K,c =-'

где KjB - индекс загрязнённости источника выброса по п-веще-:твам;

q; - усреднённый за определённое время (сек., час, сутки, год) 1ыброс в г/сек i-ro вещества;

ПДВ. - предельно допустимый выброс или установленный ли-шт в г/сек по i-му веществу;

- постоянная, учитывающая класс опасности i-ro ЗВ и рав-тя 1,7; 1,3; 1,0 и 0,9 для веществ 1, 2, 3 и 4 класса опасности, ^ответственно позволяющая привести степень вредности i-ro ¡ещества к вредности диоксида серы;

Kje - индекс загрязнённости источника сброса по п-веществам;

Cj - усреднённая за определённое время концентрация i-ro ве-цества в сточных водах (г/м3);

ПДС| - предельно допустимый сброс или установленный ли-шт по i-му веществу в г/м3.

Для каждого контролируемого ИЗА и ИЗВ по основным пред-фиятиям г. Владикавказ по этим методам в главе рассчитаны CiB и Kic и результаты их воспроизведены в виде диаграмм.

Использование этого метода позволяет определение качества 43А и ИЗВ по одному показателю и снижение объёма передаваемой информации в АССПОИ в 4-ь8 раз.

Рассмотрены принципы организации наблюдений за состояни-

ем атмосферного воздуха и водных ресурсов.

Предложен новый метод расчёта количества ПН за состояни ем атмосферного явоздуха по эмпирической формуле:

Sogut (] +a+a+y+q) (10)

Sk

где N - оптимальное количество постов; So6ui - общая площадь городской территории в км2; SK - Среднестатистическая площадь городской территории, об служиваемая одним постом и равная 15 км2;

а - коэффициент, учитывающий рельеф местности и равньи 0,1 для равнинной и проветриваемой местности и 0,3 - для горны и непроветриваемых территорий;

а - коэффициент, учитывающий характер загрязнения и рав ный 0,1 для городов с одинаковыми лимитирующими показателя ми вредностей в атмосфере и 0,2 для городов с разными лимити рующими показателями;

у - коэффициент, учитывающий количество автотранспорта i городе и равный 0 для городов с количеством автотранспорта д< 50 тыс. ед., 0,1 для городов с количеством автомобилей от 50 д< 100 тыс. ед., 0,2 для городов с количеством автомобилей от 101 до 200 тыс. ед. и 0,3 для городов с автопарком более 200 тыс. ед.

q - коэффициент, учитывающий характер, распределение ис точников загрязнения атмосферы на городской территории и рав ный 0 для городов с равномерным распределением ИЗА в промзо не и 0,15 для территорий с неравномерным распределением пред приятий.

На основании этого метода произведён расчёт количества ГО для городов РСО-Алания. Выбор места расположения ПН прове дён на основе рекогносцировочных обследований с учётом ме теорологических и рельефных особенностей городов, а также спе цифики ЗВ и расположения ИЗА.

Оптимальное количество ПН за состоянием водных объекта осуществлено с учётом расположения ИЗВ.

Результаты расчётов и исследований сведены в таблицы и при ведены в картографическом материале.

Четвёртая глава посвящена разработке технических средст]

управления экологическим мониторингом на базе принципов построения автоматизированных систем приёма, передачи и обработки информации.

Приведена краткая классификация автоматизированных систем сбора и передачи информации на пункт обработки по следующим признакам: назначению, виду передаваемой информации, типу канала связи, количеству каналов, способу соединения, способу обмена информацией и способу вызова и передачи.

Проведённый анализ известных технических средств приёма и передачи информации выявил, что они имеют существенные недостатки, что не позволяет их эффективно использовать в системах автоматизированного управления экологической обстановкой.

Предложена система приёма и передачи информации в структуре экологического мониторинга, лишённая этих недостатков, схема которой приведена на рис. 1.

Значения Вызов объектов, Информация Значения

контролируемых информация управления управления контролируемых

параметров параметров

Рис. 1. Структурная схема системы сбора и передачи информации в системе экологического мониторинга

Комплекс аппаратуры состоит из центрального и периферийны комплектов. Центральный комплект, в зависимости от общей струг туры экологического мониторинга, может располагаться как на цеь тральном пункте передачи информации, так и на промежуточны пунктах. Периферийные комплекты могут выполняться как стащ онарными, так и мобильными, и располагаться в местах формировг ния информации о состоянии окружающей среды. Передача инфор мации осуществляется по радиоканалу, образованному многоканал1 ными радиостанциями, например, Лен-В, Маяк, Пальма и др. И( пользование многоканальных радиостанций позволяет наряду с п< редачей цифровой информации осуществлять технологическую (р< чевую) связь различных абонентов.

Передача цифровой информации осуществляется на отдельно несущей частоте, на которую автоматически переключается рг диостанция передающего комплекта.

В разработанной системе предусмотрено несколько режимо работы: синхронный, адресный, адресно-синхронный.

В разработанной системе с целью обеспечения достоверност информации применён комплекс методов: кодирование элемента]: ных посылок-сигнала по нескольким взаимонезависимым коде вым признакам, поэлементный анализ принимаемых кодовых ко\ : бинаций на возможные искажения помехами, дублирование пер« даваемых сообщений заданное число раз.

Для обеспечения эффективного сбора, хранения, обработки мс ниторинговой информации, оперативного доступа к данной иь формации заинтересованных организаций и служб, а также дл обеспечения эффективного управления мониторинговыми рабе тами предложены разработанные алгоритмы обработки эколога ческой информации и соответствующее программное обеспечь ние.

В состав аппаратного обеспечения компьютерной системы о£ работки мониторинговой информации (КСМ) входят компькж ры архитектуры Х86 со стандартной периферией, оборудован« локальной вычислительной сети, телекоммуникационное обор) дование.

В качестве программной платформы КСМ используется СУБД <Fox Pro v2.6», а в качестве телекоммуникационного программ-шго обеспечения удалённого доступа - система «PC-Anyware». Токальный доступ обеспечивает сетевая операционная система (NetWare v3.12». Подпрограммы приёма-преобразования радио-щнных написаны на языке программирования «MS С++».

Разработаны компьютерные программы для формирования 5азы данных о состоянии эксплуатации природоохранных сооружений в комплексе мониторинговых наблюдений за ИЗА и ИЗВ с ^лью контроля нормативов ПДВ, ПДС и ПДЭН.

На их основании проведён анализ работы природоохранных >бъектов на предприятиях РСО-Алания. Данные проведённого шализа представлены в виде графического материала.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом диссертационной работы является разработка штоматизированной системы управления экологического монито->инга на базе предложенных технических средств автоматизирован-юго сбора, передачи и обработки экологической информации для шеративного управления качеством окружающей среды.

Основные выводы и итоги:

1. Сформулированы требования к системе экологического мо-шторинга как к системе управления экологической обстановкой. Токазано, что разработка структуры Единой системы экологи-[еского мониторинга для региона должна основываться на все-тороннем анализе природной среды и возможности оперативно-о управления качеством окружающей природной среды на осно-ie автоматизации управления.

2. Разработана система автоматизированного сбора и переда-[и информации, предусматривающая использование в системе >дних и тех же станций для передачи цифровой информации по »адиоканалам общего действия и позволяющая в отличие от дей-твующих расширить функциональные возможности системы правления экологической обстановкой.

3. Разработаны алгоритмы обработки информации, посту па ющей с постов наблюдений состояния природной среды и соот ветствующее программное обеспечение, позволившие оптимизи ровать рабочее место специалиста-эколога, работающего в сис теме экологического мониторинга, и организовать базу данньи для управления экологической обстановкой.

4. Впервые в качестве критерия эффективности автоматизи рованной системы экологического мониторинга предложена ве личина, представляющая собой отношение заданной достоверно сти выходной информации к минимальным затратам, необходи мым на обеспечение этой достоверности. Показано, что обеспе чение заданной достоверности выходной информации в систем! экологического мониторинга целесообразнее всего достигать не основе поэтапного выбора эффективного способа повышения до стоверности информации.

5. Для оценки степени вредности ИЗА и ИЗВ предложен мето; определения комплексного показателя характеристики источни ков загрязнения, позволяющий снижать объём передаваемой и об рабатываемой информации в системе автоматизированного эко логического мониторинга в 4^-8 раз.

6. Для расчёта оптимального количества постов наблюденш за состоянием атмосферного воздуха предложена эмпирическа$ формула, учитывающая характер загрязнения, рельеф местное ти и распределение источников загрязнения атмосферы на территории населённого пункта, и позволяющая определение необхо димого количества постов с разбросом точности в 15 % вместо 30-70 % при определении по существующим методикам.

7. Разработана сеть наблюдений за состоянием окружающей природной среды, позволяющая выделить «зоны притяжения» * источникам её загрязнения, что повышает репрезентативное™ информационного массива, собираемого на постах наблюдения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО

В СЛЕДУЮЩИХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТАХ:

1. Цгоев Т.Ф. Проблемы охраны вод р. Камбилеевка от агрязнений. В кн. "Региональные проблемы охраны природы Неверного Кавказа". Межвузовский сборник научных трудов. -Владикавказ: СОГУ, 1992 с. 91-100.

2. Вагин B.C., Цгоев Т.Ф., Фёдоров И.Г., Теняев В.Г. Эколо-ический мониторинг состояния окружающей среды и источни-:ов её загрязнения в Республике Северная Осетия-Алания - в кн.. Проблемы экологического мониторинга". Материалы конфе-1енции от 16-19 октября 1995 г. - Уфа: Институт проблем при-ладной экологии и природопользования Республики Башкорто-тан, 1995 с. 21-23.

3. Вагин B.C., Цгоев Т.Ф., Фёдоров И.Г. Государственная тратегия Республики Северная Осетия-Алания по охране окружающей среды и обеспечения устойчивого развития. - В кн. Мониторинг и оптимизация природопользования". Тезисы ;окладов международного симпозиума 1996 - М.: РАН, РЭА, ОНЕПКОМ. 1996 с. 25-27.

4. Вагин B.C., Цгоев Т.Ф., Фёдоров И.Г. Реализация единой истемы экологического мониторинга Республики Северная )сетия-Алания /ЕСЭМ РСО-А/ - В кн. "Мониторинг и оптими-ация природопользования". Тезисы докладов международного импозиума 1996 - М.: РАИ, РЭА, ЮНЭПКОМ, 1996. С. 52-54.

5. Алборов И.Д., Голик В.И., Цгоев Т.Ф. Экология промыш-енного производства - Владикавказ: Рухс, 1996 - 343 с.

6. Государственный доклад «О состоянии окружающей риродной среды Республики Северная Осетия-Алания в 1995

.» /Цгоев т.Ф. и др., под общей редакцией Вагина B.C./ - Влади-авказ: Проект-Пресс, 1996 - 236 с.

7. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Северная Осетия-Алания в 1992 г.» /Цгоев т.Ф. и др., под общей редакцией Вагина B.C./ - Владикавказ: РИО Минприроды, 1993 - 124 с.

8. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Северная Осетия-Алания в 1993 г.» /Цгоев Т.Ф. и др., под общей редакцией Вагина B.C./ - Владикавказ: Госкомиздат PCO, 1994 - 184 с.

9. Цгоев Т.Ф., Гриднев Е.А. К вопросу организации мониторинга земель в республике Северная Осетия-Алания. - В кн. "Тезисы докладов межвузовской конференции Горского Госаг-роуниверситета по итогам НИР 1996 г.» - Владикавказ: Типография ГГАУ, 1997. С. 62-63.

10. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Северная Осетия-Алания в 1994 г.» /Цгоев Т.Ф. и др., под общей редакцией Вагина B.C./ - Владикавказ: РИО Минприроды, Проект-Пресс, 1996 - 236 с.

11. Цгоев Т.Ф. Место и роль Единой системы экологического мониторинга РСО-Алания в обеспечении управления экологической обстановкой. - Владикавказ: СОЦНТИ. 1997. - 4 с.

12. Дедегкаев А.Г., Алексеев А.П., Цгоев Т.Ф. Передача информации в системах автоматизированного экологического мониторинга. В сборнике трудов международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии.» - Владикавказ: Терек. 1997. С. 35-39.

13." Дедегкаев А.Г., Пагиев К.Х., Цгоев Т.Ф. Концепций организации автоматизированного мониторинга лесных ресурсов Республики Северная Осетия-Алания. В сборнике трудов международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии.» -Владикавказ: Терек. 1997. С. 78-83.

14. Цгоев Т.Ф. Использование народного мониторинга в равлении экологической обстановкой. - Владикавказ: СОЦ-ГИ, 18997. - 4 с.

>рмат60x84 1/16. Печать офсетная. Усл.п.л. 1,5. Тираж 100. Заказ№454

печатано в РИО Минприроды РСО-Алания Зладикавказ, ул. Иристонская, 25.