Экология/6. Экологический мониторинг

К.т.н. Цгоев Т. Ф., Д.т.н. Алборов И.Д.

Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(Государственный технологический университет

Разработка автоматизированной системы

регионального экологического мониторинга

(на примере РСО-Алания)

В связи с усилением техногенного воздействия чрезвычайно важной становится организация контроля состояния природной среды, её непрерывных изменений и определение тенденций в её изменениях. Контроль необходим, как за изменениями, вызванными антропогенными воздействиями, так и за изменениями, вызванными естественными явлениями. При этом изменения, вызванные антропогенными воздействиями, накладываются на естественные изменения, а иногда усиливаются ими.

Изучение и выделение антропогенных изменений и колебаний состояния окружающей среды на фоне естественных – представляет актуальную задачу и являются одним из основных направлений современной науки.

В связи с необходимостью постоянного выявления антропогенных изменений состояния природной среды имеется потребность в организации эффективной информационно-управляющей системы – системы наблюдений и анализа состояния природной среды, прогноза и управления её качеством путём принятия научно-обоснованных программ по снижению объёмов загрязнений, поступающих в природную среду, то есть системы экологическогомониторинга (СЭМ). Существующие СЭМ 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. Вопросы прогнозирования и управления качеством окружающей среды в этих системах проработаны недостаточно из-за отсутствия научно-обоснованных критериев и путей их решения. Не решены вопросы взаимодействия подсистем наблюдений за состоянием отдельных сфер природной среды из-за узковедомственных интересов различных организаций, не задействованных в единой системе и не предусмотренного в ней единого системообразующего и финансирующего органа.

Одной из главных причин неэффективного управления экологической обстановкой является отсутствие достаточных автоматизированных систем передачи, приёма и обработки информации между структурными подразделениями СЭМ по горизонтали – между подсистемами и пунктами наблюдений за состоянием природных сред, источниками их загрязнений и реакцией биоты на эти загрязнения, а также по иерархии – по восходящим и нисходящим линиям между различными блоками системы (объект наблюдения, пункты и посты наблюдений, оценка, прогноз и управление экологической обстановкой).

В связи с этим авторами предложены принципы построения высокоэффективной Единой Региональной Системы Экологического Мониторинга на примере Республики Северная Осетия-Алания, предусматривающая всесторонний анализ природной среды и оперативное управление её качеством. В нижних ярусах иерархической структуры управления республиканской СЭМ включена сеть наблюдений за окружающей средой и природными ресурсами с автоматизированной системой передачи и обработки информации, что создаёт организационную основу оперативного решения экологических проблем при эффективном функционировании последовательно-параллельных связей по восходящей и нисходящей линям между блоками структуры.

Структурная схема разработанной системы сбора и передачи информации для оперативного управления экологической обстановкой представлена на рис. 1.

Автоматизированная система сбора и передачи экологической информации, работает в нескольких режимах, что придаёт ей универсальность и позволяет использовать её в различных структурах СЭМ.

Комплекс аппаратуры состоит из центрального комплекта и периферийных комплектов. Центральный комплект в зависимости от общей структуры экологического мониторинга, может располагаться как на центральном пункте передачи информации, так и на промежуточных пунктах. Периферийные комплекты могут выполняться как стационарными, так и мобильными и располагается в местах формирования информации о состоянии окружающей среды. Передача информации осуществляется по радиоканалу, образованному многоканальными радиостанциями, например, Лен-В, Маяк, Пальма и др. Использование многоканальных радиостанций позволяет наряду с передачей цифровой информации осуществлять технологическую (речевую) связь различных абонентов.

251666432251662336251659264251661312251667456

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

Передача цифровой информации осуществляется на отдельной несущей частоте, на которую автоматически переключается радиостанция передающего комплекта.

В разработанной системе предусмотрено несколько режимов работы: синхронный, адресный, адресно-синхронный. При работе системы в синхронном режиме передача информации осуществляется циклично, передатчик каждого объекта включается на передачу информации в строго отведённое время в цикле опроса. Адресный режим осуществляется подачей на объект сигнала вызова на передачу, при приёме которого вызываемый объект включается на передачу информации по аналогии с адресным, после чего все объекты поочерёдно передают свою информацию в синхронном режиме.

На каждом объекте время передачи информации устанавливается вполне определенным, по достижении которого формируется сигнал на передачу информации. Кодовая комбинация, передаваемая с объекта, формируется блоком преобразователя кода ПК в соответствии с информацией, записываемой с объекта. Этому предшествует синхронизующий сигнал, которым на приемной стороне запускается узел формирования импульсов записи, расположенный в блоке приёмника, которым осуществляется запись принимаемой информации.

Работа системы в адресном режиме осуществляется по сигналу «запрос на передачу», передаваемому центральным комплектом, представляющему код номера вызываемого объекта. При приёме сигнала запроса объект, номер которого соответствует запрашиваемому, подключается на передачу информации. Порядок опроса объектов на передачу устанавливается на пункте приёма информации.

При адресно-синхронном режиме, по аналогии с адресным, формируется и передаётся на объект код объекта, вызываемого на передачу.При этом информация с запрашиваемого объекта передаётся непосредственно на первом канале, после чего все объекты поочерёдно осуществляют передачу информации в синхронном режиме.

Передача информации на периферийные комплекты осуществляется в адресном режиме, при этом центральным комплектом вместе с номером объекта на объекты передаётся информация управления.

В разработанной системе с целью обеспечения достоверности информации применён комплекс методов: кодирование элементарных посылок сигнала по нескольким взаимонезависимым кодовым признакам, поэлементный анализ принимаемых кодовых комбинаций на возможные искажения помехами, дублирование передаваемых сообщений заданное число раз.

В контексте предложенной автоматизированной СЭМ разработаны 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, а также методики определения оптимального количества постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов и на основании этого произвести расчёт необходимого количества таких постов в РСО-Алания, а также исследование способов выбора места расположения постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов;

Оптимальное количество постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха (N) города г Владикавказ определялся по формуле

, (1)

S_общ.–общая площадь городской территории в км²;

S_к– среднестатистическая площадь городской территории, обслуживаемая одним постом и равная 15 км²;

a– коэффициент, учитывающий рельеф местности и равный 0,1 для равнинной и проветриваемой местности и 0,3 – для горных и непроветриваемых территорий;

s– коэффициент, учитывающий характер загрязнения и равный 0,1 для городов с одинаковыми лимитирующими показателями вредностей в атмосфере и 0,2 для городов с разными лимитирующими показателями;

g– коэффициент, учитывающий количество автотранспорта в городе и равный 0 для городов с количеством автотранспорта до 50 тыс. ед., 0,1 для городов с количеством автомобилей от 50 до 100 тыс. ед., 0,2 для городов с количеством автомобилей от 100 до 200 тыс. ед. и 0,3 для городов с автопарком более 200 тыс. ед.;

q– коэффициент, учитывающий характер, распределение источников загрязнения атмосферы на городской территории и равный 0 для городов с равномерным распределением ИЗА в промзоне и 0,15 для территорий с неравномерным распределением предприятий.

В соответствии сэтой формулой оптимальное количество постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в г.Владикавказ составляет 11, вместо 4-х существующих.

Также в автоматизированной СЭМ предложено для определения степени воздействия для n-й экосистемы (A_n)в определенном регионе использовать формулу (2) из [4]:

(2)

где I_il (R_i, t)– концентрация загрязняющего вещества (или интенсивность воздействия какого-либо фактора в пространстве и во времени);

w_i (t) и m_l (t) – коэффициенты соответствующих превращений или переходов;

C_ilm– геометрический фактор, учитывающий воздействие на данный организм (элемент биосферы), фактически распределенный во времени и пространстве I_il(Rt);

e_ilm– эффект биологически вредного воздействия;

N_m– количество организмов n-популяции n-экосистемы подвергшихся воздействию;

K_m– чувствительность m-популяции в экосистеме к данному воздействию;

g_{i, i+k}– коэффициент, характеризующий эффект одновременного воздействия i-го, (i+k)-го (или любого другого ингредиентов;

x_{m, m+k}– коэффициент, учитывающий эффект одновременного воздействия на m-ю, (m+k)-ю (или любую другую) популяцию данной экосистемы;

Этой формулой можно воспользоваться для оценки состояния биосферы и оценки экологического ущерба. Эта формула может быть полезной и при обосновании системы мониторинга состояния окружающей природной среды.

Литература

1. Алексеев В.П., Андреев Е.А. Анализ средств передачи информации в АСУТП карьеров и перспективы их совершенствования. Материалы Всесоюзной школы «Опыт организации и эксплуатации средств связи на предприятиях цветной металлургии». ЦНИИЭИЦМ, 1981.С. 32-34

2. Вагин B.C., Цгоев Т.Ф., Фёдоров И.Г. Реализация единой системы экологического мониторинга Республики Северная Осетия-Алания (ЕСЭМ РСО-А). В сборнике «Мониторинг иоптимизация природопользования. Тезисы докладов международного симпозиума 1996». М.: РАИ, РЭА, ЮНЕПКОМ, 1996. С. 52-54

3. 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: Изд-во "Терек", 1997. С. 35-39.

4. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометиздат, 1979. –375 с.

5. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. М.: Минприроды РФ, 1992. –57 с.

6. Попов А.А., Кочин С.В. Компьютеризированные аналитические комплексы для экологического мониторинга. Приборы и системы управления, № 9. М.: Машиностроение. 1994.–89 с.

7. Цгоев Т.Ф. Разработка и исследование автоматизированной системы управления экологическим мониторингом (на примете РСО-Алания). Диссертация к.т.н., 1997. –194с.