Разработанная распределенная автоматизированная система за счет использования современных информационных технологий позволяет повысить эффективность научных исследований распространения загрязняющих веществ, выбрасываемых химико-технологическими предприятиями в атмосферу промышленного региона.
Ключевые слова:автоматизированная система, научные исследования, химическая технология, концентрация загрязняющих веществ, атмосферный воздух, промышленный регион.
В настоящее время автоматизация научных исследований приобретает все большее значение для повышения эффективности науки, так как позволяет проводить более точные и полные исследования, получать более точные модели исследуемых объектов и явлений, ускорять ход научных исследований, уменьшать их трудоемкость. Особенно это касается случаев, когда изучать и исследовать сложные объекты и процессы традиционными методами затруднительно или невозможно.
Современные химико-технологические производства, такие, как ОАО “НАК «Азот»”, ООО «Проктер энд Гэмбл – Новомосковск», ОАО «Поликонт», ОАО «Кнауф Гипс Новомосковск», а также другие предприятия (ОАО «ГОТЭК-Центр», ОАО «Новомосковская ГРЭС» и т.п.), расположенные на территории МО «г. Новомосковск Тульской области», в процессе своей деятельности выбрасывают в атмосферу огромное количество загрязняющих веществ (ЗВ). В последнее время в регионе наблюдается рост объемов производства предприятий химической технологии, стремительными темпами развивается транспортная инфраструктура региона, строятся новые автомагистрали. Все это ведет к росту жалоб населения г. Новомосковска и Новомосковского района на качество атмосферного воздуха, состояние которого непосредственно влияет на жизнь и здоровье людей. Очень часто жалобы касаются запаха вредных веществ (сероводорода, нафталина и т.п.), однако последующие лабораторные исследования не подтверждают наличие этих веществ в атмосферном воздухе. Контролирующие органы могут проводить измерения только по нормируемым веществам, кроме того, время от жалобы до забора проб для анализа может составлять часы, а зачастую и десятки часов. Такая ситуация характерна для любого города с большим количеством химико-технологических предприятий.
Масштабные аналитические исследования выбросов химико-технологических предприятий в атмосферу и их распространения по окружающим территориям очень дороги, так как часто возникает ситуация, когда заранее не известно, что надо измерять и в каком месте. По результатам исследования более чем десятилетней давности в атмосфере г. Новомосковска содержатся более 150 вредных веществ. На химико-технологических и иных предприятиях существуют собственные лаборатории контроля ЗВ, однако доступ к результатам их аналитической деятельности, необходимой для принятия управленческих решений по снижению концентраций ЗВ в атмосфере ограничен, а зачастую и не доступен совсем. Ресурсная база при выполнении исследовательских работ контролирующих органов ограничена, оборудование лабораторий устарело и влечет за собой низкий уровень качества аналитики и результатов исследований.
Исходя из вышеизложенного, в рамках муниципальной программы МО «г. Новомосковск» «Информационное обеспечение экологической безопасности и охраны здоровья населения на 2011-2013 годы» возникла необходимость в создании эффективной системы исследований распространения ЗВ в атмосферном воздухе региона.
Для осуществления поставленной цели был сформулирован и решен ряд научных и технических задач. К ним можно отнести:
1) разработку структуры и состава распределенной автоматизированной системы научных исследований с удаленным доступом;
2) создание базы данных (БД) химико-технологических предприятий - источников загрязнения атмосферного воздуха МО «г. Новомосковск Тульской области»;
3) создание БД норм, законов, ГОСТ, СНиП и т.п. с удаленным доступом через Интернет для оперативного использования и пополнения;
4) создание БД ЗВ, контроль которых осуществляется в соответствии с нормами и законами РФ;
5) создание БД моделей распространения ЗВ в атмосфере;
6) создание БД технических средств измерения ЗВ, регламентируемых ГОСТ;
7) создание БД программ моделирования распространения ЗВ;
8) создание БД справочной и учебной литературы по тематике исследования для обучения пользователей и студентов ВУЗов;
9) разработку упрощенной модели МО «г. Новомосковск» с учетом рельефа местности и застройки;
10) разработку методики проведения исследований распространения ЗВ в атмосфере;
11) проведение исследования распространения потоков воздушных масс по территории МО «г. Новомосковск» и сформирование рекомендаций по проведению замеров концентраций ЗВ в приземном слое атмосферы (координаты, способы измерения, количество измерений и т.п.).
Состав и структура АСНИ распространения ЗВ в атмосферном воздухе МО «г. Новомосковск» приведены на рис.1.
Рисунок 1 — Техническая структура АСНИ:
ЦСиОИ – центр сбора и обработки информации; ПНЗА 1… ПНЗА N -
стационарные посты наблюдения загрязнения атмосферы;
ЛВС – локальная вычислительная сеть стационарных пользователей
Информация о состоянии загрязнения атмосферного воздуха поступает от ПНЗА (рис.1) через Интернет в ЦСиОИ, где автоматически заносится в соответствующую БД. Пользователи (стационарные, мобильные, одиночные и др.), имеющие соответствующий доступ к системе, могут работать с различными БД, входящими в АСНИ (см.выше), проводить исследования, пополнять БД соответствующей информацией, поддерживать работоспособность системы (привилегированные пользователи).
Информационная структура АСНИ изображена на рис.2.
Как видно из рис.2, отличительной особенностью разработанной АСНИ является тесное взаимодействие пользователей с системой через Интернет. Пользователи и отдельные БД системы могут быть расположены очень далеко территориально друг от друга, что не мешает им эффективно работать. Необходимым условием их работы является наличие доступа к сети Интернет.
В [1] приведен анализ различных способов организации доступа к Интернет. В разработанной системе используется как проводной, так и беспроводной доступ через WiMAX и 3G.
Рисунок 2 — Информационная структура АСНИ:
БД – базы данных; PC 1… PC N – компьютеры пользователей
Методика работы в системе сводится к следующему.
1. Пользователь подключается к Интернету и вводит в адресной строке браузера (например, Internet Explorer) адрес специального сайта, где размещен web-интерфейс доступа к разработанной АСНИ.
2. После регистрации в системе пользователь попадает на главную страницу, где расположено меню, с помощью которого можно выбрать, с какой БД он хочет работать.
3. Далее, загрузив на свой компьютер исходные данные для моделирования из соответствующих БД, пользователь может проводить исследования с помощью установленных ранее на его компьютер пакетов прикладных программ (ППП) либо разработанных им самим программ.
4. Результаты моделирования, исследований и т.п. затем заносятся в соответствующие БД и будут доступны другим пользователям.
Таким образом, разработанная АСНИ является, в отличие от традиционных, распределенной, так как расположена на многих компьютерах, объединенных через Интернет.
Основной сайт с web-интерфйесом построен по динамической технологии – вся информация хранится в базе данных, а страницы генерируются «на лету» автоматически, по мере доступа к ним [1-2].
Результаты моделирования в виде HTML-файлов можно размещать в Интернете. На их основе в дальнейшем планируется создавать интерактивные карты территорий загрязнения.
В качестве примера моделирования на рис.3 приведена укрупненная схема МО «г. Новомосковск», на которой путем наложения получены пути распространения воздушных потоков ЗВ для различных метеоусловий.
Рисунок 3 — Результаты моделирования в АСНИ:
ПНЗА №1… ПНЗА №3 – действующие стационарные посты
наблюдения загрязнения атмосферы
На рис.3 отмечены «крестами» рекомендуемые места расположения ПНЗА (на них указывают стрелки).
Моделирование проводилось при различных направлениях ветра и его скорости, однако после наложения друг на друга результатов моделирования хорошо видно места наибольшей концентрации ЗВ в приземном слое атмосферного воздуха.
Практическая значимость работы заключается в том, что с помощью созданной АСНИ разработаны рекомендации по осуществлению измерений ЗВ: подобраны технические средства измерений, места измерений, разработан оптимальный маршрут движения передвижной лаборатории измерения ЗВ в атмосфере. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в учебном процессе в курсах «Моделирование систем и процессов», «Диагностика и надежность автоматизированных систем», «Безопасность жизнедеятельности».
1. Вент Д.П., Бархум Ибрахим, Али Мансур. Современные информационные технологии в автоматизированных системах экологического мониторинга атмосферного воздуха: монография. Новомосковск, 2008. 160 с.
2. Волков В.Ю., Батышкина В.В., Башир Самаха Аббас. Виртуальная система мониторинга состояния атмосферного воздуха г. Новомосковска Тульской области // Датчики и системы. № 11. 2010. С. 46.
Волков Владислав Юрьевич, канд. техн. наук, доц., duga@mail.ru, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
Cамаха Башир Аббас, аспирант, bachir83_hb@yahoo.com, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
Developed a distributed automation system at the expense of uses of modern information technology can improve the efficiency of research distribution of pollutants emitted by chemical-technological enterprises in the air of industrial region.
Key words: automated system, scientific research, chemical engineering, the concentration of pollutants, air, industrial region.
Volkov Vladislav Yurievich, candidate of technical science, docent, duga@mail.ru, Russia, Novomoskovsk, Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia", Novomoskovsk branch
Samacha Bashir Abbas, postgraduate student, bachir83_hb@yahoo.com, Russia, Novomoskovsk, Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "D. Mendeleyev university of Chemical Technology of Russia", Novomoskovsk branch