Динамические модели прогноза загрязнений для информационных систем экологического производственного мониторинга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Марчуков, Сергей Сергеевич

• Марчуков, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Марчуков, Сергей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

1.1 Существующие Автоматизированные Системы Экологического Мониторинга.

1.2 Особенности функционирования систем.

1.3 Проблемы прогнозирования загрязнений в АСЭМ промышленных предприятий. Формулировка задачи.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ.

2.1 Особенности физических процессов распространения загрязнений в воздушной среде промышленного пред приятия.

2.2 Математические модели динамики загрязнений.

2.3 Экспериментально - статистические модели динамики загрязнений.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.

3.1 Методы и алгоритмы построения динамических моделей методом наименьших квадратов.

3.2 Последовательные методы оценивания параметров динамических моделей.

3.3 Экспериментально-статистические модели объектов с распределенными параметрами.

3.4 Методы построения и анализа полиномиальных моделей загрязнения.

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

В АСЭМ.

4.1 Функциональная структура подсистемы прогнозирования и принятия решений АСЭМ.

4.2 Аппаратные средства реализации подсистем прогнозирования и принятия решений в АСЭМ.

4.3 Программное обеспечение подсистемы прогнозирования и принятия решений.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПРИ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ СОДЕРЖАНИЯ РАДОНА В АТМОСФЕРЕ ПРЕДПРИЯТИЯ.

5.1 Особенности объекта экологического мониторинга.

5.2 Регрессионные модели экологического мониторинга содержания радона в атмосфере шахты.

5.3 Регрессионные модели недельного прогноза динамики радона.

5.4 Регрессионные модели недельного прогноза радона по отдельной камере.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамические модели прогноза загрязнений для информационных систем экологического производственного мониторинга»

Актуальность работы. В настоящее время существенно возросла актуальность и значимость химического и радиохимического экологического мониторинга атмосферы промышленных предприятий. Это связано с тем, что с наличием химического и радиационного загрязнения атмосферы сталкивается большое число промышленных предприятий атомной энергетики, горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности, промышленности строительных материалов, причем для многих из них содержание в атмосфере концентраций загрязнений близка к критическим значениям. Одним из наиболее распространенных загрязнений воздушной среды, наряду с СО, СО2 и ЕСХНУ. является загрязнение радоном. Радон химически не активен, однако, широта его распространения в промышленности и опасность накопления на территориях предприятий (строительная индустрия, шахты, рудники и т.д.) привела к созданию как российской, так и крупных международных программ по изучению его воздействия на здоровье людей и выработке соответствующих методов и средств контроля за его концентрированием.

Системы радиационного и химического мониторинга в настоящее время интенсивно развиваются для экологическокого мониторинга атмосферы вокруг предприятий и на примыкающих территориях. Вопросы же создания систем экологического мониторинга внутренней атмосферы исследованы в настоящее время достаточно слабо. Кроме того, недостатком существующих систем мониторинга является то, что они, в основном, обеспечивают лишь наблюдение за параметрами экологической обстановки и их регистрацию. Для существенного повышения экологической безопасности предприятия, снижения риска воздействия опасного химического или радиационного загрязнения на работников предприятия и населения прилегающих к ней территорий, большую роль играют подсистемы оперативного прогноза развития загрязнений, которые, на основе информации о развитии экологической обстановки, позволят выработать рекомендации для руководителей различного уровня.

Цель работы - разработка методов и моделей оперативного прогнозирования динамики концентрации загрязняющих веществ в атмосфере для информационных систем экологического производственного мониторинга предприятий. В диссертационной работе решаются следующие задачи:

• обзор существующих информационно-советующих автоматизированных систем экологического мониторинга атмосферы промышленных предприятий, их функциональных структур и режимов использования;

• анализ теоретических моделей распространения загрязнений в атмосфере и их недостатков, затрудняющих использование их для прогнозирования динамики распространения загрязнений в замкнутом объеме промышленных предприятий ;

• обоснование возможности и преимущества экспериментально-статистических многомерных полиномиальных моделей для прогноза развития загрязнений;

• разработка методов и алгоритмов оценивания параметров динамических полиномиальных моделей распространения загрязнений в атмосфере промышленного предприятия;

• разработка функциональной структуры подсистемы прогноза развития загрязнений для принятия решений в информационно-советующих системах производственного экологического мониторинга.;

• исследование эффективности разработанных алгоритмов в системе экологического радиохимического мониторинга атмосферы рудника Минцветмета для прогнозирования динамики концентрации радона.

Научная значимость и новизна работы заключается в :

• разработке методов оценивания параметров динамических полиномиальных моделей загрязнений атмосферы промышленного предприятия, отличающихся от уже известных тем, что допускают возможность алгоритмической реализации операций аналитического дифференцирования, интегрирования и других преобразований, позволяющих существенно упростить структуру программного обеспечения;

• методах и алгоритмах оперативного прогнозирования динамики загрязнений атмосферы промышленного предприятия, основанных на использовании идей последовательного статистического оценивания, отличающихся от известных тем, что статистические оценки вычисляются в реальном времени, синхронно с поступлением данных от датчиков Автоматизированной Системы Экологического Мониторинга;

• предложенной функциональной структуре подсистемы прогнозирования динамики загрязнений атмосферы для АСЭМ промышленного предприятия, отличающейся от известных компактностью программного комплекса, простотой настройки и адаптации для конкретных систем принятия решений экологического мониторинга промышленных предприятий, использованием стандартных, эффективных, недорогих и надежных аппаратных и системных средств.

Практическая значимость работы заключается в:

• полученных в диссертационной работе программных комплексах экспериментально-статистического прогнозирования динамики радиохимических загрязнений атмосферы промышленного предприятия;

• методиках исследования зависимости концентрации радона в атмосфере рудника от горно-технологических условий и объёмов выполняемых работ;

• разработанных алгоритмах и программах, сданных в опытную эксплуатацию подсистемы "ПРОГНОЗ РАДОНА" АСУТП шахты 45 Дзезк. Горн.Рудн. комбината с 20.12.92 г.

Разработанные программные продукты и методики могут быть использованы при создании АСЭМ горно-рудных предприятий Минтопэнерго, Минцветмета, и Минатома России.

Обоснованность и достоверность полученных результатов. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы :

• корректным использованием математического аппарата многомерного статистического анализа, теории вероятности, теории идентификации динамических объектов ;

• сопоставимостью результатов теоретических результатов, результатов экспериментальной проверки в промышленных условиях и результатов имитационного моделирования основных процедур последовательного оценивания параметров моделей динамики с точностью 10-11 процентов относительных величин .

Апробация работы: Работа над диссертацией выполнялась в рамках отраслевой программы Минцветмета СССР «Экология и охрана окружающей среды», комплексной Государственной Научно-Технической Программы Министерства науки и технической политики Российской Федерации «Недра России», утвержденной 09.10. 1995 г. и подпрограммы «Экогорметкомплекс будующего» Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения». Эффективность предложенных теоретических методов, алгоритмов прогнозирования, технических решений и программно-аппаратных комплексов подтверждается результатами опытной эксплуатацией алгоритмов и программ экспериментально-статистического прогнозирования динамики концентрации радона в действующей автоматизированной системе экологического радиохимического мониторинга атмосферы рудника 45 «Джезгазганцветмет».

Основные результаты работы были доложены на:

• отраслевой научно-технической конференции по проблемам ракетной и космической техники ,М., 1988 г.;

• четвертом международном конгрессе «Информационные проблемы экологического мониторинга» , Бургас, 1995 г.;

• выставке Министерства обороны и министерства Атомной промышленности РФ «Системы экологической безопасности двойного назначения» , М., 1996 г.;

• семинаре «Автоматизированные системы экологического мониторинга» , Московского Горного Института , М., 1991 г.;

• семинаре «Математическое моделирование в системах экологического мониторинга» , кафедры «Информационные технологии» , Московской Государственной Академии Тонкой Химической Технологии, М.,1997 г.

По теме диссертации опубликовано 7 работ. к