Информационно-аналитическая система сбора и обработки данных о химических загрязнениях природной среды для управления экологической ситуацией на объектах газотранспортных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Лещинский, Владимир Борисович

• Лещинский, Владимир Борисович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лещинский, Владимир Борисович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ_4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ_7

1.1 Законодательно-нормативные требования к производственному экологическому мониторингу объектов газотранспортных систем_7

1.2 Анализ воздействия объектов газотранспортных систем на отдельные компоненты природной среды_10

1.3 Обнаружение и контроль химических загрязняющих веществ, выделяемых в природную среду объектами газовой промышленности_14

1.4 Общие принципы разработки систем производственного экологического мониторинга_28

1.5 Сбор, накопление и обработка данных для управления экологической ситуацией на объектах газотранспортных систем __33

Краткие выводы_3

ГЛАВА 2. ИАС ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ_37

2.1 Цели и задачи разработки. Функции ИАС._37

2.2 Анализ и формализация данных, обрабатываемых ИАС_39

2.3 Архитектура ИАС_52

2.4 Технология построения информационно-аналитической сети мониторинга ИАС_56

2.5 Комплексная оценка источников выбросов и сбросов загрязняющих веществ _60

2.6 Управление экологической безопасностью работы компрессорной станции при неблагоприятных метеоусловиях_62

Краткие выводы_65

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ИАС ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ_66

3.1 Общая схема реализации_66

3.2 Внешний уровень реализации_68

3.3 Логический уровень реализации_76

3.4 Физический уровень реализации_78

Краткие выводы _______83

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ ИАС_84

4.1 Внедрение в нормативных и методических документах газовой промышленности_84

4.2 Внедрение в системы производственного экологического мониторинга газопроводов __84

4.3 Внедрение в Надымском региональном информационно-аналитическом центре производственного экологического мониторинга РАО "Газпром"_87

Краткие выводы_93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ _94

ЛИТЕРАТУРА

95

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-аналитическая система сбора и обработки данных о химических загрязнениях природной среды для управления экологической ситуацией на объектах газотранспортных систем»

Введение

На современном этапе развития нефтегазовой промышленности функционирование объектов добычи, переработки и транспорта нефти и газа невозможно без учета состояния природной среды в местах размещения таких объектов, оценки влияния этих объектов на состояние природной среды. Необходимым условием управления безопасностью строительства и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса является комплексный анализ экологической ситуации, инженерно-технологических решений, состояния технологического оборудования, реальных режимов эксплуатации объектов, источников техногенного воздействия на природную среду. Такой анализ требует своевременного и эффективного информационного обеспечения, включающего обработку разнородных данных: технических, экологических, диспетчерских, управленческих и др., причем обрабатываемые данные носят как оперативный, так и ретроспективный характер.

В настоящее время ОАО "Газпром" разрабатывается система производственного экологического мониторинга (ПЭМ), включающая в себя комплекс информационно-аналитическую структур для контроля за состоянием природной среды в местах размещения объектов газовой промышленности. Дальнейшим развитием этой системы является интеграция систем экологического мониторинга, технической диагностики оборудования и автоматизированных систем управления технологическим процессами в единые комплексные системы управления производством и природоохранной деятельностью предприятий газовой промышленности.

В связи с этим представляется актуальной разработка информационно-аналитической системы, реализующей интегрированную информационную технологию сбора, накопления и обработки данных о всех аспектах состояния природной среды в местах размещения объектов газовой промышленности.

Целью работы является создание интегрированной информационно-аналитической системы сбора, накопления и обработки данных, обеспечивающей комплексную информационную поддержку управления экологической ситуацией на объектах газотранспортных систем.

Для достижения указанной цели ставятся и решаются следующие задачи:

• анализ современных методических, программных и технологических средств сбора, накопления, обработки и распространения информационных ресурсов;

• разработка принципов построения и архитектуры интегрированной информационно-аналитической системы (ИАС) сбора, накопления и обработки данных;

• программно-техническая реализация ИАС;

• практическое применение ИАС.

В работе впервые получены следующие новые результаты:

• на основе анализа загрязняющих химических веществ, контролируемых в настоящее время на газотранспортных предприятиях, и методик их химико-аналитического контроля выявлена специфика воздействия газотранспортных предприятий на различные компоненты природной среды; разработана методика структурирования подлежащих контролю химических веществ и методик контроля;

• разработана методика комплексной оценки источников выбросов и сбросов загрязняющих веществ объектов газотранспортных систем;

• разработана информационно-аналитическая система сбора и обработки данных о химических загрязнениях природной среды в местах расположения объектов газотранспортных систем;

• разработана система поддержки принятия решений для управления экологической безопасностью эксплуатации компрессорных станций магистральных газопроводов.

Результаты, полученные в работе, использованы

• в нормативных и методических документах, в том числе стандартах газовой промышленности,

• при проектировании систем производственного экологического мониторинга магистрального газопровода Ямал-Европа и магистрального газопровода "Россия - Турция" (кавказское направление);

• для экологического мониторинга строительства газопровода - отвода к гг. Архангельску и Северодвинску;

• при создании Надымского регионального информационно-аналитического центра производственного экологического мониторинга РАО "Газпром".

Результаты работы обсуждались на:

• 7-м международном коллоквиуме по проблемам безопасности газопроводов высокого давления после длительной эксплуатации (Прага, март 1998);

• 8-й международной деловой встрече "Диагностика-98" (Сочи, апрель 1998);

• заседании секции "Экология и охрана окружающей среды" Научно-технического совета РАО "Газпром" (Саратов, июль 1998);

• ряде отраслевых научно-технических совещаний. Публикации

Полученные в работе результаты изложены в 11 опубликованных работах.

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Лещинский, Владимир Борисович

Результаты работы использованы при создании Надымского регионального информационно-аналитического центра (РИАЦ) производственного экологического мониторинга РАО "Газпром". В рамках РИАЦ выполняется сбор и обработка экологической информации с 5 действующих предприятий газовой промышленности Надым-Пур-Тазовского газодобывающего района. В настоящее время введена в эксплуатацию первая очередь центра. В перспективе предусмотрена возможность увеличения объема информации, обрабатываемой Надымским РИАЦ ПЭМ, при строительстве новых газотранспортных систем на полуострове Ямал [18].

Источники поступления информации, используемой в рамках РИАЦ, подразделяются на несколько типов. В первую очередь, следует выделить источники первичной информации, представляющей собой данные режимных наблюдений (как правило, дискретная цифровая информация), а также в результаты дистанционного мониторинга (площадная, зачастую качественная информация, реже количественная). К этому же типу источников информации можно отнести сведения о состоянии окружающей среды, поступающие из различных организаций.

Одним из источников является информация, получаемая при работе космической системы спектрального зондирования по международной программе «АОЕОБ» по оценке эмиссии метана и оксидов азота на объектах РАО «Газпром». При этом каждые 40 суток поступают сведения о вертикальном распределении загрязнителей на высотах до 20-30 км с разрешением по вертикали до 300 м.

Особенностью данных, получаемых от источников первичной информации, является оперативность их получения, что позволяет использовать их непосредственно для обеспечения природоохранной деятельности, принятия решений, направленных на снижение негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.

Ко второму типу информационных источников можно отнести банки данных архивной и фондовой информации различного, в том числе экологического, содержания. Это фиксированная информация, хранящаяся в законченном виде, что позволяет получать ее многократно, и используемая, как правило, при научно-информационной обработке экологических данных. Именно информация, поступающая из банков данных архивной и фондовой информации, позволяет проводить ретроспективные оценки изменения состояния окружающей среды, дает возможность оценивать тенденции развития экосистем, создает базу для разработки прогнозов и рекомендаций.

Третьим типом источников информации являются кадастры природных ресурсов, ведущихся различными ведомствами. Информация из этих источников представляет собой, как правило, результаты начальной обработки первичных данных и поступает в текстовом или цифровом виде. По своим свойствам эта информация занимает промежуточное положение между сведениями, поступающими из первого и второго типа источников информации - характеризуется значительной оперативностью, уступая однако при этом оперативности первичных данных, и представляет собой сведения многократного использования, но уступающие при этом по информативности архивным и фондовым данным.

Потребители информации РИАЦ также различаются по характеру использования получаемых данных. Выделим несколько способов использования информации РИАЦ:

• для оценки состояния окружающей среды и степени антропогенного воздействия на нее;

• для принятия решений по организации природопользования;

• для осуществления контроля природопользованием;

• для использованием в производственных целях;

• для архивирования.

В зависимости от способов использования определяются состав, объем и оперативность передачи информации тем или иным пользователям.

В РИАЦ данные, полученные от систем мониторинга отдельных промышленных объектов, подвергаются вторичной аналитической обработке по установленному регламенту или по специальному запросу конечных потребителей экологической информации, оценивается сопоставимость данных, а также производится:

• построение карт по данным наземных наблюдений;

• оцифровка аэрокосмических снимков, авторских карт с разрезами;

• картографическая привязка точечных данных.

Вторичная обработка включает в себя комплексный анализ точечной и плоскостной информации (карты, аэрофотоснимки) с построением пакета синтетических карт и разрезов на базе геоинформационных (ГИС) технологий. Результаты и процедура проведения анализа заносятся в банк данных и базу знаний, что позволит, со временем, организовать полуавтоматическую или автоматическую (с применением систем искусственного интеллекта) аналитическую обработку данных в повторяющихся ситуациях [19].

На основе информации, хранимой в банке данных в центре ПЭМ соответствующего уровня, по запросу или оговоренному регламенту подготавливаются оценки, прогнозы и рекомендации различного типа, адаптированные для использования в целях планирования и проведения природоохранных мероприятий РАО Газпром.

В состав компьютерного комплекса РИАЦ входит:

• компьютерное оборудование различного назначения, необходимое для решения специфичных задач, стоящих перед подразделениями РИАЦ и объединенное в единую систему посредством локальной вычислительной сети (ЛВС):

• программное обеспечение, предназначенное для решения общесистемных и офисных задач:

• прикладное программное обеспечение и информационные банки, предназначенные для решения задач по контролю экологического состояния технических и природных объектов, в том числе

• средства обработки данных авиационного патрулирования;

• базы данных;

• геоинформационные системы;

• базы знаний, экспертные системы, системы поддержки принятия решений;

• программные средства численного моделирования процессов в геотехнических системах;

• прикладное программное обеспечение для статистической обработки данных, расчета тенденций изменения характеристик объектов окружающей среды, экономической оценки ущербов окружающей среды и т.п.;

• программы обработки данных дистанционного зондирования;

• системы управления электронным документооборотом.

Архитектура иформационно-аналитической подсистемы РИАЦ близка к архитектуре, предложенной в п.2.3 и включает в себя подсистемы:

• сбора и передачи информации;

• научно-информационной обработки данных и обеспечения природоохранной деятельности предприятий РАО "Газпром";

• программно-техническую.

Особенностью региона является чрезвычайная восприимчивость природного комплекса к техногенным воздействиям, вызванная расположением месторождений в крайне суровых арктических условиях. Поэтому оценка воздействия на окружающую среду технических сооружений газотранспортных систем в этом районе включает в себя ряд специфических задач. В связи с этим в рамках ИАС выполнено расширение функций приложений, обеспечивающих мониторинг природной среды и расчеты оценок воздействия на среду объектов газотранспортных систем.

Пример результатов, полученных с помощью одного из проблемно-ориентированных приложений, связанного анализом распространения пятна загрязнения морской воды взвесями грунтов в Байдарацкой губе, представлен на рис.4.1.

Рис.4.1 Распространение пятна загрязнения морской воды взвесями грунтов в Байдарацкой губе

Краткие выводы

В четвертой главе описано внедрение результатов диссертационной работы:

• в нормативных и методических документах газовой промышленности

• системы производственного экологического мониторинга газопроводов

• в Надымском региональном информационно-аналитическом центре производственного экологического мониторинга РАО "Газпром"

Заключение

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

• выявлена специфика воздействия газотранспортных предприятий на различные компоненты природной среды; на основе разработанной методики составлен структурированный перечень подлежащих контролю химических веществ и методик контроля;

• разработана методика комплексной оценки источников выбросов и сбросов загрязняющих веществ для объектов газотранспортных систем;

• разработана информационно-аналитическая система (ИАС) сбора и обработки данных о химических загрязнениях природной среды в местах расположения объектов газотранспортных систем;

• разработаны модели данных для ИАС производственного экологического мониторинга объектов газотранспортных систем;

• разработана система поддержки принятия решений для управления экологической безопасностью эксплуатации компрессорных станций магистральных газопроводов;

• результаты, полученные в работе, использованы в нормативных и методических документах, в том числе отраслевых стандартах, при проектировании систем экологического мониторинга магистральных газопроводов Ямал-Европа и "Россия - Турция" (кавказское направление), строительстве газопровода - отвода к гг. Архангельску и Северодвинску, а также при создании Надымского регионального информационно-аналитического центра производственного экологического мониторинга РАО "Газпром".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лещинский, Владимир Борисович, 1998 год

Литература

1. Баранов A.B., Бордюгов А.Г., Ульрнх О.Я. Природоохранные мероприятия на объектах добычи, переработки и транспорта газа. М., ВНИИЭгазпром, 1988.

2. Белошапков A.B., Лещинский В.Б. Оценка воздействия строительства и эксплуатации перехода на природную среду. Подходы к оценке воздействия. В кн.: Природные условия Байдарацкой губы. Основные результаты для строительства подводного перехода. М.,Геос, 1997, с.3.2.1-3.2.8

3. Берлянд М.Е. Современные проблемы гидрометеорологии и загрязнения атмосферы. Л: Гидрометеоиздат, 1975.

4. Борисов А. Инструментальные средства разработчика ГИС-приложений.-Computerworld, 1995, №15.

5. Босняцкий Г.П., Гриценко А.И., Седых А.Д. Проблемы экологического мониторинга в газовой промышленности. М., Ника-5,1993.

6. Брусиловский П. М., Тильман Л.М. Построение полиномиальных моделей сложных систем: синтез эмпирической и экспертной информации. - Уфа, 1992.

7. Вагин В.Н. Дедукция и обобщение в системах принятия решений. -М. Наука, 1988.

8. Гаев А.Я. Подземное захоронение сточных вод на предприятиях газовой промышленности. Л., Недра, 1988

9. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М., Химия, 1988.

10. Горстко А.Б., Сурков Ф.А. Математика и проблемы сохранения природы. М.: Знание, 1975.

11. Дедиков Е.В., Егоров И.Ф., Лещинский В.Б Научно-методические основы создания системы производственного экологического мониторинга газовой промышленности. Материалы секции НТС по теме

"Основные направления создания системы производственного экологического мониторинга РАО "Газпром", ее разработка и опытно-промышленное внедрение" М., ИРЦ Газпром, 1998.

12. Допустимые выбросы радиоактивных и вредных химических веществ в приземный слой атмосферы / Под редакцией E.H. Теверовского и И.А. Терновского. М: Атомиздат,1980.

13. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометиздат,- 1984.

14. Информационные системы общего назначения- М.: Финансы и статистика, 1975.

15. Кинстон П. Использование и обработка данных. Введение в сводное сообщение "Новые идеи в географии", сб.2.-М.: Прогресс, 1976.

16. Кошкарев A.B., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы.- М.: Наука, 1982.

17. Лайтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л: Гидрометеоиздат, 1970

18. Лещинский В.Б. Информация о проектировании Надымского РИАЦ системы производственного экологического мониторинга РАО "Газпром". ГИС-ассоциация, М.,1997, информационный бюллетень №2(9), с.63.

19. Лещинский В.Б. Мероприятия по охране окружающей среды при сооружении и эксплуатации магистральных газопроводов в районах Западной Сибири и Крайнего Севера. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса". М., ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1988, с.66-68

20. Лещинский В.Б. Средства контроля окружающей природной среды. Экспресс-информация "Зарубежная техника". ВНИИЭгазпром, М., 1975 №22(284), с.14-18

21. Лещинский В.Б., Солодовников A.B. Защита окружающей среды на объектах добычи и переработки природного газа. Научно-технический

обзор. Серия: природный газ и защита окружающей среды. ВНИИЭгазпром, М., 1977.

22. Малышев В.Б. Дистанционные методы определения состояния и динамики геосистем.-М.:АН СССР, Ин-т географии, 1988.

23. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука,- 1989.

24. Математическое моделирование. Процессы в сложных экономических и экологических системах.- М.: Наука, 1986.

25. Мелетиев A.B., Лещинский В.Б., Кобяков A.B. Перспективы использования авиационного обследования состояния магистральных трубопроводов ДП "Мострансгаз" для оценки состояния различных трубопроводов РАО "Газпром" и нефтяных компаний России. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Химия, технология и экология переработки природного газа" ГАГНГ, М., 1996, с.117.

26. Методические указания по аналитическому контролю воздуха на содержание окислов азота и углерода на предприятиях газовой промышленности (РД 51-99-85)

27. Методические указания по санитарно-химическому контролю воздушной среды на обнаружение углеводородов на объектах газовой промышленности (РД 51-106-86)

28. Методические указания. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях (РД 52.04.52-85).

29. Миллер С. Российский рынок программного обеспечения геоинформационных систем.-Computerworld, 1996, №6, с. 31-33.

30. Морачевский В.Г., Сергеев Ю.Н. Теоретические основы мониторинга природной среды. Тезисы докладов Международного симпозиума "Методы и средства мониторинга состояния окружающей среды МСОС-95". С.-Петербург, 25-28 апреля 1995.

31. Одишария Г.Э., Шершнева JI.B., Цвецинский A.C., Тужилкин B.C., Михайлов H.H., Лещинский В.Б. Специализированная информационная система "Ямал" как технологическая основа для решения задач ОВОС и экологического мониторинга. Материалы 8-й международной деловой встречи "Диагностика-98" М., ИРЦ Газпром, 1998, том П

32. Охрана окружающей среды. Модели управления чистотой природной среды /Под ред. К.Г.Гофмана и А.А.Гусева - М.: Экономика,- 1977.

33. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды. - М.:Наука, -1979.

34. Руководство по контролю загрязнения атмосферы (РД 52.04.186-89). М., Госкомгидромет СССР, 1991.

35. Семенова А.Д. Руководство по химическому анализу вод суши. -JI.-.Гидрометеоиздат, 1977.

36. Сидорова Е.В. и др. Охрана почв на объектах газовой промышленности. Обзорная инф. В сб. Охрана человека и окружающей среды. М., ИРЦ Газпром, 1994

37. Теверовский E.H., Дмитриев Е.С. Перенос аэрозольных частиц турбулентными потоками. М: Энергоатомиздат,1988

38. Трофимов A.M., Панасюк М.В.Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой.- Казань: Изд-во КГУ, 1984.

39. Туманова H.A.. Автоматизированные системы контроля качества окружающей среды.-СП "Интерквадро", 1989.

40. Тыугу Э.Х. Концептуальное программирование. - М.,Наука,1984.

41. Усошин В.А., Козлов С.И., Лещинский В.Б. "Организация работ по созданию систем производственного экологического мониторинга объектов газовой промышленности". Материалы отраслевого научно-технического совещания (г. Москва, 11-13 марта 1997 г.) М., ИРЦ Газпром, 1997, с. 47-55.

42. Усошин В.А., Лещинский В.Б. Экологический контроль - мера оценки воздействия объектов газовой промышленности на окружающую

природную среду. Материалы 8-й международной деловой встречи "Диагностика-98"" М., ИРЦ Газпром, 1998, том П

43. Barletta R. An Introduction to Case-Based Reasoning. Artificial Intelligence, 40, 1991, p.43-49

44. Beloshapkov A.V., Leshinsky V.B., Tsvetsinsky A.S., Kashunin K.A.. Environmental impact assessment for the Baydaratskay Bay crossing The JamalWest Europe Gas pipeline system. Processings of the 7-th International Offshore and Polar Engineers Conference. Honolulu, Hawaii, USA, 1997, vol.1, pp.582586.

45. Codd, E.F. Recent Investigations in Relational Database Systems. 1974 IFIP Conference, 1017-1021

46. Computer software for spatial data handling// International Geographical Union. Comission on Geographical Data Sensing and Processing.Ottava,Ontario, 1989.Vol.l.:Full geographic information system.P.l-272;Vol.2:Data manipulation programs.Vol.3:Cartography and grafics.P.577-1042.

47. EPPL 7 Version 7. EPPL7 Cordinator Land Management Information Center USA.

48. Grandlaude Pn. Information and processing some propogals for possible standartiration of the sehemes and terminology used for presentation of data files with emphasis of geochemical ones// Comput.ahd Geoscinst, 1979, 5, nl, p.15-18. 25

49. Harmon P. G2 Gensym's Real-Time Expert System. Intelligent Software Strategies, 1993, Vol.9, N3

50. Hosker R.P. Estimation of Dry Deposition and Plume Depletion over Forest and Grassland. C. 52

51. Hull,R.;King,R. Semantic Database Modelling: Survey, Applications, and Research Issues ACM Computing surveys, 19, 3, 1987, 201 - 260

52. Jardine, D.A. Concepts and Terminology for the Conceptual Schema and information Base. Computers and Standarts, 3,1984, 3-17

53. Mark D.M. Phenomenon-based data-stucturing and digital terrein modelling// Geo-Process., 1978, № 1, p.27-36.

54. Parent,C.;Spaccapietra,S. An Algebra for a General Entity-Relationship Model. IEEE Transactions on Sofware Engineering, SE-11, 7, 1985, 634-643

55. Westmount I-CASE User Manual. Westmount Technology B.V., Netherlands, 1994.

56. Yourdon E. Modern Structured Analysis.- Prentice-Hall, 1989.