Развитие теории информационной поддержки средств повышения эффективности экологического мониторинга городской инфраструктуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Теплова, Яна Олеговна

• Теплова, Яна Олеговна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Теплова, Яна Олеговна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ

1.1. Основные виды экологически опасных объектов в городской инфраструктуре

1.2. Классификационные характеристики и виды рисков, связанных с функционированием экологически опасных объектов

1.3. Наиболее распространенные принципы оценки экологического риска

1.4 Используемые подходы к организации информационного обеспечения экологического мониторинга объектов повышенной опасности

1.4.1. Основные задачи обработки информации в задачах экологического мониторинга на территории населенных пунктов

1.4.2. Базовые принципы сбора информации в задачах экологического мониторинга на территории населенных пунктов

1.4.3. Использование экологических показателей в процессе обработки информации о загрязнении окружающей среды промышленными выбросами

1.5. Производственный экологический контроль в задачах информационного обеспечения мониторинга экологически опасных объектов

1.6. Исследование и анализ существующих подходов к построению и использованию информационных систем в задачах экологического мониторинга объектов повышенной опасности

1.6.1. Экологические информационные системы

1.6.2. Региональные эколого-информационные системы

1.6.3. Информационные системы для управления производственным

экологическим контролем на предприятии

2

1.7. Постановка задачи диссертации

Выводы по главе

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ СИСТЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

2.1. Исследование подходов к организации баз данных в составе систем экологического мониторинга

2.2. Формализованное представление баз данных для локальных СЭМ

2.3. Проектирование оптимальных логических структур баз данных для систем

экологического мониторинга

Выводы по главе

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАЗМЕЩЕНИЯ ПОСТОВ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА ОСНОВЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИКА, ОБУСЛОВЛЕННОГО ВЫБРОСАМИ ОБЪЕКТОВ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

3.1. Данные для оценки экологических рисков на территории населенных пунктов

3.2. Формализация оценки степени риска при функционировании распределенных

экологически опасных производственных объектов

Выводы по главе

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМА СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

4.1. Требования к программным средствам для ПО ОГИ

4.2. Параметры программной реализации методов и алгоритмов ПО ОГИ

4.3. Состав и назначение программных средств ПО ОГИ для оценки и моделирования экологического риска

4.4. Моделирование и верификация модели количественной оценки технико-экологического риска на территории населенного пункта

4.4.1. Анализ экспериментальных данных о загрязнении атмосферного воздуха в г.

Зеленограде

4.4.2. Оценка функционирования программной реализации для ПО ОГИ

Выводы по главе

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие теории информационной поддержки средств повышения эффективности экологического мониторинга городской инфраструктуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последние годы наблюдается увеличение парникового эффекта в атмосфере, повышение степени ее загрязненности, связанное с выбросами промышленных предприятий, что оказывает влияние на состояние атмосферного воздуха как промышленных зон, так и территории жилых микрорайонов, поэтому экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха приобретает все более актуальное значение.

При этом цели экологического мониторинга состоят не только в определении уровней загрязнения, но и в прогнозировании технико-экологических и эколого-экономических рисков на основе собираемой и обрабатываемой информации. Под технико-экологическим риском понимается риск устойчивых техногенных воздействий на окружающую среду, объекты инфраструктуры и человека.

Указанная проблема особенно обострилась в связи с значительным увеличением степени антропогенного воздействия на окружающую среду, обусловленным урбанизацией, развитием ресурсоемких отраслей производства, развитием транспортной инфраструктуры при возрастающих требованиях к экологическим стандартам в области техносферной безопасности, в частности, международным. Проблема наиболее актуальна для производственных объектов, какими, например, являются предприятия в промышленных зонах в населенных пунктах, технопарки, градообразующие предприятия и др.

Для сбора информации о загрязнении используются сети автоматических постов контроля загрязнения атмосферы, функционирующие в составе локальных систем экологического мониторинга (СЭМ).

Функционирование СЭМ предполагает решение всего комплекса задач, связанных со сбором, обработкой и распределением мониторинговой информации в реальном масштабе времени, что невозможно без применения эффективных методов и средств контроля природной среды, использования современных

информационных технологий, в частности, ГИС-технологий, 8С>Ь-

5

ориентированных инструментальных систем и т.д. На основе обрабатываемой информации принимаются решения по управлению экологической обстановкой.

Исследованиям в этой области посвящен ряд работ зарубежных специалистов Дж. Андерсона, Р. Гарднера, У. Хоммена, Г. Сутера, С. Бартелла, Дж. Ченга, а также отечественных ученых В.А. Осипова, Ю.А. Комиссарова, O.A. Дроздова, А.П. Шепелевского, Э.Ю. Безуглой, A.M. Горшенова, В.И. Каракеяна, В.Б. Кольцова, Т.И. Хаханиной и др. Проблема воздействия загрязнения природных сред на человека исследована, в частности, в диссертационной работе А.Ю. Ковалевой (МИЭТ), в которой предложена методология эффективного определения загрязняющих веществ в воде. Однако в указанной работе не рассмотрена задача оценки рисков без непосредственного проведения измерений.

Следует отметить, что к настоящему времени информационное обеспечение контроля выбросов не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к автоматизированным информационно-измерительным системам и контроль осуществляется на основе инструментально-лабораторных методов анализа.

Однако проблемы совершенствования средств информационной поддержки СЭМ, в частности структур баз данных, методик прогнозирования и оценки технико-экологического риска, моделей оптимального размещения экологических постов и др. до сих пор полностью не решены.

Таким образом, актуальными являются исследования и разработка средств информационной поддержки, повышающих эффективность функционирования локальных СЭМ.

Целью диссертации является создание средств информационной поддержки локальных систем экологического мониторинга, обеспечивающих повышение эффективности процессов наблюдения, оценки и контроля состояния природной среды вблизи промышленных зон и объектов жилого сектора.

Задачи исследования. Исходя из поставленной цели были выделены следующие задачи диссертационного исследования:

1) анализ современного состояния проблемы информационной поддержки экологического мониторинга ОГИ в рамках локальных СЭМ;

2) формализация представления баз данных (БД) для создания средств информационной поддержки экологического мониторинга ОГИ;

3) разработка методики проектирования БД для экологического мониторинга ОГИ, основанной на теории графов;

4) формализация задачи оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу;

5) разработка алгоритма количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу;

6) разработка методики размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы объектами городской инфраструктуры;

7) программная реализация предложенных методик для управления мониторингом ОГИ.

Методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследования составили системный подход к моделированию, элементы теории принятия решений, элементы теории вероятностей. Использованы методика информационного поиска, методы теоретического исследования, теория реляционных баз данных.

Научная новизна работы состоит в разработке совокупности научно обоснованных технических решений, направленных на создание и программную реализацию новых методик и средств информационной поддержки экологического мониторинга ОГИ, обеспечивающих повышение оперативности обработки данных и обоснованности выбора постов контроля на основе модели количественной оценки технико-экологического риска.

Специалисты в области разработки систем автоматизированного мониторинга окружающей среды касались научной проработки некоторых аспектов проблемы повышения эффективности СЭМ городской инфраструктуры за счет информационной поддержки мониторирнга. информационного мониторинга

экологически опасных объектов. Существуют публикации в периодической печати, материалы научно-практических конференций и семинаров, посвященные данной проблематике. Тем не менее, крупные обобщающие работы по данной теме не выявлены. Таким образом, решение задачи развитие теории информационной поддержки экологического мониторинга городской инфраструктуры является актуальным исследовательским направлением.

Объективность оценки возможных последствий от функционирования объектов повышенной опасности напрямую зависит от теоретической базы, положенной в основу используемого инструментария моделирования рисков. В настоящее время остается нерешенной научная проблема математического обоснования возможных рисков в данной области, а существующие средства контроля экологической обстановки главным образом позволяют отобразить статистическую картину по текущей информации. Решения в области управления рисками и, в частности, в области защиты окружающей среды принимаются на основании местных нормативов на уровне отдельных организаций.

В то же время, использование методов имитационного моделирования позволит на основ обработки данных производственного экологического контроля получать достоверные результаты оценки рисков, обусловленных воздействиями ОГИ, моделировать возможные последствия и принимать обоснованные решения о разработке мероприятий по снижению рисков и охране окружающей среды, т.к. имитационное моделирование представляет собой численный метод проведения вычислительных экспериментов с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов (процессов, систем), в течение заданного времени. Кроме того, использование оценки технико-экологических рисков позволит проводить обоснованное проектирование сетей постов мониторинга загрязнения окружающей среды с целью повышения достоверности проводимых измерений.

В диссертационной работе осуществлено решение научной проблемы разработки основ для создания средств информационной поддержки.

В процессе исследований и разработок получены следующие научные

результаты.

В процессе исследований и разработок получены следующие научные результаты:

1. Разработано формализованное представление баз данных для создания средств информационной поддержки системы экологического мониторинга ОГИ.

2. На основе теории графов предложена методика проектирования эффективных логических структур БД для СЭМ, адаптированных под системные ограничения конкретных СУБД, сократившая время выполнения запросов в среднем на 15%.

3. Предложены формализованное представление и алгоритм количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу, с целью определения опасности совокупного воздействия загрязнения на исследуемой территории без проведения дорогостоящих экспериментов по измерению концентраций загрязнителей.

4. Разработана методика размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте для обоснованного проектирования сети постов экологического мониторинга и повысить точность проведения контроля параметров загрязнения без существенного увеличения числа экологических постов.

5. Предложена и верифицирована имитационная модель оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры (на примере г. Зеленограда), учитывающая данные производственного экологического контроля и данные от автоматических станций мониторинга на территории населенного пункта.

6. Осуществлена программная реализация разработанных методики и алгоритма для проектирования сетей постов экологического мониторинга в населенных пунктах и предложены новые местоположения установки постов в Зеленограде, позволяющие повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без увеличения количества постов.

Результаты работы подтверждены свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ №№2009612669, 2009612670, 2009612671, 2009612672.

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием результатов теоретических исследований и имитационного моделирования, а также их успешным внедрением в реально функционирующую локальную систему экологического мониторинга. Использование результатов работы позволяет увеличивать точность измерения загрязненности в среднем на 10%.

Практическая ценность работы ззаключается в том, что основные положения, выводы и рекомендации диссертации ориентированы на широкое применение предложенных методик и алгоритма для повышения эффективности локальных СЭМ.

Проведенные исследования и полученные результаты применимы для создания программных средств экологического мониторинга производственных объектов на территории населенных пунктов. Результаты исследования доведены до конкретных алгоритмов, методик и программного обеспечения.

Самостоятельное практическое значение имеют:

• методика проектирования БД для экологического мониторинга ОГИ;

• алгоритм количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу;

• методика размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте;

• программная реализация предложенных методики и алгоритма.

Результаты имитационного моделирования показали, что погрешность

оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры (на примере г. Зеленограда) по результатам моделирования и на основании данных о среднегодовых значениях концентраций примесей на стационарных постах контроля атмосферного воздуха погрешность оценки технико-экологического риска не превышает 0,3%. Применение методики размещения постов мониторинга,

ю

основанной на данной оценке, позволяет повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без увеличения количества постов.

Предложенные методики и алгоритм целесообразно использовать для оценки риска на территориях, где не производятся замеры концентраций примесей, а также для моделирования динамики риска при изменении параметров функционирования ОГИ (изменение интенсивности и/или состава выбросов, изменение расположения источников загрязнения и т.д.).

Личный вклад автора Все основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Главными из них являются следующие.

1. Разработано формализованное представление БД для создания информационного обеспечения системы экологического мониторинга ОГИ.

2. Разработана методика проектирования эффективных логических структур БД для СЭМ.

3. Созданы формализованное представление и алгоритм количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу.

4. Разработана методика размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте.

5. Предложена и верифицирована имитационная модель оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры (на примере г. Зеленограда).

6. Создано программное обеспечение для проектирования сетей постов экологического мониторинга в населенных пунктах и предложены новые места установки постов в Зеленограде.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в имитационном моделировании, испытаниях и внедрении результатов диссертационных исследований.

Реализация полученных результатов. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-технических исследований кафедры

«Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Национального исследовательского университета «МИЭТ» и являлась частью исследовательских мероприятий в рамках ПНИР «Разработка теоретических основ для создания программных средств для задач информационного мониторинга распределенных производственных объектов повышенной опасности» Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (шифр заявки 2011-1.3.2-113-002/22, государственный контракт №14.740.11.1146 от 09.06.2011г., руководитель -ТепловаЯ. О.).

Все работы по программной реализации предложенных в работе методик проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры в материалах курса «Компьютерные технологии в науке и образовании» для подготовки магистров по направлению 231000 «Программная инженерия», программа - «Программное обеспечение автоматизированных систем и вычислительных комплексов»; разработан учебно-методический комплекс дисциплины «Информационные технологии в сфере безопасности» для подготовки магистров по направлению 280700 «Техносферная безопасность», программа -«Энергетическая безопасность высоких технологий». Результаты внедрены в качестве алгоритмических решений ПНИР «Разработка теоретических основ для создания программных средств для задач информационного мониторинга распределенных производственных объектов повышенной опасности» Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (шифр заявки 2011-1.3.2-113-002/22, государственный контракт №14.740.11.1146 от 09.06.2011г., руководитель -Теплова Я. О.) и НИОКР по теме «Разработка информационной системы мониторинга экологически опасных объектов в городской инфраструктуре» проекта №1421 (договор №02/11 от 22.04.2011г, руководитель - ТепловаЯ. О.).

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные положения:

1. Предложенная методика проектирования эффективных логических структур БД для СЭМ основана на теории графов и временных характеристиках функционирования БД, позволяет сократить время выполнения запросов в среднем на 15%.

2. Разработанный алгоритм оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу, предназначен для определения опасности совокупного воздействия загрязнения на исследуемой территории без проведения дорогостоящих экспериментов по измерению концентраций загрязнителей.

3. Разработанная методика размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте основана на соответствии предполагаемых местоположений определенному критерию (оценка технико-экологического риска) и применима для оптимизации существующих сетей постов мониторинга.

4. Созданные методики и алгоритм реализованы программно. Разработана и верифицирована модель оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры г. Зеленограда. Предложены новые местоположения установки постов в Зеленограде, позволяющие повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без увеличения количества постов.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях.

1) 16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-2009». МИЭТ, апр. 2009 г.

2) 4th International IT Conference 2009 "LIFE IT: IT meets environmental and sustainable energy technologies", Университет г. Хаген, Хаген, Германия, май 2009.

3) Доклад по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК»), 2009 г.

4) X Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2010 - проект «Разработка имитационной модели экологических процессов и рисков, связанных с экологически опасными объектами в городской инфраструктуре», 2010 г.

5) Всероссийская Конференция с международным участием «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации», Москва, ВВЦ, 25-28 октября 2011 г.

6) 4-я Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике», МИЭТ, 26-28 октября 2011 г.

По результатам исследования опубликовано 14 работ: в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК, тезисы докладов на конференциях - 5, публикация в межвузовском сборнике научных трудов - 1, свидетельства о регистрации программ для ЭВМ - 4. Автор диссертации является победителем конкурса проектов по программе «УМНИК», проект «Исследование информационной системы мониторинга экологически опасных объектов в городской инфраструктуре», 2009г., а также лауреатом медали ВВЦ по результатам X Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2010», проект «Разработка имитационной модели экологических процессов и рисков, связанных с экологически опасными объектами в городской инфраструктуре», 2010г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений, содержащих листинги фрагментов программной реализации, данные о выбросах загрязняющих веществ в г. Зеленограде, копии актов внедрения результатов диссертации и копии свидетельств о регистрации программ для ЭВМ. Общий объем диссертационной работы 179 страниц машинописного текста, 15 таблиц и 15 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются общие проблемы, цели и задачи исследования, научное и практическое значение полученных результатов, рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.

В первой главе обзорного характера проведен анализ современного состояния проблемы информационной поддержки систем экологического мониторинга.

Рассматриваются распространенные подходы к организации мониторинга экологически опасных объектов и проблемы его информационного обеспечения. Исследуются вопросы сбора, обработки и хранения данных, а также разработки экологических информационных систем. Выявлены актуальные направления для создания программных средств в предметной области. В качестве проблемной области выбрано моделирование технико-экологического риска, связанного с загрязнением атмосферного воздуха промышленными выбросами. Дано понятие эколого-информационной системы. Рассмотрены задачи, решаемые с применением информационных технологий в рамках региональных экологических информационных систем и программных продуктов для задач производственного экологического контроля. Рассмотрены проблемы, связанные с организацией информационного мониторинга экологически опасных объектов. Результатом проведенных в первой главе исследований стала постановка задачи диссертации.

В настоящее время вопросы создания средств информационной поддержки мониторинга ОГИ в составе локальных СЭМ разработаны недостаточно строго. Не выявлено решений, реализующих функции моделирования и прогнозирования технико-экологических рисков при функционировании объектов городской инфраструктуры в масштабе населенного пункта. Существующие решения ориентированы в основном на поддержку производственного экологического контроля в масштабе отдельных предприятий и расчеты загрязнения окружающей среды.

Проведенный анализ также показал, что не решена проблема эффективного проектирования БД для повышения надежности хранения и оперативности обработки информации при проведении экологического мониторинга.

Во второй главе предложена методика проектирования баз данных, для локальных СЭМ, основанная на теории графов, с целью повышения эффективности процессов хранения и обработки информации. Определены основные БД в составе информационного обеспечения СЭМ для мониторинга ОГИ. Их использование обеспечивает поиск и хранение информации, связанной с экологическим мониторингом. Предложено формализованное представление баз данных на основе временных характеристик функционирования. Создана методика проектирования эффективных логических структур баз данных ля задач экологического мониторинга городской инфраструктуры.

Третья глава посвящена разработкам алгоритма количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу, и методики размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте.

Предложено формализованное представление указанной задачи оценки технико-экологического риска, основанное на учете совокупного воздействия всех источников загрязнения (производственных объектов) в пределах рассматриваемой территории.

В ходе экспериментальных исследований рассматривалась территория населенного пункта (промышленного района) с распределенными на ней ОГИ (на примере промышленных предприятий г. Зеленограда). На основе данных о функционировании предприятий на территории Зеленограда определены их характеристики опасности. Исследуется риск, связанный с промышленными выбросами в атмосферный воздух совокупности загрязнителей различной вредности источниками, имеющими разные качественные и количественные характеристики, в частности, различающиеся по мощности. Предложено формализованное представление задачи оценки степени риска, связанного с

функционированием распределенных производственных объектов повышенной опасности.

Разработан алгоритм определения количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу, С использованием данного алгоритма создана методика размещения постов мониторинга, которая направлена на решение задачи эффективного размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте для обеспечения высокой точности измерения загрязненности при минимально возможном количестве точек контроля.

В четвертой главе рассмотрены и определены требования к программным средствам информационной системы мониторинга экологически опасных объектов в городской инфраструктуре. Разработана структура программного обеспечения для мониторинга объектов городской инфраструктуры (ПО ОГИ). Выполнена программная реализация предложенных методики и алгоритма.

Разработана и верифицирована модель оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры (на примере г. Зеленограда). Выбраны 12 точек на исследуемой территории, в которых произведены замеры концентраций примесей: 3 точки в жилых зонах (посты в 6-м, 11-м и 15-м микрорайонах соответственно) и по 3 точки контроля на границах санитарно-защитных зон Восточной (точки 4 - 6), Южной (точки 7 - 9) и Северной (точки 10-12) промзон. Погрешность полученных оценок по результатам моделирования и на основании данных о среднегодовых значениях концентраций примесей на стационарных постах контроля атмосферного воздуха не превышает 0,3 %. Возможно использование алгоритма для оценки риска на участках территории, где не производятся замеры концентраций примесей, а также для моделирования динамики риска при изменении параметров функционирования ОГИ (интенсивности и/или состав выбросов, расположения источников загрязнения и т.д.).

Программно реализована методика размещения постов мониторинга; предложены новые местоположения установки постов в Зеленограде, позволяющие повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без увеличения количества постов.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.

В приложении представлены листинги программной реализации модулей ПО ОГИ, а также данные о загрязнении атмосферы промышленными выбросами в г. Зеленограде, используемые в процессе решения поставленной задачи.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Теплова, Яна Олеговна

Выводы по главе

1. Выполнена программная реализация предложенного алгоритма количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного воздействием ОГИ, и методики размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы.

2. Разработана база данных, содержащая сведения о выбросах основных промышленных предприятий г. Зеленограда.

3. Проведено моделирование оценки технико-экологического риска на примере г. Зеленограда. Для верификации полученных результатов и оценки эффективности предложенной модели выбраны 12 точек на исследуемой территории, в которых производятся замеры концентраций примесей,. На основе экспериментальных данных (данные стационарных постов контроля) для каждой точки определена оценка совокупного воздействия загрязнителей. Погрешность полученных оценок по результатам моделирования и на основании данных о среднегодовых значениях концентраций примесей на стационарных постах контроля атмосферного воздуха не превышает 0,3 %.

4. По результатам применение методики размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы предложено новое местоположение установки постов в г. Зеленограде, позволяющие повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без установки дополнительных постов.

Предложенные направления совершенствования работы позволяют говорить о том, что данная проблема может быть актуальной для практического применения в населенных пунктах и промышленных районах, в частности, специализирующихся на таких отраслях как электронная промышленность.

Заключение

В диссертационной работе осуществлено решение научной проблемы создание средств информационной поддержки локальных систем экологического мониторинга, обеспечивающих повышение эффективности процессов наблюдения, оценки и контроля состояния природной среды вблизи промышленных зон и объектов жилого сектора.

Основные научные и практические результаты работы следующие:

1. Разработано формализованное представление баз данных для создания средств информационной поддержки системы экологического мониторинга ОГИ.

2. На основе теории графов предложена методика проектирования эффективных логических структур БД для СЭМ, адаптированных под системные ограничения конкретных СУБД, сократившая время выполнения запросов в среднем на 15%.

3. Предложены формализованное представление и алгоритм количественной оценки технико-экологического риска, обусловленного выбросами ОГИ в атмосферу, с целью определения опасности совокупного воздействия загрязнения на исследуемой территории без проведения дорогостоящих экспериментов по измерению концентраций загрязнителей.

4. Разработана методика размещения постов мониторинга загрязнения атмосферы в населенном пункте для обоснованного проектирования сети постов экологического мониторинга и повысить точность проведения контроля параметров загрязнения без существенного увеличения числа экологических постов.

5. Предложена и верифицирована имитационная модель оценки технико-экологического риска объектов городской инфраструктуры (на примере г. Зеленограда), учитывающая данные производственного экологического контроля и данные от автоматических станций мониторинга на территории населенного пункта.

6. Осуществлена программная реализация разработанных методики и алгоритма для проектирования сетей постов экологического мониторинга в населенных пунктах и предложены новые местоположения установки постов в Зеленограде, позволяющие повысить точность измерения загрязненности в среднем на 10% без увеличения количества постов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Теплова, Яна Олеговна, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Месарович М., Макс Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем.- М.: Мир, 1975,- 344 с.

2. Безуглая, Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. Результаты экспериментальных исследований. / Э.Ю. Безуглая. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 200 с.

3. Безуглая, Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. / Э.Ю. Безуглая. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 184 с.

4. Комиссаров, Ю.А. Экологический мониторинг окружающей среды / Ю.А. Комиссаров [и др.]. - М.: Химия, 2005. Т.1. - 362 с.

5. Осипов, В.А. Особенности экологического риска и критерии его оценки // Исследования эколого-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивости развития нефтегазовых регионов России: Теория, методы и практика. - Нижневартовск: НГПИ, ХМРО РАЕН, ИОА СО РАН, 2000. - с. 29 - 32 .

6. Анохин Ю.А., Остромогильский А.Х. Математическое моделирование и мониторинг окружающей среды: Обзор - Обнинск, 1978 - 38 С.

7. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. - М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1983. - 142с.

8. СНиП 23-01-99 Строительная климатология и геофизика (с изменениями от 24 декабря 2002г.). - М.: Госстрой РФ, 2003. - 262с.

9. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий / Госкомгидромет. - М., 1986. - 76с.

10. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука. М., Мир, 1978.

11. Маклакова Т.Н. Принципы организации и методы построения хранилища данных на основе системного анализа информации в распределенных сетевых структурах и средах //Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России: Межотр. научн.-техн. журнал М.: ВИМИ, 2007. Вып. 5. - С. 31-34.

12. Маклакова Т.Н. Методика построения информационного хранилища учебно-методического комплекса кафедры ИПОВС // «Микроэлектроника и информатика». - Тринадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. - Москва, 2006. - С.207.

13. Маклакова Т.Н., Виснадул Б.Д. Эффективное распределение загрузки компонент технологической структуры // «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем» -Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых, специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов. Тезисы докладов. -Москва, МИЭТ,2007.

14. Маклакова Т.Н. Построение информационного хранилища системы мониторинга // «Микроэлектроника и информатика». - Двенадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. - Москва, МИЭТ, 2005. - С. 295.

15. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М., Финансы и статистика, 2001.

16. В.Г. Олифер, H.A. Олифер. Компьютерные сети. СПб., Питер, 2001.

17. Казаков С.И. Основы сетевых технологий: Метод, пособие - 2-е изд.. - М.: Микроинформ, 1995.

18. Казиев, В.М. Введение в анализ, синтез и моделирование систем / В.М. Казиев. - М.: БИНОМ, 2007. - 244 с.

19. Алтаев, A.A. Имитационное моделирование на языке GPSS / A.A. Алтаев. -Улан-Удэ.: Изд-во ВСГТУ, 2001. - 122 с.

20. Гагарина Л.Г., Киселев Д.В., Федотова Е.Л. Разработка и эксплуатация автоматизированных информационных систем. М, ИНФРА-М, 2006.

21. Пранявичюс Г. И. Модели и методы исследования вычислительных систем.-Вильнюс: Мокслас, 1982.- 227 с.

22. Ларичев О.И. Наука и искусство принятия решений. М., Наука, 1979.

23. Титоренко Г. А., ред. Информационные технологии управления. М., ЮНИТИ, 2004.

24. Брауде Э. Технология разработки программного обеспечения. - СПб.:Питер, 2004,-655 с.

25. Прохоров Н.Л., Егоров Г.А., Красовский В.Е., и др. Управляющие вычислительные комплексы. М., Финансы и статистика, 2003.

26. Емельянов С. В. Операционные системы реального времени для микро-ЭВМ: Сб. научн. тр./Междунар. НИИ проблем управления - М.: МН.ИИПУ, 1984.- 134 с.

27. Смирнов Ю. М., Воробьев Г. Н. и др.; Под редакцией Смирнова Ю. М. Проектирование специализированных информационно-вычислительных систем.-М.: Высшая школа, 1984,- 360 с.

28. Основы теории вычислительных систем / Под ред. С. А. Майорова.- М.: Высшая школа, 1978.- 408 с.

29. Гасанов Э.Э., Кудрявцев В.Б. Теория хранения и поиска информации. М., Физматлит, 2002.

30. Теория и методы автоматизации проектирования вычислительных систем / Р. Дж. Прейсс, Б.Г. Шефф, С.Р. Янг и др.; Перевод с англ. В.Г. Меркулова и О.Ф. Мясина; Под ред. Л.Д. Райкова. - М.: Мир, 1977 г. - 283 с.

31. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников/ Под ред. И. Г. Арамановича. М.: Наука, 1973.

32. Казаков Е. Н., Копылов В. А. Динамический метод построения автоматизированной системы. Научно-техническая информация., № 5. М., ВИНИТИ, 1974.

33. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. М., ДМК Пресс, 2003.

34. Анфилатов B.C. Системный анализ в управлении. М.: Финансы и статистика,

133

2003.

35. Зажигаев JI. е., Кишьян А. А., Романикав Ю. И. Методы планирования: и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978.

36. Архипенков С. Я. Oracle Express OLAP// Москва, Диалог МИФИ, 2000.

37. Румянцева Е.Л., Слюсарь В.В. Информационные технологии. Учебное пособие. М., ФОРУМ, 2006.

38. Карминский A.B., Карминский С.А., Нестеров В.П., Черников Б.В. Информатизация бизнеса: концепции, технологии, системы. М., Финансы и статистика, 2004.

39. Титоренко Г.А. Автоматизированные информационные технологии в экономике. -М.: ЮНИТИ, 1998.

40. Абдикеев Н.М. Автоматизированные информационные системы в производстве, маркетинге и финансах. М, КОС ИНФ, 2003.

41. Белоногов Г. Г., Богатырев В. М. Автоматизированные информационные системы. М.: Советское радио, 1973.

42. Казаков Е. Н., Копылов В. А. Динамический метод построения автоматизированной системы. Научно-техническая информация., № 5. М., ВИНИТИ, 1974.

43. Попов И.И. Автоматизированные информационные системы (по областям применения). - Уч. пос./ Под общ. Редакцией К.И. Курбакова . - М.: изд-во Роюэкон. Акад., 1998. - 103с.

44. Чуев Ю.В., Михайлов Ю.Б., Кузьмин В.И. Прогнозирование количественных характеристик процессов. М., Сов. Радио, 1975.

45. Бережная Е.В., Бережной В.И. Математические методы моделирования экономических систем: Учебн. Пособие. - М.: Финансы и статистика, 2001. - 368 с.

46. Верф. Д., Роше Ф. Мониторинг в России. - М., 1998 - 187 с.

47. Галимова Е.Я. Информационный мониторинг: Учебн. Пособие. - Краснода: Краснодарский государственный университет культуры и искусств, 1999 - 169 с

48. Дорсей П. Хранилища данных, гибкие запросы и другие способы разорить

компанию/ Oracle Magazine/RE, №2. - 1998.

49. Коровкин С. Д., Левенец И. А., Ратманова И. Д., Старых В. А., Щавелёв Л. В. Решение проблемы комплексного оперативного анализа информации хранилищ данных // СУБД. - 1997. - № 5-6. - С. 47-51.

50. Флорес И. Структуры и управление данными / Пер. с англ. В.И. Будзко; Предисл. В.М. Савинкова. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.

51. Когаловский М.Р. Энциклопедия баз данных. М. Издательство «Финансы и статистика» 3-е издание-2002. - 800с.

52. Разумов О.С. Организация данных в вычислительных системах. - М.: Статистика, 1978. - 184 с.

53. Кречетов Н., Иванов П. Продукты для интеллектуального анализа данных // ComputerWeek-Москва. - 1997. - № 14-15. - С. 32-39.

54. Педерсен Т.Б., Йенсен К. Технология многомерных баз данных/ Открытые системы, №01. - 2002.

55. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2-х кн. Кн. 1. / Пер. с англ. А.И. Роговского, В.И. Чучкина; Под ред. В.И. Скворцова - М.: Мир, 1985.-287 с.

56. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2-х кн. Кн. 2. / Пер. с англ. Л.В.Осиповой, М.Н. Петухова, В.И. Чучкина; Под ред. В.И. Скворцова -М.: Мир, 1985.-320 с.

57. Каратыгин С.И. Базы данных: простейшие средства обработки информации: системы управления базами данных. - ABF. - 1995.

58. Практикум по теории статистики: Учеб.пособие / Р.А.Шмойлова, В.Г.Минашкин, Н.А.Садовникова; Под ред. Р.А.Шмойловой. - 2-е изд., перераб и доп. - М.:Финансы и статистика, 2004 - 416 с.

59. Пржиялковский В. В. Сложный анализ данных большого объема: новые перспективы компьютеризации // СУБД. - 1996. - № 4. - С. 71-83.

60. Раден Н. Данные, данные и только данные // ComputerWeek-Москва. - 1996. - № 8. - С. 28.

61. Сахаров А. А. Концепция построения и реализации информационных систем, ориентированных на анализ данных // СУБД. - 1996. - № 4. - С. 55-70.

62. Сахаров А. А. Принципы проектирования и использования многомерных баз данных (на примере Oracle Express Server) // СУБД. - 1996. - № 3. - С. 44-59.

63. Сахаров A.A. Принципы проектирования и использования многомерных баз данных (на примере Oracle Express Server)/ СУБД. - 1996. - №3.

64. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Проблемы разработки информационно-вычислительных систем коллективного пользования // Автоматизированные системы переработки информации и управления. - Л., Связь, 1977. - 322с.

65. Федечкин С. Хранилище данных: вопросы и ответы/ PC Week. - 2003

66. Чаудхури С., Дайал У., Гаити В.. Технология баз данных в системах поддержки принятия решений // Открытые системы. - 2002. - №1.

67. Емельянов A.A., Власова Е.А., Дума Р.В. Имитационное моделирование экономических процессов: Учебное пособие // под ред. A.A. Емельянова. - М.: Финансы и статистика, 2004 г. - 368 с.

68. Шеннон P.E. Имитационное моделирование систем: наука и искусство. - М.: Мир, 1978 г.-420 с.

69. Лычкина H.H. Современные тенденции в имитационном моделировании. -Вестник университета, серия Информационные системы управления №2 - М.: ГУУ, 2000 г.

70. Лычкина H.H. Компьютерное моделирование социально-экономического развития регионов в системах поддержки принятия решений - III Международная конференция «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO' 04 - М.: ИПУ РАН, 2004 г.

71. Киндлер Е. Языки моделирования. М., Энергоатомиздат, 1985.

72. Борщёв A.B. От системной динамики и традиционного ИМ - к практическим агентным моделям: причины, технология, инструменты. - С-Пб.: XJ Technologies и СП ГПУ, 2004 г.

73. Fishman G.S., Kiviat P.J. The Analysis of Simulation-Generated Time Series, Management Science, v. 13, № 7, Mar. 1967.

74. Лурье С.В. Историческая этнология: Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Академический проект, 2004 г. - 624 с.

75. Емельянов А.А., Власова Е.А. Компьютерное моделирование - М.:МЭСИ, 2002 г. - 90 с.

76. Косенко Е. Ю., Макаров С. С., Финаев В. И., Методы моделирования и проектирования распределенных информационно-управляющих систем. Растор-На-Дону: Изд-во РГУ, 2004. 198с.

77. Соболь И.М. Метод Монте-Карло / Популярные лекции по математике, вып. № 46 - М.: Наука, 1968 г. - 68 с.

78. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS. - М.: Машиностроение, 1979 г. -592 с.

79. Алтаев А.А. Имитационное моделирование на языке GPSS - Улан-Удэ: ВС ГТУ, 2001 г.-122 с.

80. Петров В.Н. Черненький В. М., Шкатов П. Н. Математические модели вычислительных и информационных систем.- М.: МВТУ 1976- 146с.

81. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элемент теории оптимального управления.- М.: Советское радио, 1978.- 236 с.

82. Цветков Э. И. Основы теории статистических измерений. Л.: Энергия, 1979.

83. Котю к А. Ф. и др. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных процессов. М.: Энергия, 1967.

84. Мирский Г. Я. Характеристики стохастической взаимосвязи и их измерение. М.: Энергаиздат, 1982.

85. Имитационное моделирование производственных систем. Под ред А.А. Вавилова. М., Машиностроение, 1983.

86. Гагарина, Л.Г., Чумаченко, П.Ю., Баин, A.M. Методика разработки автоматизированных систем поддержки принятия решений в предметной области //

Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. - 2010. - №4. -С.83-87.

87. Гагарина, Л.Г., Теплова, Я.О. Исследование моделей и алгоритмов для автоматизированной системы мониторинга экологически опасных объектов в городской инфраструктуре // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. - 2008. - №1. - С.24-26.

88. Гагарина, Л.Г., Кольцова, О.В., Теплова, Я.О. Разработка программного обеспечения для проектирования сети постов мониторинга атмосферы // Известия вузов. Электроника. - 2009. - №6(80). - С.58-63.

89. Чоговадзе Г.Г. Автоматизация проектирования систем оперативного управления технологическими процессами. - М.: Энергия, 1980 г. - 288 с.

90. Месарович М., Макс Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем.- М.: Мир, 1975.- 344 с.

91. Брукс Ф.П. Как проектируются и создаются программные комплексы (Мифический человеко-месяц): Пер. с англ. / Под ред. А.П. Ершова. - М.: Наука, 1979.- 152 с.

92. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. - М.: Радио и связь, 1985. - 328 с.

93. Таненбаум Э., Ван Стеен М. Распределенные системы: Принципы и парадигмы, - С-Петербург, Питер, 2003, 877 с.

94. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений. -М.: Вильяме, 2004, -544 с.

95. Зелкович М., Шоу Я., Геннон Дж. Принципы разработки программного обеспечения / Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 328 с.

96. Башарин Г.П. Модели информационно-вычислительных систем: Сборник научных трудов. М.: Наука, 1994. - 78 с.

97. Вентцель Е.С. Исследование операций. - М.: Советское радио, 1972.

98. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. - 564 с.

99. Абчук В.А., Матвейчук Ф.А., Томашевский Л.П. Справочник по исследованию операций. -М.: Воениздат, 1979.

100. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. - М.: Мир, 1976. -755 с.

101. Боровков A.A. Математическая статистика. - М.: Наука, 1984. - 219 с.

102. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.Ф. Теоретические основы информационной техники. - М.: Энергия, 1979.- 598 с.

103. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Издательское объединение "Вища школа".-Киев, 1976.- 432 с.