Содержание к диссертации
Введение
Современное состояние информационных систем поддержки принятия управленческих решений в экологическом менеджменте 11
1.1. Цели и задачи экологического менеджмента как предметной .области информационной системы... 11
1.2. Особенности информационных систем поддержки принятия решений в экологии 15
1.3. Анализ возможностей применения геоинформационных технологий при проектировании информационных систем в экологии 19
1.4. Использование CASE - технологии для проектирования информационной системы 28
1.5. Использование систем поддержки принятия решений в экологии 37
1.6 Выводы и постановка задач исследования 47
Системный подход в решении задач экологического менеджмента 49
2.1. Формализованное описание ресурсных и техногенных объектов управления 49
2.2. Методика комплексного исследования природо-промышленных систем 59
2.3. Постановка типовых задач предметной области знаний 62
Выводы к главе II 81
Информационная база системы поддержки принятия решений (СППР) в охране воздушного бассейна 82
3.1. Принципы построения СППР 82
3.2. Основные этапы проектирования базы данных 87
3.3. Автоматизированное рабочее место экологического менеджера 93
Выводы к главе III 100
IV. Реализация информационной системы для решения задач экологического менеджмента 101
4.1. Эволюция задач планирования нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) 101
4.2. Процедурное решение задачи и анализ результатов 118
4.3. Разработка метода планирования нормативов ПДВ с использованием расчетных значений фоновых концентраций 123
4.3.1. Нормализация выбросов в режимах централизованного и децентрализованного планирования ПДВ 127
4.4. Стратегия выбора мест размещения постов контроля загрязнений воздушного бассейна при проектировании систем экологического мониторинга 136
4.5. Экспериментальное исследование загрязненности территории г. Тамбова тяжелыми металлами 149
Выводы к главе IV 158
Заключение 159
Литература 160
Приложения 172
- Цели и задачи экологического менеджмента как предметной .области информационной системы...
- Формализованное описание ресурсных и техногенных объектов управления
- Автоматизированное рабочее место экологического менеджера
- Эволюция задач планирования нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ)
Введение к работе
В последние годы создание и развитие Государственной системы экологического мониторинга и менеджмента на территории Российской Федерации выдвигается на одно из первых мест среди проблем, связанных с охраной окружающей среды и рациональным природопользованием. Такое положение дел объясняется следующими важными обстоятельствами. Во-первых, необходимостью реализации Концепции перехода России к устойчивому развитию. При этом социально-экономическая и экологическая информация, отражающая состояние субъектов РФ через согласованные массивы данных, показатели и индексы становится основой для успешного планирования и принятия решений в масштабах всего государства.
Во - вторых, региональная экономика в условиях формирования рыночных отношений становится все более самостоятельной в вопросах потребления природных ресурсов, в связи с чем Управления по охране окружающей среды и природопользованию в субъектах РФ вынуждены не только контролировать состояние техногенных систем, но и разрабатывать экологически обоснованную стратегию комплексного освоения природно-ресурсного потенциала территорий. Для этого также необходимы информационные системы поддержки принятия решений, содержащие базы данных, математические модели, диалоговые и графические интерфейсы, средства анализа информации и т.п.
В - третьих, стремительное развитие в нашей стране информационных технологий, использующих персональные компьютеры, локальные и глобальные сети передачи данных, геоинформационные системы (ГИС), теорию искусственного интеллекта и многое другое, создает потенциальную возможность для внедрения информационных систем поддержки принятия решений в сфере экологического менеджмента.
Актуальность работы. Создание информационно-аналитического обеспечения процесса принятия управленческих решений в указанной сфере деятельности представляется весьма сложной научной задачей. Это объясняется тем,
что объекты экологического менеджмента (такие как воздушный или водный бассейны в совокупности с промышленными предприятиями, или системы сбора и переработки твердых отходов) по своей сути являются социотехнически-ми, состоящими не только из физических элементов, но и социальных, обладающих тесными связями с обществом и постоянно реагирующих на его требования. Кроме того, региональные экосистемы остаются малоизученными из-за отсутствия автоматизированных систем сбора данных, средств на проведение комплексных исследований, а также квалифицированных специалистов по планированию устойчивого развития территорий. Особо следует отметить и отсутствие научно обоснованных методов проектирования систем поддержки принятия решений в экологии. Данная отрасль знаний, ввиду сложности объектов исследования и многообразия решаемых задач, сегодня находится в начальной стадии своего развития. Отсюда и очевидна ее важность для народного хозяйства страны.
Цель данного научного исследования - спроектировать информационную систему поддержки принятия решений в административных органах управления природопользованием на базе геоинформационных технологий, теоретические и прикладные методы решения природоохранных задач, связанных с управлением качественным состоянием воздушного бассейна в промышленно развитых центрах.
Задачи. Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать состояние проблемы экологического менеджмента в нашей стране и за рубежом и рассмотреть возможность применения современных информационных технологий при разработке систем поддержки принятия решений.
Определить классы «типовых» задач экологического менеджмента и сформулировать их в математическом виде.
Формализовать новый класс ресурсно-техногенных или природо-промышленных систем (ППС) в целях математического моделирования и имитационного исследования.
Выбрать принципы и технологию автоматизированного проектирования систем поддержки принятия решений в сфере природопользования и охраны воздушного бассейна.
Апробировать теоретические положения и программные средства экологического менеджера в условиях Тамбовской ППС.
Предмет и объект исследования. Объектом исследования является Тамбовская природо-промышленная система, в состав которой вошли промышленные предприятия с источниками пыле-газообразных выбросов, воздушный бассейн и слой почвы, накапливающий вредные вещества. Предметом исследования является информационная система поддержки принятия решений в экологическом менеджменте субъекта Российской Федерации.
Работа выполнялась в соответствии с постановлением и законом Тамбовской области «О природных ресурсах и природопользовании» и положением «О территориальной системе экологического мониторинга Тамбовской области» №529 от 29.08.97г.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, теории принятия решений, имитационного и натурного экспериментов.
Научная новизна. Разработано формализованное описание класса ресурсно-техногенных систем на теоретико-множественной основе и предложена методика их исследования как объектов экологического менеджмента.
Сформулированы математические постановки «типовых» задач управления природопользованием и защитой окружающей среды от загрязнений.
Рассмотрена эволюция задач оптимального планирования нормативов выбросов из стационарных промышленных источников в детерминированном и вероятностном вариантах, а также в условиях купли-продажи прав на загрязнения.
Разработаны алгоритмы «централизованного» и «децентрализованного» решения воздухоохранных задач с использованием расчетных фоновых концентраций.
Сформулированы принципы построения информационной системы поддержки принятия решений в природопользовании.
Разработан метод выбора постов контроля для автоматизированной системы мониторинга воздушного бассейна.
Выявлены зоны повышенного содержания в почве г. Тамбова тяжелых металлов и их взаимосвязь сростом детской заболеваемости.
Практическая значимость. Создан программный комплекс информационно-аналитической системы поддержки принятия решений в территориальных органах управления природопользованием и защиты окружающей среды, включающий базы данных по предприятиям, источникам загрязнений, типам примесей, а также электронные карты местности и пользовательский интерфейс.
Решены следующие задачи по защите воздушного бассейна г.Тамбова от промышленных загрязнений:
Установления нормативов ПДВ для стационарных промышленных источников загрязнения, с использованием предложенной методики расчета фоновых концентраций.
Оптимального выбора мест размещения постов контроля в системе мониторинга воздушного бассейна ППС.
Экспериментального геохимического обследования территории г. Тамбова на содержание в почве тяжелых металлов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Методика решения задач экологического менеджмента, возникающих в практике работы природоохранных органов и служб субъектов Российской Федерации.
Информационная система, обеспечивающая поддержку принятия решений на базе ГИС-технологии, баз данных, расчетных модулей и интерфейса менеджера.
Сведения об апробации результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
IV региональной научно-технической конференции «Вопросы региональной экономики», Тамбов, 2000г.;
Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы малых городов», Елец, 2003г.;
Годичной научной конференции Института истории естествознания и техники им. СИ. Вавилова РАН, Москва, 2003г.;
X межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы химии и химической технологии», Тамбов, 2003г.;
Межрегиональной научно-практической конференции «Природные ресурсы и учение В.И. Вернадского - основа устойчивого развития цивилизации», Тамбов,2003г.;
на научных семинарах кафедры «Природопользование и защита окружающей среды» Тамбовского государственного технического университета.
Сведения о публикациях (по теме диссертации). Основные результаты диссертационной работы опубликованы в восьми печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Основная часть диссертации изложена на 159 страницах машинописного текста. Работа содержит 37 рисунков и 7 таблиц.
Первая глава работы освещает цели и задачи экологического менеджмента, его отличия от задач управления промышленными объектами. Подчеркивается новизна разработки информационно-аналитических систем поддержки принятия решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды от загрязнений. Введено определение нового класса систем, а именно - ресурсно-техногенных. Подчеркивается их экосоциотехнический характер.
Анализируются возможности применения ГИС-технологий при проектировании систем поддержки лринятия решений в экологии. Рассматривается программное обеспечение геоинформационных систем, приводятся сравнительные характеристики отечественных и зарубежных программных комплексов.
В связи с усложнением задач экологического менеджмента, необходимостью учета большого числа связей, приложений и т. п., обосновывается методо-логия автоматизированного проектирования баз данных информационных систем с использованием CASE-средств.
Описаны наиболее характерные примеры использования систем поддержки принятия решений в экологии: при управлении качеством воды в озере, загрязнении воздушного бассейна, выбросами от тепловых станций, уровнем воды в резервуарах и другие.
Вторая глава посвящена теоретическим вопросам разработки системного подхода к решению задач экологического менеджмента. С этой целью предложено формализованное описание ресурсных и техногенных объектов управления с единых позиций. Введены понятия природо-промышленной системы, ее подсистем, связей, элементов, контактов, носителей примесей и других категорий необходимых, при моделировании. Базируясь на описании данного класса систем предложена методика их исследования, состоящая из 5-ти этапов: концептуализации, спецификации, отображения, анализа и реализации. В основу процесса поддержки принятия решений положен ряд принципов, отличающих экологический менеджмент от производственного. И с учетом них математически поставлены типовые задачи управления ресурсопользованием и охраной окружающей среды. Эти задачи классифицированы как детерминированные, вероятностные, статические, динамические, циклические и «альтернативные» по операторам описания экологических подсистем.
Третья глава посвящена программной реализации системы поддержки принятия решений в охране воздушного бассейна. Для этого были предложены принципы, на основе которых возможно создание открытых систем: масштабируемости, расширяемости, интероперабельности, переносимости и т. п. Разра-
ботана конфигурация СППР, в состав которой вошли базы данных, ГИС-система, расчетные модули, графические и текстовые интерфейсы пользователя. В качестве типового пакета использована отечественная ГИС «Географ».
В работе подробно описаны все этапы проектирования информационно — аналитической системы: концептуального, логического и физического моделирования процессов. Создано рабочее место экологического менеджера, позволяющее оперировать массивами данных в любом варианте, организовывать расчеты по заданному сценарию, отображать информацию в нужной отчетной форме и контролировать состояния работы системы в целом.
Четвертая глава связана с практической реализацией задач экологического менеджмента на основе информационно-аналитической системы поддержки принятия решений. Одной из таких задач является планирование нормативов ПДВ для промышленных источников загрязнений атмосферы. В отличие от традиционного подхода в работе ставятся задачи оптимального планирования воздухоохранных мероприятий с использованием экономического критерия. Приведены примеры решения задачи в детерминированной и вероятностной постановках, а также с применение алгоритма расчета фоновых концентраций.
Не менее важной на практике является задача мониторинга загрязнений воздушного бассейна. В работе предложен алгоритм выбора постов контроля для г. Тамбова, использующий идеи теории игр. При этом использованы критерии Вальда, Гурвица и «среднего» выигрыша. Определены три географические зоны контроля качества приземного слоя воздуха в г. Тамбове, инвариантные к вышеназванным критериям. Правильность расчета подтверждена наличием вблизи этих зон действующих лабораторий санитарно-гигиенического надзора.
Экспериментальная часть работы связана также с геохимическим мониторингом территории г. Тамбова. Для этого исследовались пробы почв (взятые с глубины до 5 см.) на содержание в них тяжелых металлов. Установлены аномально высокие зоны загрязнений в городе, определены корреляционные связи между содержанием металлов и уровнем заболеваемости у детей.
Цели и задачи экологического менеджмента как предметной .области информационной системы...
Сегодня уже очевидно, что стратегическое планирование в области природопользования и охраны окружающей среды - это динамичный и поэтапный процесс, включающий анализ проблем и возможных вариантов их решения, определение состава задач, мониторинг, выработку и реализацию мероприятий, анализ достигнутых результатов, регулярную переоценку и корректировку планов.
Являясь неотъемлемой частью генерального политического курса нашего государства, эффективные природоохранные мероприятия должны вводиться в процессы управления всеми отраслями и на всех уровнях, и прежде всего в сферу выработки экономического курса. Опыт некоторых стран мира показывает, что успешно осуществляемые национальные планы действий и стратегии устойчивого развития одновременно отвечают интересам правительств, общества и частного сектора. Причем фокус стратегии необходимо перенести с проблем охраны природной среды на более широкую платформу устойчивого управления ресурсами.
Отсюда и возникает такая современная отрасль знаний как экологический менеджмент. И по этому поводу дадим некоторые пояснения. Как известно [2], слово «менеджмент» означает совокупность методов и средств управления производством в целях повышения его эффективности и увеличения прибыли. Сердцевиной любого производства, как известно, является технологический процесс, в котором из сырья получают целевой продукт. Управление технологическим процессом осуществляет оператор, а работу производства в целом координирует директорат. Из этого следует, что производство является продукто-ориентированной системой. В отличие от этого объектом экологического менеджмента является некоторая «ресурсная система», а ее сердцевиной - потребляемый природный ресурс (вода, газ, руда, морские животные и многое другое). В проблеме защиты окружающей среды от загрязнений под ресурсом обычно понимают буферные способности компонентов биосферы - ассимиляционные потенциалы воздушного или водного бассейнов, почв, экосистем и т.п. [3].
Согласно «правилу интегрального ресурса», хорошо известному в экологии [4, с. 154], конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый компонент или экосистему в целом. То есть, в силу ограниченности ресурсного потенциала и потребления его разнообразными пользователями возникают конфликтные ситуации, над устранением которых работают экологические менеджеры.
С уменьшением ресурсного потенциала количество и острота конфликтных ситуаций неизбежно возрастают, а значит возрастает и роль экологического менеджера в управлении природо-промышленными системами. И в отличие от чисто производственных систем координация деятельности ресурсных оказывается несоизмеримо сложнее. Сложность их оценки и малая изученность в сочетании с противоречивостью запросов пользователей нередко приводят к поиску компромиссных решений.
Характеризуя особенность экологического менеджмента, автор работы [5] отмечает, что в XXI веке менеджеры будут иметь дело со сложностями и конфликтами, противостоять которым можно лишь с помощью анализа взаимозависимостей систем и устранения противоречий в их кооперации, координации и коммуникации, особенно если речь идет об отношениях с общественностью. При этом экологические менеджеры должны научится маневрировать как в технической, так и в административной и политической сферах, а решение задач потребует не только чисто инженерных знаний, но и хорошей научной подготовки, знания законодательства, системного анализа и методов административного управления.
Ведущим принципом, способным сбалансировать интересы экономики, экологии и социальной сферы является принцип устойчивого развития, поскольку в нем заложены и идеи сбережения ресурсов для будущих поколений, и идеи сохранности качества их среды обитания. Таким образом цели экологического менеджмента видятся в удовлетворении потребностей природных и общественно-производственных структур в необходимых им видах ресурсов, в единой географической зоне отношений с которыми они находятся.
Понятие «экологический менеджмент» сформулируем с учетом работ [5,6] и стандартов ИСО 14043 «Экологический менеджмент. Термины и определения» [114]. Под экологическим менеджментом будем понимать применение конструктивных и организационных методов управления природными и искусственно созданными ресурсными системами в интересах полезности результатов для общества и окружающей среды. Конструктивные методы те, которые прямо нацелены на регулирование количества или качества потребляемого ресурса. Организационные — это программы или действия сопровождающие процесс управления. Например, влияющие на принятие решений. Ресурсной системой назовем объединение природных элементов (ресурсов) с системами их управления и работающих совместно для достижения целей экологического менеджмента. Природной ресурсной системой является совокупность элементов природной среды, формирующих базу ресурсной системы. Тогда искусственно созданной ресурсной системой будем считать инфраструктуру, обеспечивающую регулирование количества и качества потребляемого пользователями ресурса. Принципиальное различие в терминах «производственный » и «экологический» менеджмент заключается в формализации целей. Для производственного менеджмента свойственно использовать технико-экономические показатели, прежде всего связанные с ростом производства (прибыль, себестоимость, качество целевого продукта, его объемы и т.п.) Тогда как для экологического весьма характерны и качественные показатели (эстетические, рекреационные, общественно-значимые и т.д.). В своей сущностной основе экологический менеджмент оказывается сложнее ввиду значительных пространственно-временных границ ресурсных систем, их открытости широкому кругу пользователей, противоречивости требований потребителей и общественности, слабой изученности и по многим другим причинам. Решение задач экологического менеджмента предполагает наличие у специалистов опыта в следующих областях знаний: Проблемно-ориентированной (характеризующей устройство и поведение ресурсной системы). Например управление качественным состоянием воздушного бассейна нуждается в знании процессов образования и распространения примесей, влияния метеопараметров на уровень загрязненности приземного слоя воздуха, критериев оценки качества воздушной среды и т.д.
Формализованное описание ресурсных и техногенных объектов управления
До недавнего времени проектирование информационных систем (ИС) выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов. Современные сложные ИС характеризуются наличием большого количества составляющих со сложными взаимосвязями, необходимостью работы в многоплатформенных средах, необходимостью интеграции разнородных приложений и т.д. Все это делает применявшийся прежде неформализованный подход к разработке неэффективным, поэтому в настоящее время разработаны и успешно развиваются методологии автоматизированного проектирования ИС.
Эта методология проектирования информационной системы (ИС) тесно связана с особенностями моделируемой предметной области, однако в настоящее время в большинстве случаев можно выделить следующие этапы разработки ИС: 1. Анализ предметной области. На данном этапе должна быть построена концептуальная модель предметной области. 2. Разработка базы данных. 3. Разработка программной системы. Программная реализация поддержки автоматизированного проектирования ИС осуществляется при помощи CASE-средств (CASE - Computer Aided Software Engineering, компьютерная поддержка разработки ПО). Используя CASE-средства, можно реализовать полный цикл поддержки жизненного цикла ПО. В настоящее время известно порядка 300 CASE-систем, позволяющих осуществлять автоматизацию как отдельных этапов разработки ИС, так и полномасштабное проектирование информационных систем любой сложности. Соответственно можно классифицировать CASE-средства следующим образом: 1. Средства анализа и проектирования. С помощью таких средств можно реализовать первый этап разработки ИС - построить и проанализировать модели предметной области с получением спецификации компонентов системы, в некоторых случаях - определить архитектуру и интерфейсы ИС. В качестве примера можно привести такие CASE-средства, как BPwin (компания LogicWorks), Design/IDEF (компания Meta Software), Silverrun (компания CSA) и др. 2. Средства проектирования баз данных. С помощью этих средств можно построить модель данных ИС и произвести генерацию схемы базы данных в конкретной СУБД. Пример - ERwin (компания Logic Works), DataBase Designer (компания Oracle) и др. 3. Комплексные средства. Такие CASE-средства поддерживают полный цикл разработки ИС, включая генерацию кодов на определенном языке программирования. Пример - Rational Rose (компания Rational Soft-Ware), Developer/2000 (компания Oracle) и др. Дальнейшим развитием концепции автоматизированного проектирования ИС является технология MDA (Model Driven Architecture, архитектура, управляемая моделью), позволяющая на основе формализованного описания бизнес-логики генерировать базы данных и программные коды, а также графический интерфейс пользователя, в многоплатформенной среде. Одной из первых реализаций технологии MDA является Bold for Delphi (компания Borland) [50]. Независимо от масштаба и характера решаемых задач, современная CASE-система, как правило, включает: графический интерфейс пользователя, обеспечивающий наглядное представление структуры проектируемой ИС; возможность интеграции компонентов CASE-средства в единой целое; наличие хранилища метаданных (репозитория), обеспечивающего хранение компонентов. Кроме того, современные CASE-средства должны иметь возможность реинжиниринга для модификации разработанной ИС. На этапе анализа лингвистические знания о предметной области преобразуются в концептуальную модель в виде набора понятий и связывающих их отношений, т. е. объекты реального мира получают свою интерпретацию в проектируемой ИС. Известной методологией функционального моделирования является SADT (Structured Analysis and Design Technique) [51]. Функциональная модель SADT отображает структуру объектов, действия, производимые объектами, и связи между ними. Процесс построения функциональной модели SADT осуществляется на основе декомпозиции исходной диаграммы к совокупности элементарных диаграмм, описывающих функции ИС. В результате разработчик получает модель, состоящую из взаимосвязанных диаграмм, фрагментов текста и глоссария. Построенная модель верифицируется - проверяется на полноту и согласованность данных. Методология SADT может быть использована как для проектирования новых ИС, так и для анализа существующих ИС.
Развитием методологии SADT является стандарт онтологического исследования IDEF5 (Integrated DEFintion), входящий в реестр государственных стандартов США IDEFX [53]. В данном случае анализ предметной области сводится к онтологическому исследованию, позволяющему определить и формализовать совокупность фундаментальных свойств, определяющих поведение объектов реального мира.
Автоматизированное рабочее место экологического менеджера
Разработка СППР в экологии безусловно является следствием использования системного подхода к решению проблем природопользования и охраны окружающей среды, поскольку такой подход помогает ЛПР изучить проблему в целом, проанализировать альтернативные цели и варианты решений в рамках определенной схемы их сравнения (возможно аналитическими методами) и при этом учесть как мнения экспертов, так и собственную интуицию [64].
За последние десятилетия на идеях системного анализа построены различные проблемно-ориентированные информационно-аналитические системы (ИАС), которые в большей или меньшей степени могут считаться системами поддержки принятия решений в экологии. Некоторые из них уникальны тем, что касаются глобальных проблем современности, например эволюции биосферы [65,66], тогда как другие связаны с решением конкретных задач эффективного использования водных ресурсов [67], управления качественным состоянием воздушного бассейна [68], ликвидации последствий утечек химически опасных веществ [69], контроля воздействий на живую природу [19] и т.п.
Поскольку в данном обзоре невозможно осветить все работы, связанные с созданием СГШР, подробнее остановимся на наиболее характерных. И вначале упомянем некоторые ранние работы с тем, чтобы лучше осознать тенденции развития ИАС в экологии.
Одной из них является работа [70], в которой решалась задача контроля качества природной среды в Италии. Объектом исследований являлся регион площадью в 22 300 км2 и численностью населения 3 964 151 человек. Для сбора, оценки и использования возможной экологической информации была разработана структура баз данных из 5-ти логически взаимосвязанных сегментов. В них содержалась информация о типах летучих загрязняющих веществ, геологической структуре территории, потоках жидких отходов, видах твердых отходов и характере производственных процессов. На основе накопленной экспериментальной информации изучалось качество воды в реках, загрязнение воздуха нефтехимическими заводами, анализировались возможные причины загрязнения воды в конкретных зонах, а также оценивалось качество грунтовых вод.
Интерактивная модульная СППР, включающая СУБД, интерактивную видеографику, результаты заключений в лингвистическом виде, а также компьютерные программы имитации и оценивания процессов регионального экономического развития, связанных с землепользованием, промышленностью, туризмом, очисткой сточных вод и качеством воды в озере описана в работе [71]. Структура этой системы показана на рис. 1.4.
К особенностям объекта исследований автором отнесены: его сложность, присутствие в системе социо-политических и экономических элементов, действия разнородных потребителей, различие у них целей и пониманий того, что же является определяющим в политике развития региона площадью 150 км . Имитационная система на рис. 1.4 связывает главные элементы органического цикла воедино, позволяя оценивать действие загрязняющих веществ (фосфора, азота и углерода) на процесс эвторификации в озере. Благодаря применению теории размытых множеств, количественные характеристики качества воды переведены в вербальные, что позволяет лучше понимать состояние дел в регионе между всеми пользователями общего ресурса (озера). Конфликт между различными группами пользователей объясняется тем, что туристам интересны открытые подходы к воде, ее качество и наличие сервиса. Промышленности и сельскому хозяйству - расширение деятельности, сопровождающейся жидкими отходами, попадающими в озеро. Обществу в целом - сохранность качества природной среды в регионе и качество воды в озере.
В работе [72] описана СППР в сфере управления качеством воздушного бассейна в Голландии. Она состоит из 3-х модулей, связанных с экономикой страны, распространением примесей из различных источников и оценкой негативных последствий. Ее схема изображена на рис. 1.5. Попытка выхода на жесткие стандарты качества воздуха приводит к конфликту интересов пользователей данного ресурса в виде автотранспорта, промышленности, населения и экономики страны в целом. Поэтому задача создания СППР состояла в показе взаимодействия указанных групп пользователей и поиске разумных стратегий постепенного перехода с первичных стандартов качества воздуха на вторичные, более жесткие.
Процессы переноса примесей описывались моделями дисперсионного типа. При этом был составлен общий баланс выбросов из различных источников, включая и трансграничные переносы. Приняты решения о снижении выбросов и, в первую очередь, решение о снижении выбросов от автотранспорта. Определенный интерес представляют результаты работы [73], в которой СППР является инструментом городского и регионального планирования в области земле- и водопользования, подавления примесей, развития ресурсной базы и т.д. В ней делается акцент на использование концепций «семантической модели» и «базы знаний» при проектировании ИАС. Достоинство «семантической модели» видится в возможности использования ее при управлении как статическими, так и динамическими аспектами реального мира. Архитектура подсистемы семантического менеджмента приведена на рис.1.6.
Эволюция задач планирования нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ)
В число важнейших задач, входящих в программу оздоровления воздушного бассейна индустриальных центров, входит задача нормирования выбросов из промышленных источников загрязнения. Она базируется на административных методах регулирования [3], использующих стандарты качества окружающей природной среды в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) и подпадает под компетенцию региональных Управлений по природопользованию и охране окружающей среды [86]. По этой причине возникает необходимость в централизации работ по планированию нормативов ПДВ на основе информационно-аналитической системы экологического менеджмента, содержащей базы данных по предприятиям, источникам выбросов, типам примесей и т.д.
Хотя проекты нормативов ПДВ предприятий разрабатываются не чаще одного раза в пять лет, в крупных промышленных городах их выполнение требуется почти ежемесячно — в связи с окончанием сроков действия воздухоохран-ных программ на различных производственных объектах, развитием технологической среды в регионе, установкой дополнительных агрегатов в цехах, ростом выбросов из автотранспорта, изменением составов сырья, топлива и т.д. Другими словами, для города или региона необходимость в организации единой автоматизированной системы расчетов ПДВ с каждым годом возрастает и становится насущной потребностью нормировщиков выбросов и лиц, ответственных за принятие экологических решений в территориальных органах МПР России.
Найденные значения ПДВ являются важнейшим показателем экологично-сти промышленных производств, в соответствии с которыми на промышленных предприятиях согласовывают программы выпуска продуктов, оценивают эффективность использования сырьевых и материальных ресурсов, определяют размер капитальных вложений в создание или реконструкцию систем пыле -газоочистки. При этом задача повышения надежности методов расчета ПДВ становится все более актуальной.
Методология планирования нормативов ПДВ достаточно подробно описана в работах [86-92]. Однако инженерные методы расчета, используемые в них, не всегда способны учесть всю специфику задачи и нуждаются в усовершенствовании. Во-первых, при нормировании выбросов обязательно должны учитываться экономические аспекты задачи, связанные с большой стоимостью возду-хоохранных мероприятий. Во-вторых, процессы распространения примесей из источников загрязнения относятся к классу стохастических, а поэтому задача планирования нормативов ПДВ допускает и вероятностную постановку. В-третьих, нахождение решений по сокращению выбросов на отдельно рассматриваемом предприятии не отрицает существования более экономичного решения на «группе» предприятий, взаимодействующих на рынке купли-продажи прав на загрязнение.
Если следовать широко апробированному подходу к нормированию выбросов [86, с. 33], тогда его основными задачами надо назвать: определение требуемых допустимых выбросов от каждого источника и условий поступления этих выбросов в атмосферу, при которых суммарные приземные концентрации от выбросов предприятия с учетом его развития и влияния фонового загрязнения не будут превышать ПДК; установление для каждого источника вредных выделений и предприятия в целом величин ПДВ и ВСВ с учетом существующего положения промежуточных и конечных этапов развития предприятия; выбор мероприятий по защите атмосферы, необходимых для достижения величин ПДВ по каждому из источников выделения вредных веществ; определение требуемых затрат и других условий, необходимых для осуществления мероприятий по защите атмосферы. Из этого описания следует, что типовая задача планирования нормативов ПДВ не рассматривается как оптимизационная, хотя на практике это выглядит совсем не так. Важнейшим ее аспектом безусловно является стоимость затрат на очистку пыле-газовых выбросов, минимизация которой неявно предполагается в ходе решения данной задачи. Особенно важно это учитывать на городском или региональном уровнях планирования нормативов ПДВ, где множество альтернативных решений значительно шире. В связи с этим рассмотрим эволюцию постановок задач расчета ПДВ с использованием экономического критерия, начиная с наиболее простой детерминированной задачи. Пусть в результате инвентаризации N промышленных источников загрязнения атмосферы были определены координаты их пространственного расположения (х;, у;, Zj), объемные расходы q; и концентрации Су j-ro вещества в і-м источнике, i = l,N, j = l,m. Тогда действующие мощности выбросов найдем из выражения Q- =qj ХС-. Если обозначить Ij (() - стоимость вложений в реализацию воздухоохранных мероприятий, позволяющих снизить QJ; до нужного значения Qjj, задачу планирования нормативов ПДВ можно сформулировать следующим образом.
