Введение к работе
^ ^ 8>9
Одной из главных задач, сформулированных в концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, является коренное улучшение состояния окружающей среды (ОС) за счет экологизации экономической деятельности в рамках институциональных и структурных преобразований, позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования и широкое распространение экологически ориентированных методов управления. В данном случае под новой моделью хозяйствования понимается экологически идеальная структура техносферы, базирующаяся на многоразовом потреблении и изначальном предотвращении процесса загрязнения ОС.
В настоящее время решение экологических проблем чаще связано с проведением прямых природоохранных мероприятий. Однако эти методы требуют значительных затрат и не всегда отвечают задачам охраны природы. Поэтому с точки зрения эффективного регулирования техногенного давления на природную среду наиболее перспективным является направление на предотвращение загрязнения ОС. Пока решение этой проблемы находится в начальной стадии, так как лишь 20 % инвестиций, направляемых на защиту ОС, идет на разработку технологий, предотвращающих загрязнение ОС. Основными из этих технологий являются, во-первых, реализация малоотходного и безотходного производства и, во-вторых, управление в процессе производственной деятельности эмиссией загрязняющих веществ. В настоящее время достигнуты определенные научные результаты в создании безотходных и малоотходных технологий в некоторых отраслях, однако массового распространения эти технологии не получили из-за технических трудностей и экономических ограничений. Поэтому наиболее актуальным представляется второе направление, опираю-
3 і Р0С"НАЦЙ*«АЛЬНАЯ|
6ИБЛИЄТБКА |
СПетербург
ОЭ *$
щееся на существующий уровень технологии производства. Однако развитие этого направления сдерживается отсутствием научно обоснованных механизмов управления антропогенной нагрузкой на ОС.
Для разработки таких механизмов применительно к транспортному комплексу необходимо учитывать современные тенденции государственного регулирования перевозочного процесса, связанные с созданием международных транспортных интермодальных коридоров, предполагающих комплексное использование автомобильного, водного и железнодорожного транспорта. Поэтому для уменьшения загрязнения ОС появляется возможность использовать, где это принципиально возможно, наиболее экологичные виды транспорта без изменения общего объема перевозок.
Оценка экологичности различных видов транспорта показала, что наиболее экологичным видом внутриконтинентального транспорта является водный транспорт. Поэтому одним из основных направлений предотвращения загрязнения ОС транспортным комплексом может являться приоритетное использование внутреннего водного транспорта. Решение этой проблемы включено в важнейшие задачи, решаемые на международном уровне Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций.
Внутренний водный транспорт (ВВТ) является сложной социально-технико-экономической системой, имеющей многосторонние связи с ОС. При этом основными источниками загрязнения являются суда и береговые объекты (БО), к которым относятся: порты; судоремонтные, судостроительные заводы; базы технического обслуживания флота; ремонтно-экс-плуатационные базы.
Проблемам исследования экологических аспектов деятельности ВВТ и
экологии водных объектов посвящены труды ученых Бараца В.А., Дегтярева В.В., Зубрилова СП., Курникова А.С., Решняка В.И., Розенберга Г.С., Селезнева В.А., Слюсарева А.С., Телегина А.И., Этина В.Л. и других. Вместе с тем анализ работ в области предотвращения загрязнения ОС на ВВТ показал, что основным направлением исследований до сих пор являлось обеспечение экологической безопасности судов, а БО уделялось мало внимания. Однако статистические данные о ежегодных объемах загрязнения ОС со стороны ВВТ показывают, что на долю БО приходится около 50 % выбросов в атмосферу, около 85 % объемов сточных вод и около 90 % отходов производства и потребления. Поэтому задача предотвращения загрязнения ОС БО остается весьма актуальной, но ее решение сдерживается отсутствием комплексных исследований в области создания эффективно действующих механизмов гармонизации развития производства и природопользования на БО, что является крупной научной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение.
Тема диссертации непосредственно связана с программами многолетних научных исследований Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) в области обеспечения экологической безопасности судоходства и выполнялась в соответствии с планами ПИР и ОКР Министерства транспорта РФ, а также Нижегородской комплексной экологической программой санации Волжского судоходства «Чистая Волга».
Научная новизна работы:
Впервые показана принципиальная возможность и определены условия достижения требуемого качества ОС в условиях внешних возмущающих воздействий за счет управления антропогенной нагрузкой.
Научно обоснован способ управления антропогенной нагрузкой, основанный на принципе стабилизации показателей качества ОС (целевые
показатели) за счет контроля и изменения показателей воздействия на ОС (косвенные показатели).
Впервые исследованы процессы управления антропогенной нагрузкой на основе косвенной информации о качественном состоянии ОС.
Определены условия достижения наилучшей точности стабилизации показателей качества ОС при управлении антропогенной нагрузкой.
Впервые исследована структурная устойчивость систем косвенного управления антропогенной нагрузкой.
Созданы проблемно-ориентированные процедуры сбора и обработки экологической информации с учетом особенностей БО ВВТ.
Получено математическое описание процессов формирования загрязнения сточных вод БО ВВТ.
Выполнена проблемная ориентация интеллектуальных систем, основанных на знаниях для принятия решений по управлению антропогенной нагрузкой на БО ВВТ.
Практическая значимость работы состоит в создании комплекса методов, моделей и алгоритмов, практически реализующих концепцию согласованного функционирования производства и природопользования и предназначенных для инженерной разработки подсистем управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ. Комплекс структурно инвариантен к предметной области и уровням управления и может применяться для любых БО ВВТ. Он позволяет синтезировать информационные технологии управления, включающие формализованные экспертные знания и интерактивный диалог с конечным пользователем, что обеспечивает высокую эффективность, тиражируемость систем управления антропогенной нагрузкой и Их интеграцию с различными типами существующих систем управления -
автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).
Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы на четырех различных БО ВВТ: ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод», ОАО' «Нижегородский порт», ООО «Октябрьский ССРЗ» в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера-эколога с приложением соответствующего программного обеспечения.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ВГАВТ в виде учебного пособия, конспектов лекций, компьютерных обучающих программ.
Достоверность научных положений обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью численных и натурных экспериментов и сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов. Положения аналитических исследований получены путем применения теорий множеств, сложных систем, чувствительности, матричного исчисления, выбора и принятия решений, распознавания образов, управления, а также методов моделирования и оптимизации.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на втором Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва, 1996 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997 г.), Международных научно-промышленных форумах «Великие реки» (Нижний Новгород, 1999, 2000, 2001, 2002 гг.), на IV Всероссийской научно-
практической конференции «Проблемы водных ресурсов и утилизации отходов в транспортном комплексе России» (Москва, 2000 г.), на научно-практических семинарах Росречфлота «Экологические проблемы речного судоходства» (Москва, 2000 г.) и «Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности судоходства» (Москва, 2002 г.), на V Международной научно-практической конференции «Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России» (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Экодогичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве» (Н. Новгород, 2002 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями» (Пенза, 2002 г.)
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ВГАВТ - Этиным В.Л., Плотниковой В.Н. и других организаций - к.т.н. Карпенко С.Н. (алгоритмизация и программирование математических моделей).
При этом автору принадлежит:
направление, методология, постановка задач и программа исследований;
обоснование и построение математических моделей;
организация, планирование и проведение численных и натурных экспериментов;
обработка, анализ и обобщение данных численных и натурных экспериментов;
проектирование (эскизные проекты) подсистем системы управления
антропогенной нагрузкой;
непосредственное участие во внедрении результатов работы на БО ВВТ.
Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 27 работ, в т. ч. 1 монографию, 1 учебное пособие, 2 конспекта лекций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 304 стр. машинописного текста и включает 82 рисунка, 18 таблиц. Список литературы состоит из 182 наименований. Приложение содержит таблицы и акты внедрений.
