Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одной из ведущих проблем интенсивного развития промышленного производства является проблема мониторинга экологической ситуации. Особое значение для повышения эффективности мониторинга экологической ситуации приобретает автоматизация обработки значительных объемов информации, позволяющая снижать трудоемкость, обработка которых традиционными методами затруднительна или невозможна.
На большинстве современных предприятий уставлены системы мониторинга окружающей среды, имеющие в своем составе программные комплексы для автоматизации обработки данных. Чаще всего такие системы разработаны под конкретное предприятие и являются узконаправленными. Кроме того, следует отметить, что существующие в настоящее время системы для отслеживания экологической ситуации используют значительное количество датчиков, выдающих различную информацию о состоянии среды. Система для сбора данных экологического состояния окружающей среды представляет собой комплекс технических и программных средств, предназначенных для сбора и первичной обработки данных об экологических параметрах контролируемых компонентов природной среды. Контроль за компонентами среды осуществляется как путем непрерывных измерений с помощью устройств слежения за концентрациями вредных веществ, так и посредством отбора проб для проведения последующих анализов в аналитической лаборатории.
Математическое моделирование на основе решения уравнений диффузии активно используется в системах автоматизированного мониторинга экологического состояния открытых территориальных участков. Подобный подход крайне сложен в условиях функционирования предприятий, так как внутри помещений существуют различные изменяющиеся во времени преграды, динамические системы приточно-вытяжной вентиляции и другие внешние факторы.
Одним из недостатков алгоритмов анализа экологической ситуации в существующих комплексах программного обеспечения в области экологического мониторинга применительно к реализации в помещениях предприятия, является отсутствие специфических особенностей алгоритмов для установления координат очагов загрязнений, в комплексах составных помещений. В существующих программных комплексах, алгоритмы определения координат источников загрязнения исходят из составляемой геотопографической карты ландшафта с обозначениями на ней расположенных КИП. В качестве дополнительных исходных параметров берутся метеорологические данные окружающей среды. Определение координат очага загрязнений делается исходя из распределения веществ в открытом пространстве без преград и закрытых или изолированных пространств.
Другим недостатком алгоритмов обработки информации в существующих комплексах программного обеспечения, применительно к функционированию в помещениях предприятия, является то, что поскольку они предназначены для контроля экологического состояния на сравнительно большой, и, как правило, открытой территории, использование таких систем для экологических ситуаций внутри помещений, представляется затруднительным. Поэтому существующие варианты программного обеспечения автоматизированных систем крайне сложно использовать для планирования размещения автоматических заслонок подключенных к системе для определения координат источников загрязнения распространения загрязнения только в конкретной области, а также определения координат размещения источников загрязнения, датчиков и т.п.
В рамках данной работы разрабатывается алгоритмы обработки информации и программный комплекс, способные автоматизировать определение координат источника
загрязнения внутри помещений предприятия. В состав программного комплекса будет включена система построения виртуальной схемы потоков и размещения точек КИП.
Целью настоящей работы является повышение эффективности автоматизированной обработки данных системы распределенных датчиков в системах мониторинга экологического состояния предприятия.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучить закономерности и особенности сбора и обработки информации в системе экологического мониторинга предприятия;
разработать алгоритмы оперативного обнаружения признаков аварии на основе автоматизированной обработки информации от распределенной сети датчиков;
провести разработку программного комплекса и оптимизировать программные компоненты, входящие в состав разрабатываемого программного комплекса.
Научная новизна результатов исследований заключается в том, что:
- предложена имитационная модель, описывающая распространение экологически
вредных выбросов на основании данных распределенной системы датчиков, позволяющая
повысить эффективность определения координат источника загрязнения;
- показаны границы применимости и ограничения использования расчетных
закономерностей, описывающих распространение экологически вредных веществ с
использованием диффузионных моделей;
- разработан алгоритм обработки данных, в результате использования которого
возникает возможность использования в системе на 20-25% меньше контроллеров
состояния окружающей среды без ущерба для эффективности работы программного
комплекса.
Практическая значимость работы заключается в том, что создан комплекс программ для автоматизированной обработки данных системы распределенных датчиков анализа экологического состояния предприятия.
Разработанный программный комплекс содержит блоки, реализующие функцию построения трехмерной многослойной и многоуровневой модели анализируемой среды, вспомогательную функцию, показывающую временные промежутки на общей хронологической шкале включения и выключения производственного оборудования, станков, автоматов, систем вентиляции и жизнеобеспечения, а также предусматривается возможность возврата к ранее полученным данным и ввода дополнительных переменных, влияющих на распространение загрязнений и дальнейшего прогноза с учетом новых данных.
Программный комплекса позволяет функционировать системе автоматизации экологического мониторинга, на которую поступает информация от контроллеров состояния окружающей среды Smartel (до 65536 шт.), через интерфейс RS 232. Программный комплекс взаимодействует с СУБД с открытым кодом MySQL и функционирует под управлением операционной системы с открытым кодом Linux Red Hat Enterprise Server 5.2 с поддержкой графической системы GNOME, что соответствует лучшим образцам подобного программного обеспечения в мире и в настоящее время отсутствует в отечественных разработках.
Программное обеспечение, разработанное в данное работе, защищен двумя свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ №209612288 от 6 мая 2009 г и №2010617991 от 09 декабря 2010 г
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XXXV-ой Международной молодежной научно-технической конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2009г.), Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностирующие и управляющие системы «Диагностика-2009» (Курск, 2009 г.) и XXXVII- ой Международной молодежной научно-технической конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2011 г.).
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Изложение иллюстрируется 24 рисунками и 3 таблицами. Общий объем 114 страницы, список литературы - 124 наименований.
