Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса. цель II задачи исследования 14
Источники, виды и объекты экологического воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду 14
Нормативное обеспечение экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 29
Методы определения количества выбросов автомобилями в эксплуатации 48
Цель и задачи исследования 64
Теоретические основы обеспечения экологической безопасности эксплултации автомобильного транспорта 68
Структура теоретических основ обеспечения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 68
Системный анализ экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 75
Методологические принципы обеспечения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 93
Критерии оценки уровня экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 112
Закономерности, теории и методы обеспечения экологической
безопасности эксплуатации автомобильного транспорта 124
Выводы 129
Теоретические положения ii имитационная модель процессов формирования выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов 131
3.1. Математическое обоснование имитационной модели движения автомобиля в транспортном потоке 131
3.2. Алгоритм построения модели формирования вредных выбросов от автомобиля в транспортном потоке 138
3.3. Оценка экологической безопасности маршрутного автобуса в составе транспортного потока методами имитационного 150 моделирования
3.4. Сравнительные характеристики предлагаемой методики оценки экологической безопасности транспортных потоков на основе имитационного моделирования 167
3.5. Выводы 170
4. Методические основы обеспечения экологической безопасности автотранспортной компании 172
4.1. Методические основы и концепция обеспечения экологической безопасности автотранспортной компании ГУП «Мосгортранс» 172
4.2. Методика оценки влияния подсистем на обеспечение экологической безопасности автотранспортной компании 187
4.3. Научная интерпретация результатов оценки влияния подсистем на уровень экологической безопасности автотранспортной компании 193
4.4. Выводы 201
5. Научно-техническое прогнозирование экологической безопасности автотранспортной компании 203
5.1. Современное состояние экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс» 203
5.2. Прогноз выбросов загрязняющих веществ от производственно-технической базы эксплуатационных предприятий ГУП
«Мосгортранс» 204
5.3. Методика научно-технического прогнозирования выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов 208
5.4. Прогноз структуры парка и годовых пробегов от маршрутных автобусов ГУП «Мосгортранс» 211
5.5. Прогнозирование выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов ГУП «Мосгортранс» 220
5.6 Предотвращенный эколого-экономнческий ущерб от внедрения программных мероприятий 229
5.7. Выводы 233
6. Исследование влияния персонала на экологическую безопасность автотранспортной компании 235
6.1 Оценка влияния персонала на обеспечение экологической безопасности автотранспортной компании 235
6.2. Разработка требований к персоналу экологической службы автотранспортных предприятий 239
6.3. Концепция системы дополнительного профессионального образования руководящих работников и специалистов ГУП «Мосгортранс» 247
6.4. Проблемно-ситуационный подход в дополнительном профессиональном экологическом образовании специалистов автомобильного транспорта 262
6.5. Выводы 266
Основные результаты ii выводы 269
Библиографический список 273
Приложения 297
- Нормативное обеспечение экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта
- Системный анализ экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта
- Алгоритм построения модели формирования вредных выбросов от автомобиля в транспортном потоке
- Методика оценки влияния подсистем на обеспечение экологической безопасности автотранспортной компании
Введение к работе
Актуальность проблемы. Стремительный рост уровня автомобилизации несет человечеству не только блага цивилизации в виде комфорта и быстроты в транспортных перемещениях, но создает и массу проблем, связанных с потреблением ресурсов и загрязнением окружающей среды.
В 2004 году в стране насчитывалось около 30 млн. автотранспортных средств (в том числе более 25 млн. легковых автомобилей). В то же время объемы выбросов загрязняющих веществ автотранспортом достигли более 14млн.т, что составляет около 45% всех выбросов вредных веществ в атмосферу. В крупных городах доля выбросов от автомобильного транспорта достигает 60-80%). Ущерб, наносимый автотранспортом окружающей среде и здоровью населения в Российской Федерации, достигает 10 млрд. $ в год, т.е. около 3% ВВП.
При наличии значительного количества выполненных в России и за рубежом в сфере экологии автомобильного транспорта научно-исследовательских и диссертационных работ, научные основы обеспечения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта не рассматривались как единое целое. До настоящего времени практически не изучено влияние важнейших факторов и подсистем автомобильного транспорта (например, подсистем «Персонал», «Условия эксплуатации» и др.) на уровень его экологической безопасности, на процессы формирования выбросов загрязняющих веществ от отдельных автомобилей, транспортных потоков, автотранспортных предприятий. В связи с этим, в настоящее время на первый план перед современными экологической и автотранспортной науками и практическими работниками выходят вопросы оценки влияния транспортных потоков и отдельных автомобилей в их составе на окружающую среду, разработки, обоснования и эколого-экономической
оценки мероприятий по снижению вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и человека.
Цель исследования заключается в повышении эколого-экономической эффективности функционирования автотранспортных систем на основе разработанных теоретических и практических положений, методологических принципов, критериев, методик, математических моделей.
Поставленная цель и анализ состояния проблемы предопределили рассмотрение и решение следующих основных взаимосвязанных задач:
- разработка теоретических и практических положений обеспечения
экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта,
включающих описание структуры, условий функционирования, источников,
видов и объектов экологического воздействия, цели, задачи, систематизацию
основных закономерностей, методологические принципы и критерии
эффективности обеспечения экологической безопасности эксплуатации
автомобильного транспорта;
-разработка методики имитационного моделирования и имитационных моделей формирования выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов в составе транспортного потока;
-разработка методик создания целевых комплексных программ и концептуальных направлений обеспечения экологической безопасности функционирования автотранспортной компании;
-разработка методики оценки и исследование влияния подсистем на обеспечение экологической безопасности автотранспортной компании ГУП «Мосгортранс»;
- разработка научно-практических основ и методик научно-технического
прогнозирования уровня экологической безопасности маршрутных автобусов
автотранспортной компании, а также прогнозов выбросов загрязняющих
веществ от маршрутных автобусов ГУП «Мосгортранс»;
- исследование влияния характеристик персонала и разработка научно-практических основ обеспечения экологической безопасности автотранспортной компании за счет повышения эффективности функционирования системы дополнительного профессионального экологического образования сотрудников компании (на примере ГУП «Мосгортранс»).
Объектом исследовании являются процессы формирования уровня экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта.
Теоретической п методологической основой проведения исследований послужили научные труды по проблемам снижения экологической опасности, эксплуатации автомобильного транспорта, повышения социальной и эколого-экономической эффективности, устойчивого развития транспорта, методы системного и программно-целевого подходов, статистического анализа, математического моделирования, экспертных оценок и научно-технического прогнозирования.
В качестве информационной базы при проведении исследований использовались отчетно-статистические данные предприятий ГУП «Мосгортранс», данные аналитических докладов о состоянии окружающей среды и автомобильного транспорта Российской Федерации, результаты собственных натурных наблюдений и исследований, в том числе выполненных по заказам Правительства Москвы (грант 2.1.41. 2000г.) и ГУП «Мосгортранс», а также опубликованные научные статьи и монографии.
Научная новизна исследования заключается в разработке следующих методологических и теоретических положений, а также методик и моделей обеспечения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта, которые выносится на защиту:
совокупность теоретических и практических положений по обеспечению экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта, включающих разработанную структуру, описание
8 систематизированных условий функционирования, источников, видов и
объектов экологического воздействия, основных закономерностей, и
базирующихся на использовании разработанных принципов, критерия
эффективности, дерева целей, методик имитационного моделирования
выбросов загрязняющих веществ от отдельных автомобилей и транспортных
потоков, методик и методов оценки влияния подсистем и факторов на
исходную систему экологической безопасности и окружающую среду, а
также соответствующие математические модели;
методика и результаты исследования влияния подсистем на обеспечение экологической безопасности автобусной автотранспортной компании;
научные подходы, методика имитационного моделирования и имитационные модели формирования массы выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов в составе транспортного потока;
методика разработки целевых комплексных программ и предложенная на ее основе концепция обеспечения экологической безопасности функционирования автобусной автотранспортной компании;
методические основы и методики научно-технического прогнозирования выбросов загрязняющих веществ от маршрутных автобусов, структуры и годовых пробегов подвижного состава, базирующиеся на разработанных имитационных моделях, учитывающие динамику изменения нормативной базы, технико-эксплуатационные показатели, возраст и перспективные изменения экологических характеристик подвижного состава;
научно-практические основы обеспечения экологической безопасности автотранспортной компании за счет повышения и реализации профессиональных качеств персонала, базирующиеся на результатах исследования влияния характеристик персонала на достижение поставленных целей, разработанных концепциях развития системы
дополнительного профессионального образования сотрудников
автотранспортной компании, квалификационных требованиях к персоналу экологической службы, учебных программах, проблемно-ситуационном подходе при реализации современных образовательных технологий.
Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается принятой методологией исследования, включающей в себя апробированные научные методы, использование современного математического аппарата, стандартных методик и программного обеспечения, позволяющего обрабатывать статистическую информацию, значительным объемом экспериментальных исследований, достоверной исходной информацией, подтверждается сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов и практическим внедрением.
Кроме этого, достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами использования научных и прикладных разработок в ГУП «Мосгортранс», ФГУП «Информавтодор» в учебном процессе МГИУ, МЛДИ, ВлГУ, МГОУ, в ряде учебных программ и пособий (в том числе с грифом Министерства образования и Министерства транспорта России).
Личный вклад автора состоит в постановке задач и их решении,
разработке теоретических основ обеспечения экологической безопасности
эксплуатации автотранспорта и имитационных моделей формирования
выбросов загрязняющих веществ от транспортного потока и>маршрутных
автобусов в его составе, в проведении и интерпретации результатов
экспериментальных исследований по оценке экологической безопасности
маршрутных автобусов и транспортных потоков, в оценке вклада подсистем
технической эксплуатации в процессы формирования уровня экологической
безопасности автотранспортной компании, разработке методик научно-
технического прогнозирования и прогнозных моделей выбросов
загрязняющих веществ от маршрутных автобусов автотранспортной
10 компании, разработке квалификационных требовании к персоналу
экологической службы автотранспортных предприятий, методических
принципов и методики реализации проблемно-ситуационного подхода в
дополнительном профессиональном экологическом образовании.
Практическая значимость. Разработанные теоретические положения, методологические подходы, методики, выводы и рекомендации позволяют повысить уровень экологической безопасности функционирования автотранспортных систем, а также являются эффективным методологическим инструментарием при подготовке кадров для автотранспортного комплекса. Разработанные методики и алгоритмы могут быть использованы при оценке экологической безопасности автотранспортных потоков, отдельных автомобилей и маршрутных автобусов, разработке целевых программ развития автотранспортных компаний и их эколого-экономической оценке, решении прикладных и практических задач, где требуется эколого-экономическая оценка вариантов транспортных технологий, а также при подготовке кадров для автотранспортного комплекса.
Реализации результатов работы.
Теоретические, методологические и прикладные результаты исследований использовались:
S ГУП «Мосгортранс»- при разработке:
«Основных концептуальных направлений развития ГУП «Мосгортранс» в современных условиях»;
проекта Программы и схемы развития наземного общественного транспорта и его материально-технической базы до 2015 года (Постановление Правительства Москвы от 07.05.2002г. j\'« 337-ПП);
«Концепции развития системы дополнительного профессионального образования руководящих, инженерно-технических работников и
специалистов ГК «Мосгортрапс», утвержденной 21 мая 2001 года в качестве руководящего документа;
планов и программ повышения квалификации руководящих работников, ИТР и специалистов ГУП «Мосгортрапс»;
обучении и аттестации руководителей и специалистов эксплуатационных предприятий;
- 14 автобусным парком ГУП «Мосгортрапс» - при оценке уровня
экологической безопасности автобусных маршрутов;
S ФГУП «Информавтодор» - при проведении работ, осуществляемых по Государственному контракту с Росавтодором № ПО-12/432-1 от 05.08.02 (тема - «Разработка совместимой с ЛБДД «Дорога» компьютерной программы по оценке расходов топлива и выбросов вредных веществ автомобилями транспортного потока с использованием методов математического моделирования транспортных потоков», в том числе: алгоритмов и программ расчетов расхода топлива и выбросов вредных веществ автобусами, движущимися в составе транспортных потоков и транспортными потоками в целом). Учитывались также методические рекомендации по учету влияния процентного состава автобусов в транспортном потоке на выбросы вредных веществ автотранспортными потоками.
У ГОУ МПІУ, МЛДИ (ГТУ), ВлГУ, МГОУ:
при разработке комплекса учебных программ повышения квалификации руководящих работников и специалистов автомобильного транспорта и соответствующих им учебных пособий, в том числе с грифом Минобразования РФ и Министерства транспорта РФ (всего 9 учебных пособий);
в учебном процессе со слушателями факультетов повышения квалификации и со студентами специальности 1502 «Автомобили и автомобильное хозяйство»;
12 - при разработке и решении проблем по гранту Правительства Москвы
К» 2.1.41 2000 г. «Создание и внедрение комплекса научно-обоснованных перспективных технологий, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности жизнедеятельности наземного городского транспорта г. Москвы».
Апробации работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международных экологических симпозиумах в рамках научных чтений, проводимых международной академией наук экологии и безопасности жизнедеятельности (Санкт-Петербург, 2000 г., 2001 г., 2004 г.); международных научных конференциях «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Москва-Сочи, 2000 - 2004 гг.); международном научном симпозиуме, посвященном 135-летию МГТУ «МАМИ» (Москва 2000 г.); Всероссийской конференции «Дополнительное образование студентов как механизм реализации принципов непрерывности и преемственности в системе профессионального образования» (Москва, МАДИ-ГТУ, 2000 г.); 5-й Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2001 г.); VII Академических чтениях «Образование и наука: проблемы и перспективы развития» (СПб, 2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2001 г.); 4-й международной научно-технической конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, 2001 г.); 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2002 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Качество жизни населения и социальная политика в регионах» (Пенза, 2002 г.); 5-й Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2000 г.); 5-й Международной научно-технической
13 конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном
комплексе» (Москва, МАДИ-ГТУ, 2001 г.); X Международной научно-
методической конференции «Наукоемкие технологии образования»
(Таганрог, РГТУ, 2001 г.); IX Международной научно-практической
конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы
совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, ВлГУ, 2003 г.); 62-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ-ГТУ» (Москва, 2004 г.); X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы управления качеством производства и эксплуатации транспортных средств» (Владимир, ВлГУ, 2004 г.); IV Международной научно-практической конференции «Механизмы внедрения новых направлений науки и технологий в системе образования» (Москва, UNESCO, 2004 г.); IV Всероссийской научно-практической конференции «Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2004 г.); Международной дистанционной конференции «Горное, нефтяное и геоэкологическое образование в XXI веке» (Москва, РУДН, 2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 105 публикациях, в том числе в 7 статьях в центральных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 монографиях, 9 учебных пособиях, 84 статьях в сборниках научных трудов, материалах международных и российских конференций и т.п.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, содержит 312 стр., в том числе 61 таблицу, 56 рисунков, приложения и библиографический список из 350 наименований.
14 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Нормативное обеспечение экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта
В настоящее время существует два подхода к нормированию вредных выбросов в атмосферу от автотранспорта.
Первый заключается в регламентировании концентрации или абсолютных величин выбросов отдельных токсичных компонентов отработавших газов на конкретном режиме работы двигателя без какого-либо последующего пересчета, или с приведением впоследствии этих выбросов к некоторому показателю, например, к единице мощности двигателя, или пробега автомобиля. Чем больше режимов работы двигателя удается принять в рассмотрение, и чем ближе они к реальным в условиях эксплуатации, тем точнее нормативный показатель может отражать действительные автомобильные выбросы от автомобиля в атмосферу.
Второй подход заключается в выборе ездового цикла и регламентации вредных выбросов, возникающих в процессе его реализации. В этом случае, естественно, нормируемые параметры более реально отражают выбросы автомобилей в атмосферу. Все зависит от степени соответствия выбранного ездового цикла существующим на практике условиям эксплуатации автомобилей.
В действительности же работа автомобильного двигателя характеризуется очень широкими пределами изменения концентрации токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах. Причем, увеличение концентрации одних держащихся н отработавших газах. Причем, увеличение концентрации одних токсичных компонентов может сопровождаться уменьшением концентрации других, и наоборот. Из-за этого, в частности, не удается установить зависимость между концентрацией какого-либо компонента на одном режиме работы двигателя, с одной стороны, и фактическим объемом выбросов вредных веществ, с другой стороны.
Современные бензиновые двигатели с карбюраторными системами топ-ливоподачи допускают регулировки, обеспечивающие содержание 1,5 и менее процентов оксида углерода в отработавших газах при работе на холостом ходу. Однако эксплуатация автомобиля с такой силовой установкой крайне неэффективна ввиду ухудшения его ездовых качеств, повышения расхода топлива и увеличения выбросов других токсичных компонентов.
Содержание оксида углерода в отработанных газах двигателя автомобиля характеризует точность дозирований топлива по его цилиндрам. На современных автомобилях этого добиваются путем впрыска топлива в цилиндры двигателя. Такая технология позволяет корректировать подачу топлива в зависимости от теплового состояния и режимов работы двигателя, атмосферных условий, а также ряда других факторов. Вот почему в странах Западной Европы, где еще велика доля автомобилей с карбюраторными системами питания, содержание оксида углерода на холостом ходу работы бензинового двигателя регламентируется с большим запасом - до 3,5 %. В США, где примерно с середины 80-х гг. XX века освоено полномасштабное производство автомобилей с впрыском бензина, такие нормы намного жестче - 0,5 %.
В настоящее время в мире экологические требования к автомобилям реализованы в двух группах стандартов. Первая группа регламентирует параметры выбросов загрязняющих веществ от автомобилей при их производстве, вторая - при эксплуатации [167]. В 1959 г. в штате Калифорния США были приняты стандарты на предельно допустимые концентрации окиси углерода и углеводородов. В 1963 г. в СІІІЛ был утвержден государственный стандарт, за основу которого принят калифорнийский. В 1968 г. был предложен проект стандарта ЕЭК ООН, а в 1970 г. он рекомендован к использованию. С 1975 г. в США в соответствии с принятым федеральным стандартом CFR-40 легковые автомобили и малотоннажные грузовые автомобили испытываются на токсичность на стенде с беговыми барабанами по специальному ездовому циклу FTR-75, который предусматривает три фазы движения.
Первая фаза - 505 сек. после пуска двигателя из холодного состояния. Вторая - горячая стабилизированная фаза 867 сек. и третья - 505 сек. при пуске двигателя из горячего состояния. Вторая и третья фазы разделены промежутком времени в 10 мин., когда двигатель не работает. Суммарный пробег составляет 17,44 км, максимальная скорость равна 91 км/час, а средняя скорость -31,7 км/час.
Стандарт США CFR-40 ограничивает выбросы твердых частиц с отработавшими газами для автомобилей с дизелем, а также испарения топлива из системы питания бензинового двигателя и исключает выброс картерных газов.
Для грузовых автомобилей и автобусов в США в 1970 г. был введен стандарт, ограничивающий выбросы СО, СМ и NOx, начиная с 1973 г., при испытаниях бензинового двигателя по 9-режимному циклу и дизеля - по 13-режимному циклу в стендовых условиях.
С 1985 г. в США для оценки уровня выбросов СО, CM, NOx и твердых частиц (г/кВт-ч) автомобилями массой более 3,5 т проводятся стендовые испытания двигателей на неустановившихся режимах по циклу «Transient Test», характерному для городских и загородных условий движения для 11ыо-ІІорка и Лос-Анжелеса. Продолжительность испытания составляет 1204 сек.
Системный анализ экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта
Качественное описание системного подхода к обеспечению экологической безопасности автомобильного транспорта может быть представлено в нормализованном виде, где окружающая среда V состоит из отдельных составляющих V,: V = {v,, v,, ... v„} или v, є V (рис. 2.2.).
Автотранспортный комплекс является системой, также состоящей из отдельных элементов w,, имеющих связи друг с другом: W = {\v,, \\\, ... \v„} или w, є W.
Множество V по отношению к W является окружающей средой. При взаимодействии множеств V и W в пределах зоны влияния автотранспортного комплекса образуется региональная экологическая система S. Внутри техногенной системы формируется множество системообразующих отношений R", совокупность которых образует внутреннюю структуру системы W. Система V образуется и функционирует за счет совокупности отношений R . Обозначим структуру техногенных воздействий автотранспортного комплекса на окружающую среду в виде RHV, а воздействие среды на этот комплекс -R \
Таким образом, региональная система взаимодействия автотранспортного комплекса с окружающей средой в пределах зоны влияния может быть описана следующим образом: S = iTV,W,R ,R", R R"1 ) (2.1)
В связи с тем, что элементы подсистем непрерывно изменяются во времени, то систему следует считать нестационарной: S = f{V(t), W(t), R (t), R"(t), R (t), R"(t)} (2.2)
Для определения функции поведения системы S на заданном отрезке времени t в зависимости от изменения элементов систем Rv и R" ее следует считать стохастической. В общем случае R(t) = X(t) + MX(t) (2.3) где X(t) - центрированный случайный процесс изменения системообразующего отношения; MX(t) - математическое ожидание изменения. На отрезке времени (Т-0) функция процесса изменения имеет вид: Т-0 K,(t)=l/(T-0) JRi(t)R,(t)(T-0)dt. (2.4) о
Для количественного моделирования требуется знание закономерностей изменения связей между системами V и W и отдельными факторами, входящими в эти системы, однако на современном этапе развития науки эти закономерности выявлены лишь для небольшого числа связей.
Рассматривая экологическую безопасность как самостоятельную систему, являющуюся одной из подсистем автотранспортного комплекса в целом, первоначально необходимо определить ее структуру, а также ее основные составные элементы, организационное и технологическое взаимодействие между различными элементами, цели системы, целевые функции, целевые показатели и целевые нормативы [143]. систем обеспечения экологической безопасности. При этом состав, содержание и элементы каждой рассматриваемой системы могут меняться в зависимости от иерархического или хозяйственного уровня, на котором она находится, ее внутренней структуры и внешних условий и ограничений, в которых она функционирует и которые обязательно должны соблюдаться.
Для регионального уровня авторским коллективом кафедры эксплуатации автомобильного транспорта МЛДИ под руководством д.т.н., профессора B.C. Кузнецова была предложена более подробная классификация, которая включает в себя также элементы управления уровнем экологической безопасности - размер и состав загрязнений, мониторинг состояния окружающей среды, контроль уровня экологической безопасности автомобилей и предприятий, а также направления работ по сокращению воздействия ЛТК на окружающую среду (рис. 2.5) [312].
Алгоритм построения модели формирования вредных выбросов от автомобиля в транспортном потоке
Формальное функционирование имитационной модели ВАДС происходит следующим образом. Пусть в начальный момент времени состояние системы задано и не лежит ни на одной из гиперповерхностей. Движение вектора системы в пространстве состояний будет происходить по заданным законам движения до тех пор, пока он не достигнет одной из заданных гиперповерхностей. Функции, определяющие изменения компонент вектора каждого элемента (законы движения), являются решениями заданных дифференциальных уравнений, определяемых теорией движения автотранспортных средств.
В момент достижения гиперповерхности состояние системы совершает скачок, определяемый некоторым заданным вероятностным законом (закон отражения). После этого состояние системы вновь изменяется но заданным законам движения до тех пор, пока не достигнет очередной гиперповерхности, после чего опять происходит скачок и т.д.
Задание конкретных законов движения и отражения, законов влияния внешнего мира и конкретных гиперповерхностей, зависит от конкретной моделируемой ВАДС.
В качестве исходной информации для построения модели выбросов вредных веществ автомобилями в транспортном потоке использовались ре зультаты, полученные Лукашшым В.М., Трофименко Ю.В. и др. [25, 156, 316]. Основой алгоритма оценки пробеговых выбросов в разных фазах движения ЛТС (разгон, замедление, движение с постоянной скоростью и холостой ход) является уравнение (система уравнений) движения одиночного автомобиля по дороге реального профиля [149], которое для ЛТС с механической трансмиссией имеет вид: dVa dt = (Da-4 )-S5i;p, (3.15) где: Va — скорость автомобиля; / — время; Da — динамический фактор автомобиля; дср— коэффициент учета вращающихся масс; Ч -— коэффициент сопротивления движению; g— ускорение свободного падения. Для ЛТС с гидромеханической передачей (ГМП) решается система уравнений вида: \jircom=k-MH-ML: (3-16) где: J, — момент инерции ведущих частей двигателя; Ja— момент инерции ЛТС, приведенный к валу турбины ГМП; colh сот, — угловые ускорения валов двигателя и турбины ГМП; к— коэффициент трансформации ГМП; МК, М„— моменты на валу двигателя и насосного колеса ГМП; Мс — момент сопротивления движению ЛТС, приведенный к валу турбины ГМП. Оценка удельных выбросов вредных веществ и расхода топлива производилась при моделировании: - разгона одиночных ЛТС по внешней скоростной характеристике двигателя с переключением передач при учете влияния неустановившихся режимов работы двигателя на количество выбросов вредных веществ; - замедления АТС при постоянном замедлении 2,5 м/с".
Двигатель определялся следующими исходными данными: марка, тип, диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров, тактность, момент инерции вращающихся масс, приведенный к маховику, скоростная и не менее трех нагрузочных характеристик с зависимостями от частоты вращения вала двигателя и нагрузки крутящего .момента, расхода топлива, воздуха, концентраций СО, CJIy, NO,, твердых частиц, СО\ (ГОСТ 18148-91).
Результаты таких испытаний, выполненных в ПЛТД МАДИ, НАМИ, на Автополигоне НАМИ, в институте двигателей Технического университета г. Брауншвейга (ФРГ), на заводах-изготовителях (КамАЗ, ЗИЛ, ВАЗ, ЗМЗ, .ЯМЗ), а также собранные нами дополнительные сведения из опубликованной литературы были обобщены и сведены в базу данных. Эти многопараметро-вые характеристики (с полями концентраций нормируемых токсичных веществ) 41 двигателя (двигатели с искровым зажиганием и дизели) используются в настоящем исследовании в качестве исходных данных при оценке удельных выбросов вредных веществ ЭУ в разных фазах движения АТС.
Автомобиль определяется следующими исходными данными: марка и назначение; полная и снаряженная масса; передаточные числа и КПД коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи; статический радиус колеса; габаритная высота и ширина; коэффициент аэродинамического сопротивления; коэффициент сопротивления качению; режим управления коробкой передач при разгоне (возможно три варианта: переключение по достижении двигателем заданной частоты вращения, переключение по достижении автомобилем заданной скорости и переключение по прошествии заданного времени от начала движения); режим управления подачей топлива при разгоне (возможно два варианта: разгон по внешней скоростной характеристике и разгон с заданным ускорением на каждой передаче).
Кроме того, задается максимальная скорость движения АТС, максимальный преодолеваемый подъем, типичный цикл движения.
В сформированной базе данных имеются технические данные по 74 АТС отечественного и зарубежного производства.
Полученные результаты опенки пробеговых выбросов в разных фазах движения АТС в городе были обобщены для отдельных групп АТС по классификации ЕС, предусматривающей разбиение автомобилей по назначению (пассажирские Ми грузошле ЛО, полной массе (1 - до 2,5 т для пассажирских и до 3,5 т для грузовых; 2 - соответственно 2,5-5 т и 3,5-12,0 т; 3 — соответственно от 5,0 т до 12,0 т), а также виду используемого топлива (бензиновые — В, дизельные — Д на сжиженном нефтяном газе — CNG, сжатом природном газе — LPG и газодизельные — GD).
Методика оценки влияния подсистем на обеспечение экологической безопасности автотранспортной компании
Первоначально для изучения и оценки методов повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс» был проведен экспертный опрос, методика которого сводилась к следующему [82, 143, 295]:
I. В качестве критерия эффективности функционирования системы был принят уровень обеспечения экологической безопасности автобусных пред приятий ГУП «Мосгортранс» в пределах установленных нормативов и раз решении.
II. Проводился отбор и отсеивание методов повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс».
В частности, исходный выбор методов повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс» осуществлялся на основе разработанной структуры концептуальных направлений (рис. 4.5), в соответствии с которой выделено восемь подсистем первого уровня, которые, в свою очередь, включают ряд более мелких мероприятий. К подсистемам первого уровня на основании обобщения данных обзора литературных источников, передового производственного опыта и дерева систем технической эксплуатации автомобилей были отнесены следующие: 1. Подвижной состав; 2. Производственно-техническая база; 3. Персонал; 4. Организация и технология ГО и ремонта; 5. Топливо и эксплуатационные материалы; 6. Система материально-технического обеспечения; 7. Условия эксплуатации и природно-климатические условия; 8. Организация и структура работ но обеспечению экологической безопасности.
III. Затем подсистемы обеспечения экологической безопасности авто бусных парков ГУП «Мосгортранс» оценивались по трем критериям: эконо мичности, времени реализации и степени влияния, т.е. располагались относи тельно указанных критериев в порядке убывания их значимости.
При этом степень влияния каждой подсистемы на достижение поставленной цели должна отражать изменение значення величины выбросов при реализации мероприятий этой подсистемы. Весомость критериев оценки была принята по результатам исследований проф. Максимова В.А. [168].
IV. После этого разрабатывались специальные анкеты, которые в таб личной форме содержали набор подсистем и мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгор транс».
При составлении анкеты соблюдались следующие положения [166]: - подсистемы и мероприятия по повышению уровня экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс» располагались по иерархической схеме, т.е. сначала формировались их совокупности, а затем -непосредственно сами мероприятия. При этом системы и мероприятия, расположенные на одном уровне влияния, отражали соподчинение, а мероприятия, расположенные на нижестоящих уровнях - дополнение; - создавались условия для количественной оценки экспертами того или иного мероприятия (метода) повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс», а также компетентности самих экспертов.
V. В дальнейшем проводился предварительный о і бор экспертов, наибо лее компетентных в исследуемой проблеме, и их инструктаж на основе раз работанных анкет.
Всего в исследовании участвовали 17 инженеров-механиков, кандидаты и доктора технических наук, занимающих должности главных инженеров, начальников ПТО, преподавателей кафедр и ведущих научных сотрудников. Экспертный опрос проводился у инженерно-технических работников автобусных парков г. Москвы, ГУП «Мосгортранс»; институтах МЛДИ (ГТУ), МГИУ и «МосгортрансНИИпроект». VI. Экспертами осуществлялась индивидуальная оценка предложенных мероприятий повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортранс», которые располагались в порядке убывания степени их влияния на целереализующую систему по предложенным критериям. При определении вклада подсистемы и мероприятий по каждому критерию в отдельности в зависимости от его важности присваивались соответствующие ранги.
Методу, который, по мнению компетентного эксперта, являлся наиболее значимым в достижении поставленной цели, присваивался 1-й ранг. Методу, занимающему второе место по вкладу в реализацию поставленной цели, - 2-ой ранг т.д. Если, но мнению компетентного эксперта, методы равнозначны, то им присваивался одинаковый ранг. VII. После этого проводилась обработка опросных анкет, заполненных компетентными экспертами.
Значимость коэффициента конкордации оценивалась при помощи критерия Пирсона, значение которого определялось по формуле: Хф2 = т(к-1)лу (4.11) Затем фактическое значение критерия Пирсона (Хф) сравнивалось с его табличным значением (Х(!). При условии: Хф2 Х»., (4.12) принималась гипотеза о значимости полученного коэффициента конкордации.
Далее определялись "веса" мероприятий повышения экологической безопасности автобусных парков ГУП «Мосгортрапс», характеризующиеся соответствующими коэффициентами.
Коэффициенты веса того или иного мероприятия определялись, исходя из предположения об их пропорциональности членам убывающей арифметической прогрессии и подсчитывались но итогам ранжирования по формуле: где Wjj - коэффициент веса і-го мероприятия; к - общее число мероприятий; с - место, отдаваемое при ранжировании і-у мероприятию j-м экспертом.
Анализ результатов априорного ранжирования мнений специалистов-экспертов, наиболее компетентных в исследуемой проблеме, показал, что по критерию экономичности (рис. 4.6) наибольшее влияние на уровень экологической безопасности предприятий ГУП ."Мосгортранс" оказывают: персонал (17% ), топливо и эксплуатационные материалы (14%), условия эксплуатации и природно-климатические условия (19%), организация и структура работ по обеспечению экологической безопасности (22%).
Значения коэффициента конкордатні и критерия Пирсона составляют 0,926 и 64,8 соответственно. Табличное значение критерия Пирсона равно 18,5. Это свидетельствует о согласованности и неслучайности совпадения мнений экспертов.
Данные обработки априорного ранжирования мнений специалистов-экспертов но критерию времени реализации (рис 4.7) говорят о том, что наибольшее влияние на уровень экологической безопасности предприятий ГУП "Мосгортранс" оказывают также: персонал (17%), топливо и эксплуатационные материалы (14%), подвижный состав (19%), организация и структура работ но обеспечению экологической безопасности (22%). Значения коэффициента конкордатні и критерия Пирсона составляют 0,651 и 45,6 соответственно. Табличное значение критерия Пирсона равно 18,5. Это свидетельствует о согласованности и неслучайности совпадения мнений экспертов.
Иную картину дает обработка результатов априорного ранжирования мнений специалистов-экспертов по критерию степени влияния важнейших подсистем ТЭА на уровень экологической безопасности предприятий ГУП "Мосгортранс" (рис. 4.8). Здесь основное влияние приходится на: подвижной состав (22%), производственно-техническую базу (17%), персонал (19%), топливо и эксплуатационные материалы (14%). Значения коэффициента кон-кордации и критерия Пирсона в данном случае составляют 0,72 и 50,4 соответственно. Табличное значение критерия Пирсона равно 18,5. Это также
