Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ информационных систем мониторинга предприятия химического профиля 13
1.1. Экологический мониторинг. Основные понятия 13
1.2. Технологии хранилищ данных как основа построения систем мониторинга 17
1.3. Структурный системный анализ как методология проектирования информационных систем 24
1.4. Методическое и алгоритмическое обеспечение корпоративной информационной системы мониторинга 29
1.4.1. Извлечение данных 29
1.4.2. Повышение качества данных 30
1.4.3. Преобразование и загрузка данных 33
Глава 2. Системный анализ химических технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «Радон» 35
2.1. Структурная схема системного анализа технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов 35
2.2. Низкотемпературные технологии переработки и кондиционирования радиоактивных отходов 45
2.2.1. Цементирование радиоактивных отходов 45
2.2.2. Концентрирование жидких радиоактивных отходов 49
2.2.3. Суперкомпактирование ТРО 52
2.3. Высокотемпературные технологии переработки и
кондиционирования радиоактивных отходов 54
2.3.1. Плазменная переработка твердых РАО 54
2.3.2. Сжигание радиоактивных отходов 58
Глава 3. Хранилище данных процессов и объектов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «Радон» 61
3.1. Этапы построения хранилища данных 61
3.2. Вербальная модель 63
3.3. Информационно-логическое моделирование 66
3.4. Разработка рубрикаторов хранилища данных 69
3.4.1. Рубрикаторы форм РАО 70
3.4.2. Рубрикаторы первичных форм РАО 72
3.4.3. Рубрикатор зданий и сооружений 77
3.4.4. Рубрикаторы технологических операций и установок 80
3.4.5. Рубрикатор нормативных и методических документов 81
3.4.6. Рубрикаторы существенных параметров 86
3.5. Разработка реляционной модели данных 88
3.6. Многомерная модель хранилища данных.-. 91
Глава 4. Системный анализ источников эмиссии в окружающую среду химико-технологических процессов переработки урановых руд Эльконского рудного поля Южной Якутии 95
4.1. Структурная схема системного анализа технологий переработки руд резервных месторождений, исследуемых в качестве источников эмиссии в окружающую среду 95
4.2. Обобщённая характеристика типовых эмиссий для перерабатывающего предприятия урановой подотрасли 100
4.2.1. Радиоактивность урановых руд 101
4.2.2. Геотехнологические способы отработки урановых месторождений :... 102
4.2.3. Государственный мониторинг геологической среды. 104
4.2.4. Законы, определяющие природоохранную деятельность горнодобывающих и перерабатывающих предприятий .108
4.3. Типовые отходы перерабатывающего комплекса урановых руд 110
4.4. Определение источников эмиссии (выбросов сбросов, образования твердых и жидких отходов, вредных физических воздействий) в окружающую среду .116
4.5. Характеристика газовых выбросов, жидких сбросов и твердых отходов .; :... 122
4.5:1. Добыча руды (шахтный способ)... 128
4:5.2. Рудоподготовка и обогащение... 128 ,
4:5.3. Пирохимические методы .: 129
4.5.4. Выщелачивание 130
4.5.5. Сорбция .131
4.5.6. Экстракция 132
4.5.7. Получение товарных химконцентратов и оксидовурана 132
4.5.8. Комплекс обезвреживания жидких; газообразных и твердых отходов... 133
4.5.9. Хвостохранилище 133
4.5.10. Система водо под готовки 133
4.5.11. Нетехнологические воды .133;
Глава 5. Оптимизация методик определения содержания тяжелых металлов и радионуклидов при массовом анализе экологических проб образцов окружающей среды 134
5.1. Формулирорвка проблемы .; 134
5.2. Описание системы элементного анализа проб природных, сточных , вод, почв и донных отложений водоемов. Постановка задач оптимизации 137
5.3. Проведение системного анализа разработанных методик контроля элементного состава проб природных, сточных вод, почв и донных отложений водоемов 139
5.4. Экспериментальная часть 142
5.4.1. Методики пробоподготовки 142
5.4.2. Методики измерений на ICP-MS SOLA 143
5.5 Оптимальные параметры методики измерения 146
5.6. Результаты измерений содержания химических элементов при
фоновых экологических исследованиях Эльконского рудного поля... 148
Глава 6. Региональная геоинформационная система мониторинга процессов обращения с отходами Эльконского горно-металлургического комбината 153
6.1 Цель и задачи региональной геоинформационной системы по обращению с отходами Эльконского горно-металлургического комбината (РГИСОО) 153
6.2. Выбор и обоснование программной оболочки РГИСОО 157
6.2.1. Особенности организации данных в ГИС 157
6.2.2. Атрибутивные данные 160
6.2.3. Графическая среда ГИС 161
6.2.4. Программное обеспечение геоинформационных систем 163
6.2.5. Разработка и исследование критериев для обоснования выбора оболочки 165
6.2.6. Сравнение программных оболочек 169
6.2.7. Выбор наилучшей оболочки 177
6.3. Исследование фоновых концентраций химических веществ и радионуклидов в Эльконском урановорудном районе южной Якутии.. 178
6.4. Оценка радиационного фактора для тематического слоя РГИСОО 189
6.5. Реализация Региональной геоинформационной системы по обращению с отходами Эльконского уранового комбината 196
Глава 7. Информационная система мониторинга специального химического, радиохимического и технологического оборудования на основе технологий хранилищ данных 201
7.1. Разработка структура информационной системы мониторинга специализированного оборудования 201
7.2. Этапы обработки информации при построении данных информационной системы 204
7.2.1. Программные средства реализации хранилищ данных 204
7.2.2. Анализ информационных потоков в хранилище данных 208
7.2.3. Методики извлечения, преобразования и очистки данных 212
7.2.4. Методика классификации объектов учета 217 7.3. Разработка многомерной модели хранилища данных 224
7.3.1. Вербальная модель 224
7.3.2. Концептуальная модель 226
7.3.3. Логическая модель 228
7.3.4. Размерностная модель в виде схемы «звезда» 232
7.3.5. Размерностная модель в виде схемы «снежинка» 233
7.4. Разработка графического интерфейса пользователя 234
7.5. Применение информационной системы мониторинга специального химического, радиохимического и технологического оборудования.241
Глава 8. Проблемы оптимизации в информационных системах мониторинга (на примере АСЭМ ВНИИХТ) 244
8.1. Системный анализ проблемы. Формальная постановка задачи оптимизации АСЭМ 244
8.2. Задача формирования информационно-измерительной сети и подходы к ее решению 249
8.3. Требования к размещению ЛИУЦ : 254
8.4. Информативность размещения 256
8.5. Критерии оценки информативности 262
8.5.1. Максимальный незарегистрированный уровень загазованности 263
8.5.2. Предельное показание сети 270
8.5.3. Минимальный отклик сети ЛИУЦ на возникновение высоких концентраций 271
8.5.4. Степень дублирования ЛИУЦ 272
8.6. Алгоритм построения оптимального размещения ЛИУЦ 273
8.7. Программная реализация алгортима оптимального размещения ЛИУЦ 275
8.7.1. Структура программного комплекса ПОСТ 276
8.7.2. Применение программного комплекса ПОСТ 279
Заключение 281
Список литературы
- Структурный системный анализ как методология проектирования информационных систем
- Цементирование радиоактивных отходов
- Разработка рубрикаторов хранилища данных
- Обобщённая характеристика типовых эмиссий для перерабатывающего предприятия урановой подотрасли
Введение к работе
Актуальность работы
Среди приоритетов в области экологической политики химической промышленности России поставлена и постоянно решается проблема нормирования антропогенного воздействия на окружающую среду всех перерабатывающих предприятий, включая предприятия химического профиля государственного концерна Росатом. Комплекс химических предприятий Росатома на основе тонких химических технологий обеспечивает переработку огромных объемов урановых руд и получение готовой продукции для атомной энергетики и оборонной промышленности на сотни миллиардов рублей.
Особое внимание при этом уделяется вновь создаваемым предприятиям, для которых требуется «обеспечение высокоэффективных природоохранных мероприятий ещё на стадии исследования и разработки новых технологических решений». Самым перспективным из вновь создаваемых предприятий государственного концерна Росатом является Эльконский горно-металлургический комбинат (ЭГМК). Эльконское рудное поле, расположенное в Алданском горнопромышленном районе южной части республики Саха (Якутия), объединяет ряд урановых месторождений и является самым крупным в мире по запасам урана. Общие разведанные запасы Эльконского урановорудного района оцениваются в 346 тысяч тонн, что составляет 7% мировых запасов урана.
Для освоения месторождений Эльконского урановорудного района необходима разработка нового подхода к переработке бедных урановых руд на базе самых современных химических технологий, включающего в себя технико-экономические аспекты, обеспечивающие рентабельность и конкурентоспособность готовой продукции, а также экологические аспекты, учитывающие современные жесткие требования по защите окружающей среды. Новое производство, кроме готовой продукции (5 тысяч тонн урана в год), будет сопровождаться появлением больших объемов радиоактивных отходов (РАО) и вредных химических веществ (ВХВ), создающих значительную нагрузку на окружающую среду. Только на ЭГМК будет ежегодно сбрасываться на хвостохранилище более 3.1-10 Бк альфа-излучающих радионуклидов, в том числе 230Th, 226Ra, 222Rn, 210РЬ и 210Po.
В мире к настоящему времени накоплено значительное количество РАО, которые образовались в результате технологических процессов добычи и обогащения урановых руд, эксплуатации атомных электростанций, переработки облучённого ядерного топлива, использования источников радиоактивного излучения в науке, технике и медицине. РАО представляют большую опасность для человека и других объектов
биосферы из-за их радиационного и токсического воздействия. В исходном виде РАО непригодны для хранения из-за малой механической прочности и значительной химической активности, поэтому они подлежат переработке и кондиционированию, которые обеспечивают уменьшение объема отходов и их перевод в твердую стабильную монолитную форму. И только в кондиционированном виде РАО переводят в стадию длительного технологического хранения.
Перерабатывающие предприятия специализированых комбинатов «РАДОН» обеспечивают переработку, кондиционирование и долговременное технологическое хранение кондиционированных отходов в течение сотен лет. Ураноперерабатывающие предприятия оставляют после своего закрытия хранилища РАО и ВХВ также на многие сотни лет. В связи с этим исключительное значение приобретает сохранение полной информации о технологии получения каждого объекта хранения РАО и ВХВ на такую же долговременную перспективу для подготовки управляющих решений, технологических и организационных, при нарушении или угрозе нарушения кондиции отходов в отдаленном будущем.
Предприятия, различающиеся по характеру и масштабам производства - от научных технологических исследований во ВНИИ химической технологии Росатома (ВНИИХТ), от малотоннажных процессов переработки и кондиционирования низко- и среднеактивных РАО в МосНПО «РАДОН» до гигантских по масштабам переработки урановых руд на ЭГМК, - объединяет возможность опасного антропогенного воздействия на окружающую природную среду. Для обеспечения экологической безопасности предприятий химического профиля и территорий, на которых они расположены, разрабатываются и широко внедряются информационные системы радиационного и химического экологического мониторинга (ИСЭМ).
Эффективность систем мониторинга в значительной степени определяется используемыми информационными технологиями для непрерывного сбора, обработки и хранения данных. Информационные технологии на основе хранилищ данных позволяют обеспечить долговременное и надежное хранение информации, реализовать высокоэффективные информационно-поисковые системы с целью подготовки управляющих решений, сохраняя преемственность при изменении форм носителей информации.
В диссертации на основе обобщения выполненных исследований по разработке и внедрению прикладных информационных систем радиационного и химического мониторинга предприятий химического профиля Росатома развивается научное направление по созданию информационных систем мониторинга на базе технологий хранилищ данных, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности.
Объектом исследования являются информационные системы экологического мониторинга предприятий химического профиля.
Предметом исследования является применение технологий хранилищ данных для построения информационных систем мониторинга, охватывающих технологические и экологические аспекты деятельности предприятия химического профиля.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка методологии построения информационных систем экологического мониторинга на основе технологий хранилищ данных, обеспечивающих основу для принятия управленческих решений по повышению эффективности деятельности предприятия химического профиля. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
выполнен системный анализ информационных систем экологического мониторинга предприятий химического профиля;
исследованы технологии хранилищ данных в качестве основы построения информационных систем экологического мониторинга;
выполнен системный анализ химических технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «РАДОН»;
разработаны основы построения хранилища данных процессов и объектов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «РАДОН»;
выполнен системный анализ источников эмиссии в окружающую среду химико-технологических процессов переработки урановых руд Эльконского рудного поля Южной Якутии;
проведена оптимизация методик определения содержания тяжелых металлов и радионуклидов при массовом анализе экологических проб образцов окружающей среды;
разработаны основы геоинформационной системы радиационного и химического экологического мониторинга уранового комбината ЭГМК;
разработана и внедрена информационная система мониторинга специализированного химического, радиохимического и технологического оборудования на основе технологий хранилищ данных;
исследованы и решены проблемы оптимизации в информационных системах мониторинга на примере автоматизированной системы экологического мониторинга ВНИИ Химической Технологии.
Научная новизна
разработаны научно-методические основы построения систем радиационного и химического экологического мониторинга предприятий химического профиля Росатома с применением технологий хранилищ данных, позволяющие обеспечивать высокоэффективную защиту окружающей природной среды от вредных эмиссий на всех стадиях научных исследований, получения природного урана ядерной чистоты, переработки, кондиционирования и длительного технологического хранения РАО, что в совокупности представляет собой методологию построения информационных систем мониторинга для предприятий химического профиля Росатома;
разработаны методика и алгоритмы построения многомерных моделей хранилищ данных информационных систем экологического мониторинга предприятий химического профиля;
разработаны семантическая и многомерная модели представления информации хранилища данных процессов и объектов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «РАДОН»;
разработана постановка задачи экологического регулирования как проблема условной оптимизации (минимизация себестоимости урана с учетом соблюдения экологических ограничений) при создании нового производства в Эльконском урановорудном районе;
разработана методика системного анализа источников эмиссии в окружающую среду химико-технологических процессов переработки урановых руд Эльконского рудного поля Южной Якутии как основы оценки воздействия на окружающую среду;
поставлена и решена задача оптимизации методик масс-спектрального определения содержания тяжелых металлов и радионуклидов при анализе экологических проб образцов окружающей среды;
разработаны структура и информационные слои ГИС радиационного и химического экологического мониторинга уранового комбината ЭГМК;
разработана методика и алгоритмы решения задачи оптимизации состава информационной системы экологического химического и радиационного мониторинга (минимизация стоимости при обеспечении заданной информативности);
поставлена и решена задача оптимизации размещения элементов измерительной сети в информационной системе экологического мониторинга.
Практическое значение
Основными практическими результатами являются разработки прикладных хранилищ данных и их внедрение в проблемно-ориентированных информационных системах мониторинга. Разработаны и внедрены:
хранилище данных химико-технологических характеристик процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов МосНПО «РАДОН» (пусковой комплекс программных средств и методик);
региональная геоинформационная система мониторинга по обращению с отходами Эльконского горно-металлургического комбината - крупнейшего уранового комбината, создаваемого в рамках целевой программы «УРАН РОССИИ» (первая очередь);
информационная система радиационного и химического экологического мониторинга предприятия химического профиля - ФГУП ВНИИХТ Росатома (в объеме проекта);
информационная система мониторинга специального радиохимического, химического и технологического оборудования на основе хранилища данных материально-технического оснащения профессиональных образовательных учреждений (в объеме проекта).
Методы исследования
В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), методы оптимизации, методология функционального моделирования систем SADT, методология моделирования потоков данных DFD, методология проектирования баз данных IDEF1X, теория реляционных баз данных, структурированный язык запросов SQL, методология многомерного анализа данных OLAP, методология быстрой разработки приложений RAD.
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 63 научных трудах, в их числе 9 статей в изданиях по перечню ВАК, 3 учебных пособия (рекомендованные Министерством образования и науки РФ и Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию).
Апробация работы
Основные положения и результаты работы представлены на:
XII международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2008» (ВолгГТУ, 2008 г.);
1-ом отраслевом научно-техническом совещании «Уран России» (Москва, 2007 г.);
ежегодных международных научно-технических конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (1999, 2003-2007 гг.);
ежегодных Всероссийских форумах «Образовательная среда» (2004-2007 гг.);
отраслевых научно-практических конференциях «Об организации системы мониторинга материально-технического оснащения учреждений профессионального образования» (2005-2006 гг.);
1-й научно-технической конференции молодых ученых МИТХТ им.М.В.Ломоносова «Наукоемкие химические технологии» (МИТХТ, 2005 г.);
3-й международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2005 г.);
VI Межвузовской конференции «Проблемы качества подготовки специалистов», (РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2004 г.);
международной научно-технической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» («Научная сессия МИФИ - 2002»);
III Всероссийской научно-практической конференции "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 1998 г.);
международной специализированной выставке "Мирный атом России" (Токио, 2000 г.);
международной выставке ЮНЕСКО "Edit-96" (Москва, 1996 г.);
международном конгрессе "Экологические проблемы больших городов: инженерные решения" (Москва, 1996 г.);
рабочем совещании комитета по обороне Государственной Думы РФ "Автоматизированные системы управления двойного назначения" (Ногинск, 1996 г.).
Результаты внедрения разработанных информационных систем, неоднократно представленных на выставках Всероссийского Выставочного Центра, были отмечены Золотой медалью ВВЦ (1999 г.) и почетными дипломами ВВЦ (2003, 2007 гг.).
Личный вклад
При непосредственном участии автора выполнены все разработки по постановке задач создания хранилищ данных, задач оптимизации информационных систем мониторинга, разработки программных и методических средств обращения с данными и внедрение конкретных проблемно-ориентированных информационных систем мониторинга.
Объем и структура диссертации
Структурный системный анализ как методология проектирования информационных систем
Индустриализация и урбанизация, особенно, технический прогресс, развитие ядерной энергетики и агрохимического комплекса, и, как следствие, стремительное загрязнение окружающей среды радионуклидами и химическими токсичными веществами инициировали повышение актуальности и значимости экологического мониторинга (ЭМ). ЭМ — информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов. [#]. Загрязнение природных объектов происходит также вследствие естественного образования и накопления в объектах окружающей среды токсичных веществ, в том числе за счет биохимической и химической трансформации природных и техногенных веществ в соединения с вредными свойствами [1,5,31,35,37,39,57,93,123]. ЭМ включает в себя различные аспекты: мониторинг источников воздействия; мониторинг факторов воздействия (физических, биологических, химических, радиационных); мониторинг состояния биосферы (атмосферы, океанов, поверхности суши с реками, озерами и подземными водами, биоты). Таким образом, в систему ЭМ входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия. Можно выделить три основные функции ЭМ: получение первичной информации о содержании вредных веществ в окружающей среде и принятие на основе этой информации решений по предотвращению дальнейшего поступления этих веществ в воду, воздух, почву, донные отложения, растительный покров или о необходимости очистки этих объектов от уже накопленных в них загрязнителей; получение вторичной информации об эффективности мероприятий, осуществленных на основе первичной информации; формирование исходных данных для принятия решений экономического, правового, социального и экологического характера по отношению к природопользователям, районам и регионам со сложной экологической обстановкой, включая оценку недвижимости при ее приватизации или продаже.
Во многих случаях ЭМ не ограничивается решением традиционных аналитических задач (чем, что. и в какой мере загрязнено) и должен дать информацию для ответа на не менее важные вопросы об источниках и путях попадания загрязнителей в окружающую среду. В промежутке между стадиями получения первичной и вторичной информации ЭМ является индикатором динамики изменения воздействий; источников загрязнения, то есть позволяет судить об улучшении или ухудшении экологической обстановки на каждом конкретном объекте ЭМ.
Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации: Термин контроль, нередко употребляющийся в русскоязычной литературе для описания аналитического определения- тех или иных параметров (например, контроль состава атмосферного воздуха, контроль качества воды водоемов), следует использовать только в отношении деятельности, предполагающей принятие активных регулирующих мер.
На территории. Российской Федерации экологический контроль осуществляют государственные контрольные органы и специальные службы предприятий-природопользователей. В связи с большой опасностью радиационного загрязнения и наиболее совершенным приборно-аналитическим обеспечением объектов ядерной энергетики ЭМ начал широко внедряться на атомных электростанциях и других объектах атомной промышленности [28,29,33,38,57,70,71,84,92,105,107]. К настоящему времени радиационный экологический1 мониторинг реализован в виде автоматических систем контроля радиационной обстановки (АСКРО), объединяемых в Единую государственную систему ЕГАСКРО [18,36,56,58,85,86,93].
Основные задачи экологического мониторинга: учет потенциальных источников техногенной опасности (радиоактивных, взрывопожароопасных, гидродинамических и др.), выявление путей радиоактивного и химического загрязнения окружающей среды; слежение за обращением радиоактивных и аварийно химически опасных веществ, контроль за радиоактивными и химическими отходами; регистрация текущего уровня радиоактивного и химического загрязнения экосистем, наблюдение и выявление тенденций в его изменениях; изучение общих закономерностей поведения радиоактивных веществ и химических поллютантов в экосистемах, обобщение полученной информации в рамках математических моделей; выявление комплекса показателей (индикаторов), характеризующих экологическое состояние окружающей среды и потенциально опасных объектов контролируемой территории; оценка экологического состояния окружающей среды, прогноз возможных негативных последствий радиоактивных и химических загрязнений; разработка рекомендаций по предупреждению и устранению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; обеспечение исполнительных органов предприятий и местной государственной власти объективной информацией о текущем состоянии контролируемых объектов экономики и окружающей среды для принятия решений по предупреждению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, защите населения и территорий от них.
В более широком смысле трактовка понятия "мониторинг" приведена в Большом Энциклопедическом словаре: 1. Непрерывное наблюдение за каким-либо социально-экономическим, демографическим и иным процессом для выявления их соответствия намеченным тенденциям и результатам, а также установления их ближайших перспектив с выдачей оперативной (ежедневной, еженедельной) информации и нарастающим итогом. 2. Сбор информации в целях изучения обществ, мнения по какому-либо вопросу. 3. Постоянное, непрерывное, как правило, автоматизированное, телевизионное наблюдение, контроль за действием какой-либо системы, производством. 4. Наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительного покрова, а также техногенных систем) с целью её контроля, прогноза и охраны, проводимое путем сбора данных с наземных, морских и космических станций с помощью фотографий, телевизионных изображений и т.д. Уровни: глобальный, региональный и локальный.
Цементирование радиоактивных отходов
В общем случае существуют два подхода к выбору состава и структуры предметной области:
Функциональный подход - он реализует принцип движения "от задач" и применяется тогда, когда заранее известны функции группы пользователей и комплексов задач, для обслуживания информационных потребностей которых создается база данных. В этом случае можно четко выделить необходимый набор объектов предметной области, которые должны быть описаны.
Предметный подход - когда информационные потребности будущих пользователей жестко не определяются. Они могут быть многоаспектными и динамичными. В этом случае нельзя выделить весь набор объектов предметной области. В описание предметной области в этом случае включаются такие объекты и взаимосвязи, которые наиболее характерны и наиболее существенны для нее. База данных, разрабатываемая таким способом, называется предметной и может быть использована при решении множества разнообразных, заранее не определенных задач.
Чаще всего на практике рекомендуется использовать некоторый компромиссный вариант, который с одной стороны, ориентирован на конкретные задачи или функциональные потребности пользователей, а с другой стороны, учитывает возможность наращивания новых приложений.
Инфологическая модель применяется на втором этапе проектирования БД, то есть после словесного описания предметной области. Она должна включать такое формализованное описание предметной области, которое легко будет восприниматься не только специалистами по базам данных и не должно быть привязано к конкретной СУБД.
Инфологическое проектирование связано с попыткой представления семантики предметной области в модели БД. В настоящее время модель "сущность-связь" стала фактическим стандартом при инфологическом моделировании баз данных.
Основная идея модели "сущность-связь" заключается в следующем: факты или объекты, данные о которых должны отслеживаться, получают название сущностей. Вполне естественно, что сущности зачастую связаны между собой. Иногда эта связь выражается на содержательном уровне в виде некоторых установленных (в организации, фирме, корпорации, отрасли, стране) правил.
Сущности обычно трактуются как объекты, вещи или события, информацию о которых необходимо хранить. При этом важно отличать совокупность данных, описывающих нечто, от фактических данных. Совокупность данных о событии или объекте называется экземпляром сущности. Сущности обычно отображаются в объект или объекты базы данных. Наиболее популярными являются разновидности уже упоминавшейся ER-модели, использующие для графического представления структуры данных аппарат диаграмм Бахмана-Чена. Основными компонентами структурной составляющей этих моделей являются сущности, наборы сущностей, атрибуты сущностей, наборы значений атрибутов, ключевые атрибуты сущностей, связи, виды связей, атрибуты связей, наборы связей, ключевые атрибуты связей.
Системы поддержки принятия решений должны обладать средствами предоставления пользователю агрегатных данных для различных выборок из исходного набора в удобном для восприятия и анализа виде [41, 44, 45, 66]. Как правило, такие агрегатные функции образуют многомерный (и, следовательно, нереляционный) набор данных, нередко называемый гиперкубом, оси которого содержат параметры, а ячейки — зависящие от них агрегатные данные. Такие данные могут храниться и в реляционных таблицах, но в данном случае речь идет о логической организации данных, а не о физической реализации их хранения. Вдоль каждой оси данные могут быть организованы в виде иерархии, представляющей различные уровни их детализации. Благодаря такой модели данных пользователи могут формулировать сложные запросы, генерировать отчеты, получать подмножества данных.
Технология комплексного многомерного анализа данных получила название OLAP (On-Line Analytical Processing). OLAP — это ключевой компонент организации хранилищ данных. На основе требований, изложенных Коддом, был сформулирован так называемый тест FASMI (Fast Analysis of Shared Multidimensional Information — быстрый анализ разделяемой многомерной информации), включающий следующие требования к приложениям для многомерного анализа: 1. предоставление пользователю результатов анализа за приемлемое время (обычно не более 5 с), пусть даже ценой менее детального анализа; 2. возможность осуществления любого логического и статистического анализа, характерного для данного приложения, и его сохранения в доступном для конечного пользователя виде; 3. многопользовательский доступ к данным с поддержкой соответствующих механизмов блокировок и средств авторизованного доступа; 4. многомерное концептуальное представление данных, включая полную поддержку для иерархий и множественных иерархий (это — ключевое требование OLAP); 5. возможность обращаться к любой нужной информации независимо отеє объема и места хранения.
Структурный системный анализ как методология проектирования информационных систем. В системном исследовании анализируемый объект или явление рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обуславливает целостные свойства этого множества. Основной акцент делается на выявление многообразия связей и отношений, имеющих место как внутри исследуемого объекта или явления, так и во взаимоотношениях их с внешним окружением, средой. Свойства объекта или явления как целостной системы определяются не только и не столько суммированием свойств его отдельных компонентов, элементов, сколько свойствами их структуры, особыми системообразующими, интегративными (синергетическими) связями рассматриваемого объекта или явления [05]. Для понимания поведения (детерминированного, вероятного, хаотического) систем, прежде всего целенаправленного, необходимо выявить реализуемые данной системой процессы управления — формы передачи информации от одних подсистем (элементов) к другим и способы воздействия одних частей системы на другие, координацию низших уровней системы со стороны элементов ее высшего уровня управления, влияние на последние всех остальных подсистем (элементов). Важной особенностью системного подхода является то, что не только объект или явление, но и сам процесс исследования выступает как сложная система, задача которой, в частности, состоит в соединении в единое целое различных моделей объектов или явлений.
Разработка рубрикаторов хранилища данных
Объем твердых отходов, образующихся на заводах и представляющих собой в основном пески гидроциклонов и классификаторов (80%) и шламы (20%), равен объему поступающей на переработку руды. Около 14% всех радионуклидов, содержащихся в исходной руде,. переходят в рудный урановый концентрат. Короткоживущие радионуклиды 234Th, 234Ра и 231Th исчезают в результате распада. Около 70% радиоактивных веществ (включая почти все изотопы 226Ra и 230Th) остаются нерастворенными в процессе переработки и выводятся в твердые отходы, сбрасываемые в отвальные зоны.
Хвостовые отвалы являются потенциальными загрязнителями окружающей среды при несоблюдении надлежащих правил их удаления и хранения [144]. Отвальные зоны представляют собой источники облучения населения как вследствие выделения радона, который будет распространяться в направлении ветра на значительные расстояния, хотя его концентрация и будет постепенно снижаться, так и вследствие гамма-излучения дочерних продуктов распада радона, остающихся в хвостах. Последние создадут поле внешнего
Каждый атом Ra распадается с образованием атома Rn, таким образом скорость выделения радона равна скорости распада радия. 1 г 226Ra, т. е. 1 Ки 226Ra, производит 1 мкКи 222Rn/c. Газообразные отходы: радон, радиоактивная силикатная пыль, аэрозоли, выделяемые в процессе добычи руды, при хранении забалансовых руд, хвостов обогащения.
Достаточно высокая радиоактивность тонко измельченных хвостов ГМЗ обуславливает постоянное выделение радона, значение которого может достигать до 40Бк/м2.
Одним из самых токсичных загрязнителей газообразных отходов при добыче и переработке урановых руд является радон. Однако не весь радон, образующийся в хвостовом отвале, выделяется. Некоторая его часть удерживается самими хвостами, а какая-то часть подвергается распаду, прежде чем он диффундирует из хвостового отвала в атмосферу.
Экспериментально установлено, что лишь одна четверть образующегося радона выделяется из хвостов и что в действительности лишь радон, образовавшийся в первом метре слоя хвостов, выделится в атмосферу. Таким образом, четверть всего образующегося радона в каждом куб. метре хвостов на поверхности хвостового отвала выделится в атмосферу через каждый кв. метр поверхности, т. е. из хвостового отвала выделится 250 (пкКи/м2)/с.
Концентрация 226Ra в хвостах колеблется от 100 до 1000 пкКи/г, причем более высокие значения обусловлены хвостами после переработки богатых руд ( 0,3%). Количество радона, выделяющегося из хвостового отвала, в некоторой степени зависит от относительного соотношения шламовой и песковой фракции хвостов [59, 122].
Еще одним источником радиоактивности при добыче и переработке урановых руд являются радиоактивная пыль и газы. Газовые выбросы рудников несут с собой во внешнюю среду радиоактивную пыль и радон.
Концентрация радона в рудничном воздухе зависит от содержания урана в руде, от плотности горных пород и от коэффициента эманирования.
Основным средством для обеспечения допустимой концентрации радона в атмосфере рабочего помещения служит вентиляция. Кроме того, применяются электростатические фильтры, покрытие обнаженных поверхностей цементом и полиуретаном и др. [109]. Уровни внешнего гамма-излучения на заводах, перерабатывающих руду со средним содержанием урана, обычно низки и составляют 0,02—0,8 мР/ч (до 3 мР/ч). На некоторых участках, например в отделениях сорбции, осаждения и в цехе готовой продукции, уровни излучения могут достигать 40—100 мР/ч.
В отделении дробления и цехе готовой продукции это обусловлено содержанием в воздухе радиоактивной пыли. Самые высокие уровни излучения в1 помещении, в котором хранятся барабаны с химическим концентратом: мощность дозы облучения вблизи штабеля барабанов может достигать 2—3 мбэр/ч.
Урановые руды Эльконского урановорудного района являются комплексным - полиметаллическим сырьем и в этом случае при их переработке учитывается возможность получения других ценных компонентов помимо урана. Может быть организовано производство молибденовых, рениевых, ванадиевых, золотых и др. концентратов и продуктов. РАО, образующиеся в этом случае, имеют еще более разнообразный физико-химический состав, что в свою очередь значительно усложняет технологии их переработки. Так, при переработке урано-золосодержащих руд в сбросных или оборотных растворах могут присутствовать токсичные циан-ионы, при переработке уран-ванадиевых руд в отходах производства могут обнаруживаться токсичные соединения ванадия и т.д.
Совершенно очевидно, что при организации работы новых производств по добыче и переработке бедных комплексных урановых руд, коими являются руды Эльконского района, для экологически безопасного режима их действия крайне важно максимально учесть все возможные источники выделения токсичных отходов и РАО, классифицировать и обеспечить систему обращения с ними на основе разработанных современных эффективных технологий их переработки.
Для создаваемой комплексной технологии переработки различных типов руд Эльконского уранорудного района должны быть рассмотрены основные технологические и экологические требования к организации производственного процесса. Они представлены следующими основными положениями: Схемы основных переделов уранового сырья должны быть простыми, и короткими; Задача геотехнологии, рудоп од готовки и обогащения, найти участки с более богатым содержанием легко вскрываемого урана, желательно без примесей ванадия, мышьяка, серы, тория, титана, их классифицировать, определить объем и их состав, далее разделить на минералогические классы, на уран-титановые, уран-ванадиевые, уран-ториевые, уран-сульфидные с золотом и мышьяком с учетом морфологии; Гидрометаллургии - произвести раздельную переработку отдельных классов минерального уранового сырья с концентрированием урана и основных ценных компонентов сырья и получить кондиционные химконцентраты или оксиды урана.
В случае экономической невозможности или технической нецелесообразности такого подхода остается путь универсальной переработки смешанного уранового сырья без учета специфики участка месторождения. В этом случае при переработке смешанного трудно вскрываемого и кислотоемкого уранового сырья задачей основных переделов будет являться максимальное извлечение урана с использованием жестких физико-химических и термических приемов и специальных реагентов. При этом будет образовываться большой объем сбросных технологических растворов и газов, стоков и твердых отходов со сложным физико-химическим составом со всеми проблемами с их обезвреживанием, а также обращением с вторичными промышленными отходами содержащими токсичные ВХВ, а также РАО. Т.е. вовлечение в переработку бедных трудновскрываемых руд с низким содержанием урана и богатым по примесям ведет к образованию и накоплению огромного количества отходов, проблема решения которых требует отдельного специального рассмотрения и исследования.
Обобщённая характеристика типовых эмиссий для перерабатывающего предприятия урановой подотрасли
Первоначальной информацией для РГИСОО служат результаты фоновых экологических исследования, составляющие основу векторного экологического критерия, который «не может быть ухудшен» в процессе освоения урановорудного района. Фоновые содержания (ФС) радионуклидов и ВХВ, фоновое состояние биоты (ФСБ) в этих условиях являются эталоном, «своего рода планкой», определяющими уровни допустимых эмиссий в окружающую среду. Этим определяется исключительная важность и актуальность фоновых исследований на стадиях, предшествующих созданию производства.
Изначально очевидно, что переработка бедных упорных уран-золотосодержащих руд должна быть комплексной, с получением попутных ценных компонентов (золото, молибден, титан, РЗЭ и др.). Однако, сложный минералогический, физико-химический и радионуклидный состав требует разработки универсальных комплексных схем переработки сырья с учетом специфики каждого отдельного участка месторождения.
При добыче, обогащении и переработке уранового сырья будет происходить определенное воздействие на окружающую среду (ОС) за счет извлечения из недр на поверхность и переработки значительного количества руды. При этом загрязняются природные подземные, поверхностные воды, атмосферный воздух и почва. Загрязнение ОС при добыче, обогащении и гидрометаллургической переработке уранового сырья происходит за счет: радоновыделения и пыли горных выработок, рудоподготовки при дроблении и измельчении, отходящих газов, сточных вод и твердых отходов процессов обогащения, обжига, выщелачивания, сорбционного и экстракционного переделов и получения готовых продуктов.
Специфическое влияние создаваемого производства урана будет определяться геохимическими особенностями осваиваемых участков месторождений. Опасными и недопустимыми будут считаться значительные превышения содержания радионуклидов и вредных химических веществ в воздухе, воде и почве сверх естественных фоновых значений. Поэтому при разработке соответствующих природоохранных мероприятий для каждого эксплуатируемого участка месторождений должны учитываться требования нормативных правовых и технических документов.
Главным критерием оценки загрязнения почвы и природных вод вредными химическими веществами (ВХВ) является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ. ПДК представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве и воде, так как используемые при их научном обосновании критерии отражают все возможные пути воздействия загрязнителя на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.
Лимитирующим фактором концентрации радионуклидов в воде и грунтах являются, соответственно, уровни вмешательства (УВ) и минимально значимые активности (МЗА), определяемые нормами радиационной безопасности для каждого радионуклида. Однако главным критерием является радиационный фактор (РФ), оцениваемый на основе внешнего облучения от поверхности почвы и внутреннего облучения от вдыхания радионуклидов и их поступления по пищевым цепочкам.
Объективная экологическая оценка текущего состояния окружающей природной среды должна учитывать последствия техногенного пресса на многие компоненты экосистем, перечень которых состоит из растительных сообществ, животных, насекомых и других обитателей исследуемой местности. Вмешательство человека меняет структуру растительных сообществ: меняется численность и показатели жизнедеятельности организмов. Кроме того, существуют радиоэкологически представительные виды растительности и живых существ, для уточнения перечня которых требуются новые комплексные исследования.
Исследования биоты начаты с растительных сообществ мхов и лишайников, многолетних кустистых растений, мелких млекопитающих (мышеобразные) и насекомых, для которых с уверенностью можно предположить проявления значимых изменений радиоэкологических показателей, при возможных будущих загрязнениях экосистем естественными радионуклидами и ВХВ при разведке месторождений, добыче и переработке урановой руды. Наиболее подробно обследован район месторождения «Дружное», расположенного на распадке реки Русская, являющейся левым притоком реки Ыллымах, которая впадает в реку Алдан ниже города Томмот.
Наиболее распространенным фактором антропогенного воздействия, приводящего к отрицательным последствиям, являются эмиссии: загрязнение природной окружающей среды выбросами, сбросами, складами некондиционированных твердых и жидких отходов, перенос вредных веществ на большие расстояния, а также интенсивные физические воздействия (тепловые, акустические, вибрационные).
Фоновые исследования проводились на основе Планов пробоотбора, которые были совместно разработаны ВНИИХТом и Якутским государственным университетом. Зона Южная Эльконского ураново-рудного района (рис. 6.4) имеет периметр Пю=98 км. Таким образом, коэффициент изученности фонового состояния месторождения зоны Южная составил: Киф=Пд/Пю 100=27% (6.1) Коэффициент изученности (6.1) соответствует техническому заданию. Из-за географических особенностей участка Дружный (рис. 6.5), в качестве проб почвы был взят верхний 10-сантиметровый слой растительности и гумуса, поскольку ниже обнаруживается только каменисто-песчаная смесь без глинистой фракции. При этом верхний слой вырезался в виде неправильного четырехугольника с измеренными сторонами и диагональю, с тем, чтобы найти его площадь как сумму площадей треугольников, вычисленных по формуле Герона. Такой метод позволяет определить поверхностное загрязнение местности долгоживущими искусственными радионуклидами в единицах Бк/м2. Далее из нижнего слоя брался 1 кг почвы для оценки удельных содержаний естественных радионуклидов в единицах Бк/кг. Площадная активность для них теряет смысл, т. к. содержание урана по глубине может сильно меняться [97,98].
Перед отбором проб почвы производилось измерение мощности дозы гамма-излучения при помощи дозиметрического прибора ДРГ-01Т1. Было произведено по 10 измерений непосредственно в месте пробоотбора, на высоте 3-4 см и 1 м соответственно, с целью усреднения их результатов.
Важным аспектом исследований является определение содержаний урана и других естественных нуклидов в воде. Методы полупроводниковой гамма-спектрометрии требуют предварительного концентрирования нуклидов путем выпаривания. Однако здесь нужны слишком большие объемы воды (до 100 литров) для достижения обнаруживаемых гамма-спектрометрическими методами концентраций. Но нуклиды и тяжелые металлы в воде при малых их содержаниях удобно анализировать на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой, используемом во ВНИИХТ.
