Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в связи с необходимостью постоянного выявления антропогенных изменений состо-шия природной среды имеется большая потребность в организации специальных информационно-управляющих систем - систем іаблюдений и анализа состояния природной среды, прогноза и /правления её качеством путём принятия научно-обоснованных программ по снижению объёмов загрязнений, поступающих в при-юдную среду. Такие системы можно определить как системы мониторинга состояния окружающей природной среды или эко-югическим мониторингом. Существующие системы экологического мониторинга как на региональном, так и на федеральном фовнях, в основном, предназначены для формирования информации о текущем состоянии окружающей среды и снабжения на-:еления и исполнительных структур государственной власти этой шформацией. Вопросы прогнозирования и управления качеством жружающей среды в этих системах проработаны недостаточно із-за отсутствия научно-обоснованных критериев и путей их ре-иения. Несмотря на решение правительства Российской Федерати о создании Единой Государственной Системы Экологическо-о Мониторинга не решены вопросы взаимодействия подсистем іаблюдений за состоянием отдельных сфер природной среды из-а узковедомственных интересов различных организаций, не за-(ействованных в единой системе, и не предусмотренного в ней диного системообразующего и финансирующего органа.
Одной из главных причин неэффективного управления эколо-ической обстановкой является отсутствие автоматизированных истем передачи, приёма и обработки информации, возникающей іежду структурными подразделениями систем экологического шниторинга по горизонтали - между подсистемами и пунктами іаблюдений за состоянием природных сред, источниками их заг-іязнений и реакцией биоты на эти загрязнения, а также по иерар-;ии (вертикали) - по восходящим и нисходящим линиям между азличными блоками системы (объекты наблюдения, пункты и юсты наблюдений, блоки оценки, прогноза и управления эколо: ической обстановкой).
Существующие системы автоматизированной передачи и об-
работки данных мониторинга природной среды обеспечивают лишь малую степень автоматизации рабочих мест служб, охраны окружающей среды предприятий, обеспечивают оперативное слежение за параметрами водных ресурсов и атмосферного воздуха только в некоторых регионах страны. Они также не позволяют в достаточной степени решать вопросы комплексного обмена информацией в подсистемах структуры экологического мониторинга из-за отсутствия проработки оперативной информации подсистем по критериям её оптимизации и из-за отсутствия средств обеспечения информационной достоверности.
Как каждая сложная структура управления, так и структура экологического мониторинга характеризуется возможностью необходимого усложнения системы, обеспечивающей реализацию различных экологических информационных процессов.
В;отдичие от автономных систем автоматизированного контроля, телеметрии, передачи информации, хранения и поиска информации и т.д. в настоящее время создаются комплексные системы, называемые информационно-измерительными, информационно-справочными и информационно-управляющими. Система экологического мониторинга, обладающая свойствами этих систем, выполняет одновременно функции как измерения состояния окружающей среды и оценки прогноза этого состояния, так и функции управления экологической обстановкой. В этих условиях разработка и исследование региональных автоматизированных систем управления мониторингом экосостояния является актуальной проблемой.
В таких системах на начальном этапе их проектирования возникает задача выбора структуры, под которой понимается состав и взаимодействие отдельных подсистем, набора подсистем, структуры алгоритма переработки информации в каждой из этих подсистем, а также определение информационных потоков между подсистемами.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы сбора, передачи и обработки информации и управления состоянием окружающей природной среды, обепечивающей необходимую эффективность региональной Единой Системы Экологического Мониторинга на примере Республики Северная Осетия-Алания.
5" :—.-
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ систем экологического мониторинга на федеральном
и региональном уровнях.
2. Исследование методов построения автоматизированных си
стем приёма, сбора, передачи и обработки информации и путей
улучшения структуры Единой Системы Экологического Мони
торинга Республики Северная Осетия-Алания;
-
Разработка и исследование методики наблюдений за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов в РСО-Алания и источниками их загрязнения на основе расчётов приоритетности их контроля и методов оценки степени загрязнённости источников выбросов и сбросов по комплексным показателям;
-
Разработка методики определения оптимального количества постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов, расчёт необходимого количества постов в РСО-Алания, а также исследование способов выбора места расположения постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов;
-
Разработка автоматизированной системы сбора, приёма, передачи и обработки информации, поступающей от постов наблюдения за природной средой, для оперативного управления экологической обстановкой;
Предметом исследования является автоматизированная система сбора, передачи и обработки информации и управления региональным экологическим мониторингом.
Объектом исследования является Единая Система Экологического Мониторинга Республики Северная Осетия-Алания как региона, характеризующегося высоким антропогенным воздействием на природную среду, что требует разработки эффективной автоматизированной системы управления экологической обстановкой.
Методы исследования. В работе применены:
методы оптимизации информационно-управляющих систем, используемые в теории выбора и оптимизации структуры сложных информационных систем;
методы вычислительной математики и программирования на ЭВМ;
- метод системного анализа, используемый при изучении воп
росов организации структуры экологического мониторинга.
Теоретической и методологической основой исследования явились общетеоретические основы науки по системам управления, научная литература по вопросам анализа, выбора, оптимизации и синтеза структуры сложных информационных систем, фундаментальные положения о взаимодействии общества и природы, учение о биосфере и ноосфере, труды отечественных и зарубежных учёных по проблемам организации экологического мониторинга и автоматизированным системам передачи и обработки информации, законодательные и нормативные документы Российской Федерации и Республики Северная Осетия-Алания, относящиеся к предмету исследования, данные статистической государственной отчетности по охране природы и отчёты природоохранных органов по экологической обстановке в РФ и РСО-А.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований;
внедрением автоматизированной системы обработки результатов измерений и сети наблюдений за состоянием природной среды и источниками ее загрязнения в республиканской структуре экологического мониторинга;
соответствием разработанной системы автоматизированного управления экологической обстановкой научным положениям и требованиям, предъявляемым к сложным информационным системам.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту.
1. Предложены принципы построения высокоэффективной Единой Региональной Системы Экологического Мониторинга на основе использования авоматизированной системы сбора, передачи и обработки информации, предусматривающей всесторонний анализ природной среды и оперативное управление её качеством. В нижних ярусах иерархической структуры управления республиканской системы экомониторинга включена сеть наблюдений за окружающей средой и природными ресурсами с автоматизированной системой передачи и обработки информации, что создаёт организационную основу оперативного решения экологи-
ческих проблем при эффективном функционировании последовательно-параллельных связей по восходящей и нисходящей линиям между блоками структуры.
-
Предложен принцип построения систем автоматизированного экологического мониторинга на основе определения заданной достоверности выходной информации минимальными затратами на реализацию.
-
Предложена автоматизированная система сбора и передачи экологической информации, работающая в нескольких режимах, что придаёт ей свойства универсальности и позволяет использовать её в различных структурах экологического мониторинга.
-
Предложены алгоритмы сбора, хранения и обработки мониторинговой информации, позволившие оптимизировать рабочее место специалиста-эколога, формировать базу данных о состоянии окружающей среды и более эффективно управлять работами в структуре экомониторинга и экологической обстановкой в Республике Северная Осетия-Алания.
-
Предложены оценки степени вредности источников загрязнения атмосферы (ИЗА) и водоёмов (ИЗВ) по индексам их загрязнённости (Ків и Кіс) или по комплексному показателю, позволяющие устанавливать значения соотношений между загрязнённостью атмосферного воздуха и водоёмов и источниками их загрязнения по одному показателю вместо 4*8, а также снижать объём передаваемой и обрабатываемой информации в системах автоматизированного мониторинга до 4-8 раз.
-
Предложена методика определения необходимого количества постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в населённых пунктах, позволяющая определять оптимальное количество постов контроля качества атмосферного воздуха в городе с разбросом точности 15 % вместо 30-70 % при определении по корреляционной функции в зависимости от характеристики рассматриваемого поля концентраций примеси.
-
Предложена методика наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных ресурсов в Республике Северная Осетия-Алания на основании баз данных компьютерной системы Минприроды РСО-А, позволяющая повышать репрезентативность мониторинговых наблюдений.
Практическая значимость работы состоит в:
разработке моделей оптимизации структуры автоматизиро ванной информационно-управляющей системы по достоверное ти выходной информации;
разработке программных средств реализации предложенны: алгоритмов и их внедрение в практику обработки информацш для оперативной передачи даных наблюдений в соответствую щие подразделения Минприроды РСО-Алания и природопользо вателям;
разработке методов построения сети наблюдений за природ ной средой;
использовании полученных результатов при организации ре гиональных систем экологического мониторинга.
Апробация работы. Содержание и отдельные положения дис сертации докладывались на научно-технической конференции пс теме «Проблемы экологического мониторинга» (г. Уфа 16-19 ок тября 1995 г.), на Международном симпозиуме по проблеме «Мо ниторинг и оптимизация природопользования» (г. Москва 199( г.), на четырёх научно-технических конференциях Северо-Кав казского государственного технологического университета v Минприроды РСО-Алания (г. Владикавказ 1994-1997 гг.)
Публикации. Основное содержание диссертации опубликова но в 14 печатных работах.
Реализация работы. На основе теоретических и практических ре комендаций разработана структура Единой системы Экологичес кого Мониторинга РСО-Алания, которая внедрена в действие По становлением Правительства Республики № 59 от 14 апреля 1995 г
Результаты исследований используются в учебном процессе и в реальном дипломном проектировании экологического факуль тета Северо-Кавказского государственного технологическогс университета.
Работы проводились в рамках ЕГСЭМ, ЕГАСКРО и респуб ликанской программы обеспечения государственной стратегии пс охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа со стоит из введения, четырёх глав, заключения и 9 приложений Общий объём диссертации_/У<^ стр., в том числе 17 таблиц, 6; рисунка. Список использованной литературы состоит из 111 наи менований.
Автор выражает искреннюю признательность доц. Алексееву В.П. за ценные консультации по техническим средствам и структурам систем управления.
