Содержание к диссертации
Введение
1 Концепция замкнутой системы управления и ее информационная модель 10
1.1 Концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» 10
1.2 Синтез требований к системе управления концентрацией загрязняющих веществ в выбросах производственных предприятий и ее элементам 18
1.3 Информационная модель аппаратно-программного комплекса управления концентрацией загрязняющих веществ 20
1.4 Результаты и выводы к разделу 1 29
2 Информационное и математическое обеспечение замкнутой системы управления выбросами загрязняющих веществ 30
2.1 Разработка и исследование математической модели распространения загрязняющих веществ в атмосфере 30
2.1.1 Синтез требований к модели распространения загрязняющих веществ в атмосфере 30
2.1.2 Анализ и систематизация моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере 32
2.1.3 Разработка уточненной математической модели распространения загрязняющего вещества 47
2.2 Математическая модель системы управления очистными агрегатами 60
2.3 Математическая модель одноконтурной замкнутой системы управления... 70
2.4 Результаты и выводы к разделу 2 76
3 Структурно-параметрический синтез модели замкнутой системы управления и моделирование процессов обработки информации в замкнутой системе управления . 77
3.1 Требования к качеству замкнутой системы управления 77
3.2 Моделирование процессов обработки информации замкнутой системой управления 78
3.3 Анализ устойчивости и качества замкнутой системы управления 82
3.4 Структурно-параметрический синтез модели замкнутой системы управления 85
3.5 Анализ устойчивости и качества регулирования замкнутой системы управления 97
3.6 Структурно-параметрический синтез модели двухконтурной замкнутой системы управления 99
3.7 Исследование процессов обработки информации двухконтурной замкнутой системы управления 101
3.8 Результаты и выводы к разделу 3 103
4 Алгоритмическое и методическое обеспечение средств поддержки принятия решений в системе управления выбросами загрязняющих веществ 104
4.1 Разработка алгоритмического обеспечения сбора, обработки и передачи измерительной информации 104
4.1.1 Алгоритм поиска пространственных координат максимума концентрации загрязняющих веществ в атмосфере 104
4.1.2 Протокол передачи данных между измерительной системой и центром управления 114
4.2 Алгоритм коммутации информации измерительных систем 116
4.3 Структура программно-аппаратного интерфейса системы управления и интерпретации информации 120
4.3.1 Структура интерфейса 120
4.3.2 Методика прогнозирования загрязнения местности 130
Результаты и выводы к разделу 4 141
Заключение 142
Список использованных источников 144
Приложение А 156
Приложение Б 161
- Концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника»
- Анализ и систематизация моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере
- Моделирование процессов обработки информации замкнутой системой управления
- Алгоритм поиска пространственных координат максимума концентрации загрязняющих веществ в атмосфере
Введение к работе
Проблемы охраны окружающей среды и ее восстановления в настоящее время приняли глобальный характер и являются важными для задач современной науки. Данные проблемы связаны с возрастающей в последние десятилетия активностью антропогенной деятельности и вовлекаемыми в нее природными ресурсами. Это оказывает сильнейшее воздействие на биосферу, представляя для нее большую угрозу и делая ее все более нестабильной с все более и более непригодными для существования условиями. Одной из важнейших проблем экологии является защита атмосферы от выбросов загрязняющих веществ (ЗВ). Данная проблема особенно актуальна для больших промышленных городов, где ЗВ оказывают негативное влияние на здоровье, благосостояние и продолжительность жизни людей, приводят к развитию необратимых для природы последствий [1,2].
Необходимость разработки научно обоснованных решений управления концентрацией ЗВ в атмосфере усиливается тем, что с ростом промышленного производства усиливается загрязнение атмосферы. Развитие информационных технологий, включая значительный прогресс в создании средств измерения, обработки, передачи и хранения информации, позволяет создать автоматическую систему управления и непрерывного мониторинга концентрации ЗВ в атмосфере для задач анализа, принятия управленческих решений и контроля их исполнения.
Актуальность проблемы защиты атмосферы подчеркивается в соответствующей нормативно-законодательной базе, в частности в федеральном законе от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (с изменениями от 30 декабря 2001 г., 10 января 2003 г.), федеральном законе от 04.05.1999 N 3-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха" (с изменениями на 31 декабря 2005 года), федеральном законе РФ от 23 ноября 1995 г. № 174-ФЗ "Об экологической экспертизе", федеральном законе от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране
окружающей среды" (с изменениями на 22 августа 2004 года). В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 02.02.2006 №60 "Об утверждении положения о социально-гигиеническом мониторинге" мониторинг за источниками антропогенного воздействия на окружающую природную среду вошел в качестве одного из важнейших элементов в государственную систему социально-гигиенического мониторинга. «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы» включены в перечень критических технологий, утвержденный распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. № 1243-р.
Научные основы анализа распространения ЗВ в атмосфере были заложены в трудах отечественных ученных: Берлянда М.Е., Щербакова А.Ю., Ландсберга Г.Е., Бузало Н.С., Гаргер Е.К., Марчука Г.И. В работах Сольницева Р.И. была предложена концепция, структура и основные подходы к построению замкнутой системы управления (ЗСУ) концентрацией выбрасываемых производственными предприятиями в атмосферу ЗВ. Дальнейшее развитие это направление получило в работах российских ученых Сольницева Р.И., Коршунова Г.И., Грудинина В.П.
Результаты исследования существующих решений показали, что важной проблемой реализации системы управления качеством атмосферы является недостаточная проработка практически применимых алгоритмических и методических средств обеспечения, сбора и анализа информации мониторинга атмосферы, а также модели переноса ЗВ в атмосфере. Для реализации эффективной системы управления необходима разработка и исследование математических моделей, методов анализа и применение построенных на основе моделирования средств мониторинга и принятия решений, осуществляющих оперативные измерения концентрации ЗВ в условиях непрерывно изменяющихся параметров атмосферы и генерирующих управляющее воздействие.
Таким образом, разработка проблемно-ориентированной системы управления концентрацией ЗВ в выбросах промышленных предприятий и
обеспечивающих ее работу информационных и алгоритмических средств является актуальной и представляет научную задачу, имеющую важное теоретическое и прикладное значение.
Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности управления концентрацией загрязняющих веществ в выбросах производственных объектов посредством разработки информационного и алгоритмического обеспечения замкнутой системы управления, исследования процессов обработки информации, эффективности и качества управления.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе установлены следующие задачи:
Разработка уточненной математической модели переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией ЗВ.
Анализ математических моделей систем управления с точки зрения пригодности для управления выбросами ЗВ, исследование эффективности и качества управления.
Разработка алгоритма поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для летательного аппарата (ЛА).
Разработка алгоритма сбора и обработки информации мониторинга по критерию предельно допустимых концентраций (ПДК) для поддержки принятия управленческих решений.
Разработка математической модели системы управления очистными агрегатами для управления очисткой газовоздушной смеси от нескольких ЗВ.
Методы исследования. Основой исследования является методология системного анализа, теория систем автоматического управления, аналитические и численные методы математического моделирования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Разработана уточненная математическая модель переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией ЗВ, представленная в виде передаточной функции, позволяющая осуществлять управление концентрацией ЗВ в реальном времени.
На основе анализа выбрана и проблемно ориентирована математическая модель системы управления выбросами ЗВ, отличающаяся от базовой введением в регулятор дополнительных компенсирующих связей, обеспечивающих минимизацию эффекта «интегрального насыщения» и необходимое качество управления при изменяющейся величине транспортной задержки переноса ЗВ в атмосфере.
Разработан алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для ЛА, позволяющий осуществлять поиск координат и значения максимума концентрации ЗВ летательным аппаратом в широком диапазоне параметров атмосферы при различных формах факела.
Разработан алгоритм сбора и обработки информации мониторинга по критерию ПДК, обеспечивающий коррекцию измерительных данных, необходимых для поддержки принятия управленческих решений.
Разработана математическая модель системы управления очистными агрегатами, обеспечивающая требуемое качество управления очисткой газовоздушной смеси от нескольких ЗВ.
Практическая ценность. Разработанные в диссертационной работе
информационные и математические модели и алгоритмы позволяют успешно
реализовать аппаратно-программный комплекс (АПК) защиты атмосферы.
Практические результаты диссертационной работы использованы в разработках
ООО "НПФ "Торэкс"; НП "ИТЦ "Аэрокосмический" для ОАО "РУСАЛ"
филиал "Бокситогорский глинозем"; Международного института инжиниринга
в экологии и безопасности жизнедеятельности при ГУАП, а также внедрены в
учебный процесс кафедры «Инноватика и управление качеством» в Санкт-
Петербургском государственном университете аэрокосмического
приборостроения (ГУАП).
Внедрение результатов диссертационной работы позволяет снизить выбросы ЗВ в атмосферу для ТЭЦ, работающей на сланцах в 1,5-2 раза, не снижая показатели выработки основного продукта. Экономический эффект от
внедрения разработанного информационного и алгоритмического обеспечения ЗСУ составляет более 12 млн. рублей в год. Положения, выносимые на защиту:
Уточненная . математическая модель переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией загрязняющих окружающую среду веществ.
Результаты моделирования и анализа эффективности и качества управления проблемно-ориентированной системы управления выбросами ЗВ.
Алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для ЛА.
Алгоритм сбора и обработки информации мониторинга по критерию ПДК для поддержки принятия управленческих решений.
5. Математическая модель системы управления очистными агрегатами.
Апробация работы. Основные положения, защищаемые идеи,
теоретические положения, научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Instrumentation in Ecology and Human Safety 2007», St. Petersburg 2007; на Десятой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2007; на Одиннадцатой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2008.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, из них 3 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК, а также в материалах международной конференции «Instrumentation in Ecology and Human Safety 2007», St. Petersburg 2007; в Сборнике докладов Десятой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2007; в Сборнике докладов Одиннадцатой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2008.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. В конце каждого раздела сформулированы выводы. Общий объем рукописи составляет 155 страниц, в том числе 5 таблиц, 50 рисунков и список используемых источников из 137 наименований.
Концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника»
В основе современного понимания взаимодействия между человеком и окружающей средой лежат принципы природопользования, определяющие подходы к использованию природных ресурсов, допустимые нормы загрязнения окружающей среды, методы и средства защиты окружающей среды. На основе данных принципов построена и в настоящее время используется концепция разомкнутой СУ выбросами ЗВ (рисунок 1.1), в соответствии с которой регламентируются нормы ПДК ЗВ, выбрасываемых производственными предприятиями (1111) в окружающую среду, методы измерения концентраций ЗВ, нормы ответственности и механизмы управления, осуществляемые муниципальными и федеральными природоохранными организациями по отношению к 1111.
Существующая концепция, определяющая современные подходы к управлению очисткой выбросов ПП от ЗВ, подразумевает наличие «человеческого фактора», как обязательного звена СУ, в процессах принятия управленческих решений, управления производством, управления очисткой выбросов от ЗВ и распределения ресурсов. Наличие «человеческого фактора» приводит к уменьшению оперативности принятия управленческих решений, снижению степени автоматизации процессов управления, обработки и интерпретации информации, неэффективному расходованию ресурсов и вытекающими из этого высокими экономическими затратами.
К существенным недостаткам данной концепции относятся: - отсутствие реализации автоматизированной программно-аппаратной обратной связи в цепи управления, посредством которой обеспечивалось бы оперативное управление отчисткой выбросов ПП от ЗВ (отсутствие данной обратной связи приводит к дальнейшему ухудшению экологической обстановки, прямому экологическому и экономическому ущербу от неэффективного использования ресурсов); - отсутствие обратной связи о достоверных результатах принятых решений по повышению качества и эффективности стратегии улучшения экологической обстановки ПП для надзорных органов (информация из-за «человеческого фактора» приходит с большим запаздыванием и не отражает реальной обстановки); - низкая точность и достоверность измерительной информации, вследствие несовершенства методики измерения концентрации ЗВ, осуществляемой в приземистом слое, а так же значительных затрат времени на сбор, обработку и интерпретацию измерительной информации; - отсутствие стимуляции ПП к сокращению выбросов ЗВ и получению высокого экорейтинга, т.к. превышения выбросов ЗВ сверх установленных норм не грозит им значительными финансовыми потерями. В настоящее время не существует недорогого, приемлемого по эффективности и достаточно надежного решения, построенного на существующей концепции, позволяющего решить задачу минимизации концентрации ЗВ в выбросах ГТП. Существующие решения построены на аппаратных средствах, основанных на методах локальной диагностики источников ЗВ с дальнейшим вмешательством «человеческого фактора». Современный уровень развития технологий позволяет построить новую концепцию и реализовать на ее основе аппаратно-программный комплекс ЗСУ концентрацией ЗВ в выбросах ПП, лишенный большинства недостатков, присущих существующим решениям. Одной из таких концепций является концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» (ЗСУПТ) (рисунок 1.2), предложенная и развитая до конкретных инженерно-технических решений Сольницевым Р.И. [3-10]. Концепция ЗСУПТ лишена недостатков, присущих существующим решениям: влияния «человеческого фактора» на процесс управления, необходимости значительного времени на выработку управляющего воздействия, низкой точности измерения вклада предприятия в общее загрязнение окружающей среды. Преимуществами концепции ЗСУПТ, по сравнению с существующей концепцией, являются: - наличие автоматизированной программно-аппаратной обратной связи в цепи управления предотвращает выброс в окружающую среду ЗВ, выше установленных ПДК норм, обеспечивает более рациональное использование ресурсов; - минимизируется воздействие «человеческого фактора», открываются возможности более качественного управления концентрацией ЗВ в выбросах ПП; - лица, принимающие решения (ЛПР), получают информацию в реальном времени и удобном для анализа формате; -возможность подключения надзорных и природоохранных органов к базе данных АПК, позволяет им получать в режиме online текущую информацию об экологической обстановке, а так же достоверную информацию о результатах принятых решений по повышению качества и эффективности стратегии улучшения экологической обстановки; - высокая точность и достоверность измерительной информации, достигаемая за счет измерения концентраций ЗВ в точке их максимума -непосредственно в факеле; - непрерывное автоматическое управление концентрацией ЗВ; - наличие стимуляции ПП к получению высокого экорейтинга, т.к. высвободившиеся квоты на загрязнение окружающей среды можно будет реализовать другим предприятиям. Концепция ЗСУПТ направлена на исключение разрыва между результатами мониторинга и соответствующими очистными агрегатами, исключение потерь информации и, как следствие, экономических издержек, связанных с компенсациями по авариям, штрафам и упущенной выгоде, а так же минимизацию «человеческого фактора» в процессах управления и процессах взаимодействия руководства 1111 с представителями власти и надзорных органов, проявляющихся в виде последовательности актов, подписей и согласований. Роль «человеческого фактора» в предлагаемой концепции ЗСУПТ заменяется средствами АПК, где роль человека - оператора сводится к контролю за работой АПК и его элементов. Такой подход принципиально снижает риски загрязнения окружающей среды, повышает качество и эффективность управления.
Анализ и систематизация моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере
Арбитраж предоставления ресурсов АПК подключенным к нему устройствам может осуществляться: по приоритету устройства, времени использования канала связи с правом пролонгации (при получении разрешения от клиента с уведомлением арбитра) и без права пролонгации и обязательной повторной авторизации через арбитра. Повышение или понижение приоритета устройства, ширины каналов связи, скорости доставки информации (снижение количества ретрансляторов) осуществляется в зависимости от текущей ситуации и приоритетности источника информации. Текущий приоритет устройства определяется на основе следующих данных: требуемой ширины канала связи, таблицы маршрутизации, вычислительных ресурсов устройства, начального приоритета устройства, достоверности данных.
Управление потоками данных включает их маршрутизацию, расщепление на несколько каналов и дублирование, посредством: - организации обмена данными между устройствами напрямую по выделенным каналам или через виртуальное адресное пространство; -организации распределенной передачи данных, повышающей пропускную способность каналов связи и степень их защищенности. Подключение элементов АПК может осуществляться в режиме реального времени, посредством: - регистрации портов устройства при его инициализации в обязательном и вспомогательном списке устройств в соответствии с единым классификатором устройств и каналов связи; - однозначного определения в списках устройств источника данных, приемника данных, класса передаваемых данных и устройств; - возможности использования одного источника данных для нескольких приемников и нескольких источников данных для одного приемника, с целью обеспечения конкурирования информации и резервирования блоков; - использования ядром АПК программ эмуляторов устройств и блоков; предложенное решение позволяет использовать различные блоки с различными алгоритмами получения информации; в случае отказа одного из блоков и отсутствия конкурирующей информации, роль источника информации может взять на себя ядро АПК, эмулируя требуемый источник и обрабатывая данные по некоторому базовому алгоритму. Ядро системы управления допускает мультиплатформеность элементов АПК - операционных систем и аппаратного обеспечения, посредством использования кросс платформенного ПО (например - Java) и единого протокола передачи данных. Ядро операционной системы осуществляет работу под управлением операционной системы реального времени, например - QNX, средства хранения данных, обработки и визуализации информации осуществляют работу под управлением операционных систем Linux и Windows. Модуль системы управления включает в себя следующие элементы: 2.1 Регистр обеспечивает запоминание последнего измеренного значения мобильной ИС. Содержание регистра непрерывно обновляется данными от ИС, подменяется расчетными данными при получении низко достоверной информации или обнуляется при значительном времени отсутствия необходимых данных, отключая тем самым СУ. 2.2 Коммутатор измерительной информации обеспечивает первичную обработку измерительной информации и выбор ИС, данные которой будут использованы для генерации управляющего воздействия. Селекция осуществляется посредством- сопоставления нормированной величины управляющего сигнала и степени достоверности измеренного значения концентрации ЗВ, определяемой СУ для каждой ИС. 2.3 Компаратор рассчитывает значение ошибки рассогласования, сравнивая измеренное значения концентрации ЗВ с нормированным значением ПДКЗВ. 2.4 Ограничитель слабого сигнала «отсекает» незначительные колебания сигнала ошибки рассогласования, позволяя избежать вырабатываемых интегратором ПИД-регулятора всплесков управляющего сигнала. 2.5 Регулятор представляет собой классический ПИД-регулятор; состоящий из подключенных к сумматору масштабирующего, дифференцирующего и интегрирующего звеньев. 2.6 Управляемый усилитель предназначен для компенсации управляющего воздействия в случае использования нескольких очистных агрегатов с целью экономии их ресурсов. 2.7 Блок автоподстройки параметров регулятора обеспечивает расчет оптимальных параметров регулятора на основе данных метеоусловий, режима работы предприятия, относительного значения нормы ПДК для заданной высоты и других параметров. 2.8 Блок управления очистными агрегатами разделяет управляющий сигнал на части, пропорциональные мощности очистных агрегатов, обеспечивая очистку газовоздушной смеси от нескольких ЗВ в зависимости от их концентрации, качества топлива и режима работы котла. 3 Модуль системы мониторинга включает ИС и погодную станцию. 3.1 Измерительные системы подразделяются на стационарные и мобильные. Стационарные измерительные системы устанавливаются рядом с объектами особой важности, например, в населенных пунктах, фермах и заповедниках, в которых недопустимо превышение концентраций ЗВ выше уровня ПДК. Также стационарные ИС устанавливаются у устья трубы для определения массы выбрасываемого в атмосферу ЗВ и осуществления управления очистными агрегатами на основе оперативных данных. Мобильные ИС, установленные на ЛА (аэростат или самолет), позволяют производить измерения в необходимой точке пространства и обеспечивают необходимую точность и гибкость измерений. Также мобильные ИС могут быть выполнены в виде носимого измерительного комплекса или же установлены на автомобильный транспорт, но в данном случае достоверность измерительной информации будет ниже, вследствие наличия фона ЗВ, формируемого выхлопами автомобилей и накапливанием частиц ЗВ у поверхности земли.
Моделирование процессов обработки информации замкнутой системой управления
На основе математического моделирования процессов обработки информации в ЗСУ при различных значениях параметров модели ЗСУ выполнен анализ устойчивости и качества управления; получены оценки и границы параметров управления, подтвердившие, что ЗСУ соответствует требуемым показателям устойчивости и качества управления. 2. Анализ результатов моделирования ЗСУ выявил снижение устойчивости и качества управления при изменении величины транспортной задержки, а также некоторых параметров модели ЗСУ, характеризующих ряд физических факторов. Обеспечение стабильности и качества регулирования достигается введением в ЗСУ дополнительных структурно-функциональных элементов и расчетом оптимальных параметров ПИД-регулятора на основе анализа полученных в результате моделирования данных. 3. Обеспечение устойчивости ЗСУ при динамически изменяющейся величине транспортной задержки достигается включением в структуру ЗСУ предиктора Смита, а также ПИД-регулятора с автоподстройкой параметров. 4. Введение дополнительных обратных связей позволяет компенсировать снижение качества регулирования из-за эффекта «интегрального насыщения», а также некоторых параметров модели ЗСУ, характеризующих ряд физических факторов. 5. На основе математического моделирования показано, что полученная в результате структурно-параметрического синтеза модель ЗСУ позволяет эффективно решать поставленные задачи, обеспечивает требуемое качество управления концентрацией ЗВ. 6. Выполнен структурно-параметрический синтез модели двухконтурной ЗСУ. На основе исследования процессов обработки информации ЗСУ с двумя независимыми контурами показано, что обеспечивается эффективное управление процессом очистки выбросов ПП от двух или нескольких ЗВ. Существующие подходы к определению координат и значения максимума концентрации ЗВ в атмосфере основываются на использовании прогностических моделей, не позволяющих рассчитать мгновенные значения концентрации ЗВ. Основным источником оперативной и точной информации о значении концентрации ЗВ в атмосфере, т.о. является непосредственное измерение при помощи ИС, установленной на ЛА. Для получения информации о максимальном значении концентрации ЗВ в атмосфере и координат его расположения разработан алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ и алгоритм сбора и обработки информации мониторинга по критерию ПДК. Предложенные алгоритмы оптимизированы для ЛА планерного типа с установленной на него измерительной системой из 8 датчиков. Каждый датчик концентрации ЗВ имеет период измерения порядка 42 секунд и продолжительность измерительного цикла 2 секунды. Алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для ЛА основан на методах математического программирования. Алгоритм представляет собой задачу многомерной оптимизации, в которой ограничениями являются продолжительность полета ЛА и траектория полета ЛА, а критерием оптимальности - минимизация времени поиска координат максимума концентрации ЗВ. Задача многомерной оптимизации решается путем ее сведения к последовательности задач одномерной оптимизации [97-109]. При определении расположения координат максимума концентрации ЗВ полагается: 1) началом координат являются координаты расположения центра источника загрязнения (устья трубы промышленного предприятия) (х0, у0 z0); 2) наибольшее значение концентрации ЗВ располагается в факеле [31]; 3) исследуемый участок факела в плоскости XOZ прямолинеен (данное ограничение связано с тем, что в данной плоскости рассчитать профиль ветра и температурный градиент, от которых зависит форма и вид факела, не представляется возможным); 4) в плоскости XOY поле ветра однородно, т.е. отсутствуют преграды воздушному потоку, боковые и встречные потоки, поле температуры однородно; v 5) функция распределения концентрации ЗВ — унимодальная, как в плоскости XOY, так и на всей исследуемой протяженности факела в плоскости XOZ; 6) в процессе одного цикла измерения направление и скорость ветра, а так же иные параметры атмосферы - квазистационарны. Алгоритм состоит из двух этапов. На первом этапе производится расчет траектории факела для вычисления траектории полета ЛА. На втором этапе производится поиск координат и значения максимума концентрации ЗВ непосредственно в факеле.
Алгоритм поиска пространственных координат максимума концентрации загрязняющих веществ в атмосфере
Управление ГИС, ЛА и очистными агрегатами осуществляется при помощи панели управления, допускающей перемещение в пределах экрана, а так же сворачивание в пиктограмму в верхней левой части экрана. Панель управления представляет собой полупрозрачное вертикальное меню с расположенными на нем кнопками управления. При нажатии на необходимую кнопку раскрывается дополнительное горизонтальное меню с соответствующими данной кнопке командами или же сопутствующей информацией. Размеры всех кнопок меню оптимизированы для нажатия пальцами на сенсорный экран дисплея [130, 131].
Структура меню включает следующие команды управления: 1) Выбор номера ЛА. При нажатии на данную кнопку раскрывается список доступных для управления ЛА. Номер ЛА, которым производится управление, отображен в строке состояния. 2) Камера. Данное меню позволяет управлять установленным на ЛА фото и видеооборудованием. Меню включает в себя пункты «сделать фотографию» и «показать видео». При выборе одного из пунктов, сделанные фотографии или видеоизображения отображаются в мини-окне над мини-картой. При нажатии на открывшееся мини-окно производится замена его содержимого на содержимое основного окна. 3) Состояние ЛА. При выборе данного пункта открывается меню, содержащее команду «отобразить на экране», посредством которой осуществляется включение или отключение боковой панели в верхнем правом углу, содержащую информацию о расположении ЛА и его фактическом состоянии. Также в раскрывающемся меню отображена подробная информация об остаточном полетном ресурсе ЛА и его узлов. 4) Режим полета. При выборе данного пункта раскрывается меню со следующими командами управления режимом полета ЛА: - «ручное управление», осуществляемое по видеоизображению с бортовой камеры, данным центра управления и системы глобального позиционирования GPSI Глонас; - «автопилот»; в данном режиме ЛА самостоятельно осуществляет поиск точки пространства, в которой концентрация ЗВ является максимальной по алгоритму, приведенному в разделе 4.1.1; - «патрулирование заданной точки»; в данном режиме ЛА осуществляет патрулирование точки пространства, указанной оператором; -«патрулирование заданной области»; в данном режиме ЛА осуществляет патрулирование области пространства по маршруту, указанному оператором; - «автопоиск»; в данном режиме ЛА осуществляет поиск точки пространства, в которой концентрация ЗВ является максимальной по рассчитанной центром управления траектории. 5) Состояние ИС. При выборе данного пункта отображается информация о состоянии установленных на ЛА датчиков ИС, включающая сведения о готовности датчиков к измерению, времени, оставшемуся до следующего измерения, а также последнее измеренное значение. 6) Режим измерения. При выборе данного пункта раскрывается меню с выбором режима измерения: «точно» и «грубо». Выбор одного из пунктов отвечает за используемый алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере. Режим «точно» позволяет ЛА с минимальной погрешностью отыскать координаты максимума концентрации ЗВ в атмосфере и измерить максимальную концентрацию ЗВ с высокой точностью, но требует большего количества заходов ЛА на расчетную точку и, соответственно, измерительные данные поступают менее часто, чем в режиме «грубо». Режим «грубо» позволяет более часто получать измерительные данные, но с меньшей точностью. 7) Слои. При выборе данного пункта раскрывается меню со списком основных слоев, которые требуется отобразить или скрыть (карта, 125 фотографическое изображение местности или гибридное изображение, представляющее собой фотографическое изображение с нанесенными на него картографическими данными, маршрутами ЛА, критическими областями, требующими особого контроля, распределение ЗВ в пространстве в виде изолиний или цветных областей для каждого ЗВ в отдельности). 8) Проложить маршрут. При выборе данного пункта раскрывается меню со списком ЛА, маршрутом которых можно управлять. После выбора номера ЛА раскрывается панель управления маршрутом ЛА. 9) Отметить критические области. При выборе данного пункта раскрывается пункт «Область повышенного внимания» и «Область повышенного контроля». При выборе одного из пунктов раскрывается панель рисования, посредством которой определяются данные области соответственно желтым и красным цветом. При попадании текущего или расчетного значения факела в данную область на экран выдается соответствующее предупреждающее сообщение. 10) Рисовать. При выборе данного пункта раскрывается панель рисования, посредством которой оператор может нанести пользовательские данные на карту. Работа с самим интерфейсом осуществляется следующими командами: - при нажатии на изображение мини-карты производится замена основного изображения на мини-карту и наоборот; - при нажатии на изображение объекта управления, такого как ИС или источник ЗВ, осуществляется открытие в основном экране меню управления объектом, содержащее необходимую информацию о состоянии объекта и управляемом им процессе, а так же все доступные команды управления объектом.
