Автоматизированная информационная система управления ликвидацией несанкционированных свалок
AUTOMATED INFORMATION SYSTEM FOR CONTROLLING THE ELIMINATION OF UNAUTHORISED LANDFILLS

Изобретение относится к системам управления, в частности к системам управления ликвидацией несанкционированных свалок коммунальных отходов.
Известна информационно-управляющая система, состоящая из вычислительного комплекса с базами данных, связанного системой обратной связи с производственными модулями; блока принятия решений и исполнительных структур. Данная система может быть использована для оценки информации и принятия командного решения, а также для управления производственными или иными комплексами и/или входящими в их состав структурными единицами (RU 45849).
Недостатками данной ИУС являются особенности ее области применения. В частности, неприменимость в данном виде для решения задач управления ликвидацией несанкционированных свалок.
Известна также автоматизированная информационная система управления логистикой бытовых отходов, включающая информационное обеспечения управления процессами сбора и транспортировки бытовых отходов в городских системах с учетом санитарно-гигиенических норм и стандартов. Система реализована в виде интерактивного многофункционального веб-сервиса и обеспечивает реализацию процедур расчета финансовых затрат и экологического ущерба окружающей среде в результате сбора и перевозки бытовых отходов, и минимизацию экологических рисков на основе алгоритмов автоматизированного формирования адаптивных маршрутов транспортировки. (Ладик А.С. Разработка автоматизированной информационной системы управления логистикой бытовых отходов (на примере г. Апатиты) // Вестник МГТУ, том 19, №1/2, 2016 г. С. 207-216.).
Недостатком данной автоматизированной информационной системы является узкая специфика направленности работы, в частности неприменимость ее в качестве системы управления сбором и транспортировкой отходов с несанкционированных свалок.
Наиболее близкой по техническому решению к изобретению является информационно-аналитическая система управления отходами, которая содержит отдельные программные модули, в том числе модуль расчета класса экологической опасности несанкционированных свалок, что позволяет использовать ее в качестве управляющей системы при ликвидации несанкционированных свалок в городской черте (Кирильчук И.О., Барков А.Н. Информационно-аналитические системы управления отходами / монография. Курск, 2015).
Недостатком отмеченной системы является неэффективность ее использования за чертой города. В связи со спецификой применения информационно-аналитической системы управления отходами только в городских условиях, отсутствует возможность обнаружения несанкционированных свалок в труднодоступных зонах с редким пребыванием людей.
Основной задачей, решаемой авторами, являлось создание автоматизированной информационной системы в области управления ликвидацией несанкционированных свалок, обеспечивающей автоматизированное формирование маршрутных схем сбора и транспортировки коммунальных отходов с несанкционированных свалок не только в городских системах, но и в загородных условиях с применением комплекса инфракрасного дистанционного обнаружения
несанкционированных свалок на основе температурного контраста.
Указанная задача решалась тем, что в разработанной автоматизированной информационной системе управления ликвидацией несанкционированных свалок присутствуют блоки расчетных модулей, баз данных, блок формирования маршрута и блок инфракрасного дистанционного обнаружения несанкционированных свалок, связанные каналами обратной связи с интерфейсом информационно-аналитической системы, посредством которого осуществляется автоматизированное формирование маршрутных схем с учетом ликвидации несанкционированных свалок в городских и загородных условиях.
В состав разработанной автоматизированной системы управления ликвидацией несанкционированных свалок (АИС УЛНС) входят следующие функциональные компоненты:
1 - интерфейс информационно-аналитической системы;
2 - блок расчетных модулей:
2.1- расчет экологического ущерба,
2.2 - расчет класса экологической опасности несанкционированной свалки,
3 - блок баз данных:
3.1 - база данных несанкционированных свалок,
3.2 - база данных логистической компоненты;
4 - блок визуализации;
5 - блок формирования маршрута;
6 - блок инфракрасного дистанционного обнаружения несанкционированных свалок
7 - блок краудсорсингового обнаружения свалок.
Интерфейс информационно-аналитической системы 1 разработан с помощью системы управления содержимым Joomla.
Интерфейс информационно-аналитической системы позволяет:
- проводить диалог с пользователем и управлять поведением программы;
- задавать диалог, позволяющий редактировать входные данные;
- отображать результаты расчета и маршруты ликвидации несанкционированных свалок;
- выводить рассчитанную информацию и построенные маршруты на печать.
Расчетный модуль 2 содержит блок расчета экологического ущерба 2.1, блок расчета класса экологической опасности несанкционированной свалки 2.2.
Расчет класса экологической опасности несанкционированной свалки 2.2 осуществляется на основании «Способа оценки экологической опасности стихийных несанкционированных свалок» (Пат.№2731662 заявл. 12.11.2019; опубл. 07.09.2020, Бюл. №25). Схема расчета класса экологической опасности свалок представлена на фигуре 2.
Расчет экологического ущерба 2.1 представляет собой два различных компонента: расчет предотвращенного экологического ущерба (Приказ Госкомэкологии России от 30 ноября 1999 года / Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. - Москва, 1999) и расчет размера вреда почвам, как объекту окружающей среды (Приказ Минприроды России от 08.07.2010 N 238 "Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды". - Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти, N 40, 04.10.2010)
Расчет предотвращенного экологического ущерба осуществляется с помощью Методики определения предотвращенного экологического ущерба.
Оценка величины предотвращенного экологического ущерба в результате недопущения захламления земель несанкционированными свалками, ликвидации существующих несанкционированных свалок либо в результате уменьшения площадей объектов для размещения отходов производится по формуле:
где  - предотвращенный экологический ущерб в результате недопущения (уменьшения) захламления земель в течение отчетного периода времени, тыс.руб./год;
i
S - площадь земель, которые удалось предотвратить от захламления (ликвидировать обнаруженное захламление либо уменьшить площади объектов для размещения отходов) в течение отчетного периода времени, га;
Пj
К - коэффициент природно-хозяйственной значимости почв и земель j-го типа определяется в соответствие с таблицей в приложении к Методике.
Расчет размера вреда почвам, как объекту окружающей среды, определяется по Методике и исчисляется в стоимостной форме.
Исчисление в стоимостной форме размера вреда в результате несанкционированного размещения отходов производства и потребления осуществляется по формуле:
отх
где УЩ- размер вреда, руб;
j
М - масса отходов с одинаковым классом опасности, т;
отх
Т- такса для исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту окружающей среды, при деградации почв в результате несанкционированного размещения отходов производства и потребления;
исх
К - показатель, определяемый в зависимости от категории земель и целевого назначения, на которой расположен загрязненный участок.
Блок баз данных 3 содержит базу данных несанкционированных свалок 3.1, базу данных логистической компоненты 3.2.
В базе данных несанкционированных свалок 3.1 содержатся сведения о морфологическом составе свалки, месте и времени ее существования. Структура базы данных несанкционированных свалок представлена на фигуре 5.
В базе данных логистической компоненты 3.2 содержатся сведения о мусоровозах и об объектах размещения отходов. Структура базы данных логистической компоненты представлена на фигуре 4.
Блок визуализации 4 реализует отображение интерактивных карт населенных пунктов, загружаемых с сервиса Яндекс. Карты и схем местоположения приема коммунальных отходов, местоположение несанкционированных свалок. Кроме того, с помощью блока визуализации осуществляется вывод на экран персонального компьютера пользователя результатов расчетов, а также построенных маршрутов ликвидации несанкционированных свалок в городских и загородных условиях.
Блок формирования маршрута 5 осуществляет синхронизацию данных о местоположении наиболее опасных несанкционированных свалок и местоположении объектов размещения отходов и производит построение наиболее оптимального маршрута транспортировки коммунальных отходов с несанкционированных свалок по авторской методике, базирующейся на теории графов. Построение маршрута сводится к выбору тех несанкционированных свалок из обнаруженных, которые будут приняты в качестве вершин графа, между которыми необходимо найти кратчайший путь. Авторский подход к формированию набора вершин графа состоит в следующем. На первом этапе задаются начальные и граничные условия. В качестве нулевой вершины графа выбирается стоянка спецтехники (мусоровозов), в качестве последней (n-ой) вершины - полигон ТКО. При этом необходимо учесть, что после транспортировки отходов со свалок к месту их захоронения (полигону), мусоровоз должен вернуться к месту стоянки. Учитываемыми ограничениями являются максимальное расстояние, которое может без дозаправки проехать мусоровоз и объем кузова мусоровоза. Далее в качестве первой вершины графа выбирается наиболее близкая к отправной точке несанкционированная свалка, представляющая наибольшую опасность для окружающей среды. В качестве второй и т.д. вершин выбираются ближайшие к первой вершине несанкционированные свалки. Поиск вершин продолжается до тех пор, пока выполняются неравенства, учитывающие заданные ограничения. Далее происходит формировании графа, матрицы смежности, построении маршрута. При таком подходе для построения маршрута оптимальным является использование цикла Гамильтона, который обеспечивает нахождение минимального пути между всеми вершинами графа и возвращается в исходную точку. (Кирильчук И.О., Иорданова А.В., Юшин В.В., Попов В.М. Разработка авторского метода построения маршрутов ликвидации стихийных несанкционированных свалок // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. Т. 24. №2. С. 153-169.) Схема формирования маршрута по авторскому методу представлена на фиг. 6.
Блок дистанционного обнаружения несанкционированных свалок 6 представляет собой комплекс инфракрасной дистанционной диагностики загрязнения поверхности земли стихийно возникающими несанкционированными свалками, находящимися за городской чертой. Это обосновывается тем, что свалки, находящиеся за пределами населенных пунктов, как правило, всегда расположены там продолжительное время (от 1 года и более) и достаточно объемны. В связи с этим, обнаружение их с помощью использования человеческого ресурса (интернет-портала) становится затруднительным. Комплекс инфракрасного дистанционного обнаружения несанкционированных свалок может быть установлен на малые мобильные летательные аппараты (квадрокоптеры). Работа комплекса основана на контрасте температур окружающей природной среды и несанкционированной свалки. Данные полученные комплексом обрабатываются и учитываются в составлении маршрута ликвидации обнаруженных свалок. Схема работы комплекса инфракрасной дистанционной диагностики загрязнения поверхности земли стихийно возникающими несанкционированными свалками представлена на фигуре 7. Комплекс инфракрасной дистанционной диагностики содержит комплект входной оптики переменного увеличения 1, инфракрасный объектив 2, сканирующее устройство, реализующее вертикальное сканирование 3 и горизонтальное сканирование 4, фотоприемник 5, систему охлаждения 6, предусилитель 7, усилитель 8, блок обработки сигналов 9, ЭВМ 10, GPS (ГЛОНАСС) приемник 13. 11 - тепловое излучение, 12 - наблюдаемая поверхность акватории.
Блок краудсорсингового обнаружения свалок представляет собой интернет-портал, на котором любой пользователь может отметить обнаруженную им несанкционированную свалку.
Полная структурно-функциональная организация автоматизированной информационной системы представлена на фигуре 3.
Принцип работы системы представлен в виде схемы на фигуре 1.
На фиг. 1 представлена схема функционирования АИС УЛНС;
На фиг. 2 представлена схема расчета класса экологической опасности несанкционированных свалок;
На фиг. 3 представлена структурно-функциональная организация АИС УЛНС;
На фиг. 4 представлена схема базы данных несанкционированных свалок;
На фиг. 5 представлена схема базы данных логистической компоненты;
На фиг. 6 представлена схема формирования маршрута ликвидации свалок по авторскому методу.
На фиг. 7 представлена схема работы комплекса инфракрасной дистанционной диагностики загрязнения поверхности земли стихийно возникающими несанкционированными свалками.
На фиг. 8 представлен результат визуализации маршрута сформированного с использованием АИС
АИС УЛНС разработана в виде интерактивного интернет-сервиса, реализующего средства визуализации и мониторинга процессов транспортировки твердых коммунальных отходов с несанкционированных свалок, процедуры расчета и автоматизированного формирования маршрутов их ликвидации, местоположения точек сбора и технических характеристик мусоровозов, а также данными о составе и размерах несанкционированных свалок.
Система оперирует набором начальных характеристик:
1. Число мест приема/отгрузки коммунальных отходов.
2. Местоположение точек приема/отгрузки коммунальных отходов.
3. Местоположение точек содержания мусоровозов, выходящих в путь.
4. Число автотранспортных средств (мусоровозов).
5. Вид автотранспортного средства (мусоровоза).
6. Объем кузова одного автотранспортного средства (мусоровоза).
7. Приблизительный расход топлива одним автотранспортным средством.
8. Местоположение несанкционированных свалок.
9. Приблизительный состав свалки.
10. Размер свалки.
11. Удаленность несанкционированной свалки от мест жизнедеятельности человека, водоемов и ООПТ.
12. Время существования свалки.
Перечисленные сведения хранятся в базах данных системы.
АИС УЛНС применяет в своей работе карты населенных пунктов, загружаемые с сервиса Яндекс. Карты и схемы местоположения точек приема коммунальных отходов, местоположение несанкционированных свалок, число используемых автотранспортных средств и их технические характеристики.
Интерактивные карты городских систем с отображенными на них пунктами приема отходов и местоположением несанкционированных свалок, а также процедуры автоматизированного формирования маршрутов ликвидации несанкционированных свалок, процедуры расчета класса экологической опасности несанкционированных свалок составляют научно-техническую основу (ядро) системы.
Основные функциональные возможности системы:
1) ввод, редактирование и визуализация данных;
2) редактирование таблиц в базе данных, необходимых для формирования оптимальных маршрутов ликвидации свалок;
3) автоматизированное формирование оптимальных маршрутов с целью реализации процессов ликвидации несанкционированных свалок на территории населенных пунктов;
4) автоматизированное формирование оптимальных маршрутов с целью реализации процессов ликвидации несанкционированных свалок за пределами города;
5) мониторинг и диспетчерское управление автотранспортными средствами (мусоровозами), участвующими в процессе ликвидации несанкционированных свалок, в реальном масштабе времени;
6) расчет экологического ущерба окружающей среде;
7) расчет класса экологической опасности несанкционированных свалок.
Система работает следующим образом.
С помощью блока краудсорсингового обнаружения несанкционирвоанных свалок 7 и блока дистанционного обнаружения несанкционированных свалок 6 осуществляется сбор информации об обнаруженных свалках в черте и за чертой города соответсвенно, после чего происходит автоматическое заполнение блока базы данных 3, далее по каналу информационного обмена информация об обнаруженных свалках из блока баз данных 3 поступает в блок расчетных модулей 2, где осуществляется расчет класса экологической опасности обнаруженных свалок и расчет экологического ущерба, после этого, полученная информация поступает в блок формирования маршрута 5, где осуществляется построение маршрута ликвидации несанкционирванных свалок с учетом их экологической опасности и данных поступающих по каналу информационного обмена из базы данных логистичечкой компоненты, после чего построенный маршрут передается в блок визуализации и через интерефейс АИС 1 отображается у ЛИР (лица, принимающего решения).
Результат визуализации маршрута сформированного с использованием системы представлен на фиг.8.
Использование АИС УЛНС подразумевает достижение следующих результатов:
- оптимизация маршрутов транспортировки твердых коммунальных отходов с несанкционированных свалок;
- ликвидация несанкционированных свалок на территории населенных пунктов и за пределами города на основе результатов расчета класса экологической опасности свалок и на основе комплекса инфракрасной дистанционной диагностики загрязнения поверхности земли;
- снижение отрицательного воздействия коммунальных отходов на окружающую среду и состояние здоровья городского населения на основе мониторинга и оценки характеристик экологического ущерба.