Автоматизарованная система контроля загрязнения атмосферного воздуха в городе Омске

Список литературы

1. Шендалева Е. В., Жильцов В. В., Тэттэр В. Ю. Технология регулирования топливной аппаратуры систем автоматического управления газотурбинных двигателей с использованием моделирующих стендов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2005. № 7. С. 15-21.

2. Шендалева Е. В. Отладка систем автоматического управления газотурбинных двигателей и прогнозирование их технического состояния // Вестник СибАДИ. 2017. № 3 (55). С. 111-119.

3. Шендалева Е. В. Модели ГТД в пространстве состояний: динамический аспект // Вестник СибАДИ. 2012. № 5 (27). С. 101-106.

4. Jacak W. Intellegent Robotic Systems: Design, Planning and Control // ISFR International Series on Systems Science and Engineering. Kluwer Academic Publishers, 2002. Vol. 14. P. 321.

5. Siciliano B., Sciavicco L., Villani L., Oriolo G. Robotics: Modelling, Planning and Control // Advanced Textbooks in Control and Signal Processing. Springer, 2009. P. 644.

6. Selig J. M. Geometric Fundamentals of Robotics // Monographs in Computer Science. Second Edition. Springer, 2005. P. 402.

7. Исии Т., Самояма И., Иноуэ Х., Хиросэ М., Накадзима Н. Мехатроника / пер. с яп. С. Л. Масленникова; под. ред. В. В. Василькова. М.: Мир, 1988. 315 с.

8. Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Управление роботами. Основы управления манипуляционными роботами: учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 400 с.

9. ГОСТ Р ИСО 8373-2014. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения. Введ. 2014.11.26. М.: Стандартинформ, 2015. 22 с.

10. ГОСТ Р 60.0.0.2-2016. Роботы и робототехнические устройства. Классификация. Введ. 2016.11.29. М.: Стандартинформ, 2016. 15 с.

11. ГОСТ Р 60.0.0.3-2016. Роботы и робототехнические устройства. Системы координат и обозначение перемещений. Введ. 2016.11.08. М.: Стандартинформ, 2016. 16 с.

12. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 711 с.

13. Растригин Л. А. Адаптация сложных систем. Методы и приложения. Рига: Зинатне, 1981. 375 с.

УДК 502.3:004

АВТОМАТИЗАРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ГОРОДЕ ОМСКЕ

Л. О. Штриплинг, В. В. Баженов, Н. С.Варакина

Омский государственный технический университет», г. Омск, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-175-179

Аннотация - рассмотрены проблемы мониторинга загрязнений атмосферного воздуха в населенных пунктах. Проведен анализ загрязнения атмосферы в г. Омске за период 2007-2017 гг. Несмотря на то, что валовый выброс загрязняющих веществ в городе за последние 5 лет снизился, выявлен рост приземных концентраций отдельных загрязняющих веществ. Предложения автоматизированная система контроля загрязнения атмосферного воздуха для г. Омска. АСКЗВ позволяет проводить расчётный мониторинг атмосферного воздуха по всему спектру выбрасываемых загрязняющих веществ, получать консолидированную информацию по объектам негативного воздействия, собранную из различных открытых источников информации, определять области возможного расположения источников сверхнормативного загрязнения при недостаточности и (или) недостоверности экологической информации.

Ключевые слова: загрязнение, моделирование, атмосфера, прогноз.

I. Введение

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха в крупных промышленных городах является одним из наиболее важных направлений в структуре обеспечения экологической безопасности и благополучия населения. Вместе с этим эксплуатация существующей системы мониторинга, основы которой были заложены в прошлом столетии, в настоящее время не может обеспечить должного уровня качества жизни населения. Устаревшая приборная база постов наблюдений [1] и дискретность наблюдений (3-4 раза в сутки) значительно затруд-

няет проведение государственными органами контрольно-надзорных мероприятий в случае выявления сверхнормативного загрязнения атмосферы. Использование же в наблюдательной сети систем автоматического непрерывного измерения концентраций загрязняющих веществ также не решает проблемы обеспечения экологической безопасности, так как полученные данные отражают уровень загрязнения воздуха исключительно в заданной точке местности при определенных метеорологических условиях. Более того, система мониторинга, основанная на использовании исключительно инструментальных методов контроля, не может обеспечить наблюдения за всеми загрязняющими веществами, поступающими в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, так как для многих веществ отсутствуют стандартные методики измерений.

Одним из способов повышения качества системы мониторинга атмосферного воздуха является совместное использование как инструментальных, так и расчётных методов мониторинга, например, с использованием [2]. Однако при этом актуальной остается проблема оперативного поиска источника сверхнормативного загрязнения в условиях недостаточной и (или) недостоверной информации по выбросам загрязняющих веществ.

С нашей точки зрения, решением этой проблемы может послужить разработка и внедрение в практику работы государственных надзорных органов автоматизированной системы контроля загрязнения атмосферного воздуха (АСКЗВ).

II. Постановка задачи

Провести анализ загрязнения атмосферного воздуха в г. Омске и разработать автоматизированную систему контроля загрязнения, позволяющую проводить поиск области возможного расположения источника сверхнормативного загрязнения атмосферы в условиях недостаточности и (или) недостоверности информации о выбросах загрязняющих веществ.

III. Теория

Для анализа загрязнения атмосферного воздуха использовались данные наблюдений ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС» за 2007-2017 гг. По данным [3-4], начиная с 2012 года выбросы загрязняющих веществ неуклонно снижаются. Так, если в 2012 году валовый выброс загрязняющих веществ составлял 240,2 тыс. тонн, то в 2016 году он составил 200 тыс. тонн. Однако, несмотря на это, концентрации отдельных загрязняющих веществ не только не снизились, но и неуклонно растут. При этом происходит не только рост среднесуточных концентраций загрязняющих веществ, но и количество случаев превышения предельно допустимых концентраций (ПДК). В качестве примера в табл. 1 представлены данные о максимальных суточных концентрациях по одному из основных загрязняющих веществ г. Омска - хлористому водороду.

ТАБЛИЦА 1

МАКСИМАЛЬНЫЕ СУТОЧНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА ЗА 2007-2017 гг.

Год Административный округ

Кировский Ленинский Октябрьский Центральный Советский

Кратность превышения ПДК

2007 0 0 1,4 1,75 1,4

2008 1,2 1,95 1,2 9 1,7

2009 0 2,6 1,3 0 0

2010 2 2,1 1,3 2,6 2,9

2011 0 1,4 0 1,4 1,4

2012 1,6 1,1 4 2,6 2

2013 1,8 1,8 14,2 3,7 2,7

2014 0 0 1,2 0 2,1

2015 2,8 2,6 0 1,4 3,6

2016 2,7 2,1 3,2 3,2 2,7

2017 3,1 5,5 4,7 3,2 8,1

Как видно из данных табл. 1, в 2017 году максимальные концентрации обновили свои «исторические» максимумы в трех из пяти округов города Омска. При этом, по данным [5], выбросы хлористого водорода в целом по городу относительно невелики - 6,62 т/год. Распределение выброса по округам города выглядит следующим образом (см. рис. 1):

Кировский Ленинский Октябрьский Советский Центральный

Рис.1. Распределение выбросов (т/год) хлористого водорода по округам г. Омска

Несмотря на то, что выбросы хлористого водорода предприятиями Советского АО минимальны, максимальные суточные концентрации в этом округе в 2017 году были наибольшими. Связано это, прежде всего, с тем, что на уровень концентрации загрязняющего вещества оказывает влияние не только величина выброса, но также и метеорологические условия (направление и скорость ветра, температура воздуха и т.д.) характеристики источников выбросов (высота, скорость выхода газовоздушной смеси из источника и т.д.).

Противоположная ситуация наблюдается в Омске по такому веществу, как диоксид серы, которое также входит в перечень контролируемых на постах веществ. При валовом выбросе в 54,4 тыс. тонн/год максимальные концентрации за весь период 2007-2017 ни разу не превысили величины в 1 ПДК.

Таким образом, можно сделать вывод: уровень загрязнения атмосферы тем или иным веществом зависит не только и не столько от величины валового выброса, сколько от распределения источников загрязнения на местности, их характеристик и метеорологических условий рассеивания выбросов. Даже минимальный выброс вещества может повлечь при определенных метеорологических условиях сверхнормативное загрязнение.

IV. Результаты экспериментов

АСКЗВ состоит из нескольких взаимосвязанных модулей (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема АСКЗВ г. Омска

Подсистема расчёта и визуализации данных о концентрациях загрязняющих веществ реализует математическую модель расчёта приземных концентраций [2] и, при необходимости, представляет результаты расчёта в виде отдельного слоя в ГИС Google Earth (см. рис. 3).

Рис. 3. Визуализация данных о концентрациях диоксида азота при заданных метеорологических условиях в Октябрьском АО г. Омска

Модуль 1. «Сведения о выбросах» реализует чтение и обработку данных по источникам загрязнения атмосферы из электронных версий проектов предельно допустимых выбросов (проектов ПДВ) предприятий.

Модуль 2. «Расчёт приземных концентраций» производит расчёт приземных концентраций по заданным условиям.

Модуль 3. «Реестр НВОС» обрабатывает открытые данные реестра объектов негативного воздействия на окружающую среду [реестр]. Используется в случае, если в подсистеме расчёта отсутствуют сведения о выбросах конкурентного предприятия, а также для анализа информации по общим выбросам загрязняющих веществ.

Модуль 4. «Реестр сан.-эпид. заключений» производит чтение данных из открытого реестра Роспотребна-дзора [6] по выданным санитарно-эпидемиологическим заключениям на проектную документацию.

Модуль 5. «Данные мониторинга» - получает и хранит информацию по суточным концентрациям загрязняющих веществ, публикуемых на сайте ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС». Данные этого модуля могут использоваться управляющей системой при поиске области расположения возможного источника сверхнормативного загрязнения.

АСКЗВ позволяет:

1. получать обобщенную из нескольких источников информацию о промышленном объекта: историю выдачи санитарно-эпидемиологических заключений на проекты ПДВ, данные о выбросах в целом по предприятию, данные по источникам загрязнения и т.д.;

2. при наличии информации по источникам загрязнения предприятий проводить расчёт полей концентраций загрязняющих веществ при заданных метеорологических условиях и визуализировать полученные данные;

3. при отсутствии данных по источникам загрязнения рассчитывать возможную область расположения источника, повлекшего сверхнормативное загрязнение атмосферы, используя данные мониторинга и визуализировать полученные результаты посредствам ГИС Google Earth (см. рис. 4).

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 21

Рис. 4. Области вероятного расположения источника, повлекшего сверхнормативное загрязнение атмосферы

На рис. 4 представлены четыре области. При этом, фиолетовым цветом закрашена область в которой расположение искомого источника загрязнения наиболее вероятно. Для построения областей возможного расположения источника загрязнения используются данные мониторинга минимум в трех точках местности.

V. Выводы и заключение

Автоматизированная система контроля загрязнения атмосферного воздуха позволяет решить целый комплекс задач по обеспечению экологической безопасности и благополучия населения.

Во-первых, использование в работе АСКЗВ утвержденных методов расчёта позволяет определить концентрации всех загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух города.

Во-вторых, АСКЗВ позволяет определять концентрации загрязняющих веществ при заданных метеорологических условиях и проводить прогноз загрязнения атмосферы.

В-третьих, с использованием АСКЗВ становится возможным получение сводной информации по промышленному объекты, собранной из различных источников информации.

В-четвертых, АСКЗВ позволяет определять области возможного расположения источника загрязнения, повлекшего сверхнормативное загрязнение окружающей среды, как при наличии необходимой информации об источниках загрязнения, так и при её отсутствии, что позволяет принимать более рациональные и оправданные управленческие решения при проведении государственными органами контрольно-надзорных мероприятий.

Список литературы

1. Волкодаева М. В., Демина К. В. Теоретический и практический взгляд на развитие систем экологического мониторинга качества атмосферного воздуха в городах РФ // Новая наука: теоретический и практический взгляд. 2016. № 2-2(63). С. 146-149.

2. Минприроды. Российская Федерация. Приказы. Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе: приказ от 06.06.2017 № 273. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_222765/ (дата обращения: 05.06.2017).

3. Доклад об экологической ситуации в Омской области за 2015 год / Министерство природных ресурсов и экологии Омской области. Ижевск: ООО «Принт-2», 2016. 312 с.

4. Доклад об экологической ситуации в Омской области за 2016 год / Министерство природных ресурсов и экологии Омской области. Омск: Омскбланкиздат, 2017. 318 с.

5. ПТО УОНВОС. Общедоступная информация государственного реестра объектов НВОС. URL: https://onv.fsrpn.ru/#/public/root (дата обращения: 05.06.2017).

6. Реестр санитарно-эпидемиологических заключений на проектную документацию. URL: http://fp.crc.ru/doc/?type=max (дата обращения: 05.06.2017).