СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА
ENVIRONMENTAL MONITORING AND FORECASTING SYSTEM FOR ATMOSPHERIC POLLUTION IN THE INDUSTRIAL REGION

Изобретение относится к экологическим системам сбора и обработки информации и может быть использовано для проведения прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха промышленного региона.
Известны средства экологического мониторинга, основанные на способах анализа технологий предприятий - загрязнителей окружающей среды и средствах контроля технологических процессов (заявка PCT № WO 89/06079, кл. Н04М 11/00, 1989; Патент США №3819862, 179-2А, 1974; патент Великобритании №2179480, кл. G08B 25/00, 1987).
Недостатками известных устройств являются низкая оперативность и точность оценки загрязнения атмосферы, отсутствие коррекции прогнозных значений по текущим данным, что снижает эффективность выработки рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ.
Известна система экологического мониторинга атмосферного воздуха промышленного региона (патент РФ №2380729, МПК G01W 1/00, 04.06.2008), содержащая первую и вторую группы датчиков экологического контроля состояния среды, средства радиосвязи датчиков второй группы с аппаратурой городской телефонной сети, центральный диспетчерский пункт, быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы, систему GPS, мобильную телефонную систему, электротранспортные единицы, метеостанцию, группу датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения, центр моделирования, центр обработки и сравнения данных.
Недостатком системы является низкая точность прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона при отсутствии коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы по текущим данным, что снижает достоверность информации об экологической обстановке и эффективность выработки рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ.
Прототипом является система экологического мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона (патент РФ №2466434, МПК G01W 1/00, 10.11.2012), содержащая группу датчиков экологического контроля состояния атмосферы промышленного региона, группу датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения, метеостанцию, соединенных с первым блоком моделирования, первую группу задатчиков концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения, соединенных со вторым блоком моделирования, центральный диспетчерский пункт, соединенный через задатчик времени и блок моделирования метеопараметров со вторым блоком моделирования.
Недостатком прототипа является низкая точность прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона, отсутствие коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы по текущим данным, что снижает возможность получения объективной информации об экологической обстановке и эффективность выработки рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях.
Задачей изобретения является повышение точности оценки загрязнения атмосферы промышленного региона с коррекцией прогнозных значений по текущим данным для получения объективной информации об экологической обстановке и повышения эффективности рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях.
Для решения поставленной задачи в систему экологического мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона, содержащую группу датчиков экологического контроля состояния атмосферы промышленного региона, группу датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения и метеостанцию, соединенных с первым блоком моделирования, первую группу задатчиков концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения, соединенных со вторым блоком моделирования, центральный диспетчерский пункт, соединенный через задатчик времени и блок моделирования метеопараметров со вторым блоком моделирования, дополнительно введены вторая группа задатчиков концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения, третий блок моделирования, блок выдачи рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях, первый и второй блоки управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ, первая, вторая и третья группы блоков прогнозирования загрязнения атмосферы, группа блоков сравнения прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы, первая и вторая группы блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, группа задатчиков предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, первая, вторая и третья группы блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений, выходы второй группы задатчиков концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения соединены с входами третьего блока моделирования, выходы первого, второго и третьего блоков моделирования соединены с входами первой, второй и третьей групп блоков прогнозирования загрязнения атмосферы соответственно, выходы группы датчиков экологического контроля состояния атмосферы промышленного региона соединены с входами центрального диспетчерского пункта и первыми входами группы блоков сравнения прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы и первой группы блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений, вторые входы группы блоков сравнения прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы соединены с выходами первой группы блоков прогнозирования загрязнения атмосферы, вторые входы первой группы блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с выходами группы задатчиков предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, выходы второй и третьей групп блоков прогнозирования загрязнения атмосферы соединены с первыми входами первой и второй групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, вторые входы которых соединены с выходами группы блоков сравнения прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы соответственно, выходы первой и второй групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы соединены с первыми входами второй и третьей групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соответственно, вторые входы второй и третьей групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с выходами группы задатчиков предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, выходы первой и второй групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, первой, второй и третьей групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с входами центрального диспетчерского пункта, вход блока выдачи рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях соединен с центральным диспетчерским пунктом, входы первого и второго блоков управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ соединены с центральным диспетчерским пунктом, а выходы с первой и второй группой задатчиков концентраций загрязняющих веществ соответственно.
На фигуре представлена структурная схема системы экологического мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона.
Система содержит группу датчиков замеров концентраций 1 загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения и метеостанцию 2, соединенных с первым блоком моделирования 3, группу датчиков экологического контроля 4 состояния атмосферы промышленного региона, первую группу задатчиков 5 концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения, соединенных со вторым блоком моделирования 6, центральный диспетчерский пункт 7, соединенный через задатчик времени 8 и блок моделирования метеопараметров 9 со вторым блоком моделирования 6, вторая группа задатчиков 10 концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения, третий блок моделирования 11, блок выдачи рекомендаций 12 по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях, первый 13 и второй 14 блоки управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ, первая 15, вторая 16 и третья 17 группы блоков прогнозирования загрязнения атмосферы, группа блоков сравнения 18 прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы, первая 19 и вторая 20 группы блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, группа задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, первая 22, вторая 23 и третья 24 группы блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений, выходы второй группы задатчиков 10 концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения соединены с входами третьего блока моделирования 11, выходы первого 3, второго 6 и третьего 11 блоков моделирования соединены с входами первой 15, второй 16 и третьей 17 групп блоков прогнозирования загрязнения атмосферы соответственно, выходы группы датчиков экологического контроля 4 состояния атмосферы промышленного региона соединены с входами центрального диспетчерского пункта 7 и первыми входами группы блоков сравнения 18 прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы и первой группы 22 блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений, вторые входы группы блоков сравнения 18 прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы соединены с выходами первой группы 15 блоков прогнозирования загрязнения атмосферы, вторые входы первой группы 22 блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с выходами группы задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, выходы второй 16 и третьей 17 групп блоков прогнозирования загрязнения атмосферы соединены с первыми входами первой 19 и второй 20 групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, вторые входы которых соединены с выходами группы блоков сравнения 18 прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы соответственно, выходы первой 19 и второй 20 групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы соединены с первыми входами второй 23 и третьей 24 групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соответственно, вторые входы второй 23 и третьей 24 групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с выходами группы задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, блок моделирования метеопараметров 9 соединен с третьим блоком моделирования 11, выходы первой 19 и второй 20 групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, первой 22, второй 23 и третьей 24 групп блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений соединены с входами центрального диспетчерского пункта 7, вход блока выдачи рекомендаций 12 по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях соединен с центральным диспетчерским пунктом 7, входы первого 13 и второго 14 блоков управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ соединены с центральным диспетчерским пунктом 7, а выходы с первой 5 и второй 10 группами задатчиков концентраций загрязняющих веществ соответственно.
Система экологического мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона работает следующим образом.
Датчики замеров концентраций 1 загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения замеряют в непрерывном режиме концентрации загрязняющих веществ непосредственно из источников (труб) и передают данные замеров в первый блок моделирования 3. Также на первый блок моделирования 3 поступают текущие метеорологические данные от метеостанции 2.
На основе полученных исходных данных первый блок моделирования 3 определяет концентрации загрязняющих веществ именно в тех точках на территории промышленного региона, где территориально расположены датчики экологического контроля 4 состояния атмосферы промышленного региона.
Полученные значения блок моделирования 3 передает первой 15 группе блоков прогнозирования загрязнения атмосферы.
Группа датчиков экологического контроля 4 состояния атмосферы расположена на территории промышленного региона именно в тех точках, для которых проводится прогнозирование загрязнения воздуха первым блоком моделирования 3 и передает данные в центральный диспетчерский пункт 7.
На входы группы блоков сравнения 18 прогнозных и реальных значений загрязнения атмосферы поступают данные от группы датчиков экологического контроля 4 состояния атмосферы промышленного региона и первой 15 группы блоков прогнозирования загрязнения атмосферы, где производится сравнение расчетных (прогнозных) и реальных (замеренных) данных загрязнения атмосферы. В результате определяется рассогласование между реальными и расчетными данными, которые используются для коррекции на блоках первой 19 и второй 20 групп блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы.
Одновременно замеры группы датчиков экологического контроля 4 состояния атмосферы сравниваются на первой 22 группе блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы с предельно допустимыми концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, которые хранятся в группе задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы. В случае превышения предельно допустимых значений загрязнения атмосферы первая 22 группа блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений формирует сигнал предупреждения и передает в его центральный диспетчерский пункт 7 для принятия решений.
В случае приближения неблагоприятных метеорологических условий, способных привести к существенному повышению концентраций вредных веществ в атмосфере промышленного региона с многократным превышением предельно допустимых значений и нанесением вреда здоровья населению, центральный диспетчерский пункт 7 формирует команду выдачи прогнозных метеорологических данных через определенное время, устанавливаемое задатчиком времени 8.
По этой команде блок моделирования метеопараметров 9 выдает на второй блок моделирования 6 именно те метеорологические данные, которые прогнозируются через некоторое определенное время. Одновременно из центрального диспетчерского пункта 7 на первый 13 блок управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ подаются данные о прогнозных значениях выбросов загрязняющих веществ именно в этот период времени, которые помещаются в первую группу задатчиков 5 концентраций загрязняющих веществ.
На основе полученных данных второй блок моделирования 6 рассчитывает концентрации загрязняющих веществ и помещает прогнозные данные во вторую 16 группу блоков прогнозирования загрязнения атмосферы. Коррекция этих данных производится на основании рассогласования прогнозных и замеряемых значений в текущем времени и их экстраполирования первой 19 группой блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы. В результате достоверность прогнозируемых данных загрязнения атмосферы промышленного региона в случае приближения неблагоприятных метеорологических условий, способных привести к существенному повышению концентраций вредных веществ в атмосфере промышленного региона с многократным превышением предельно допустимых значений и нанесением вреда здоровья населению, повышается. Эти данные подаются в центральный диспетчерский пункт 7 для предупреждения возможных последствий и принятия мер к снижению выбросов в этот неблагоприятный период.
Данные первой 19 группы блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы сравниваются на второй 23 группе блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы со значениями предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, которые хранятся в группе задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы. В случае превышения прогнозируемыми данными предельно допустимых значений загрязнения атмосферы вторая 23 группа блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы предельно допустимых значений формирует сигнал предупреждения и передает в его центральный диспетчерский пункт 7 для принятия решений.
Для определения значений допустимых выбросов, не приводящих к существенному повышению концентраций вредных веществ в атмосфере промышленного региона и нанесения вреда здоровья населению, центральный диспетчерский пункт 7 формирует команду подбора значений допустимых выбросов по ингредиентам и предает на второй 14 блок управления задатчиками концентраций загрязняющих веществ. По этой команде вторая группа задатчиков 10 концентраций загрязняющих веществ от источников загрязнения производит варьирование параметров в допустимых технологических пределах.
На третий блок моделирования 11 поступают данные от второй группы задатчиков 10 концентраций загрязняющих веществ и блока моделирования метеопараметров 9 в неблагоприятных метеоусловиях. На основе полученных данных третий блок моделирования 11 рассчитывает концентрации загрязняющих веществ и помещает прогнозные данные в третью 17 группу блоков прогнозирования загрязнения атмосферы. Коррекция этих данных производится на основании рассогласования прогнозных и замеряемых значений в текущем времени и их экстраполирования второй 20 группой блоков коррекции прогнозных значений загрязнения атмосферы, что обеспечивает повышение достоверности прогнозируемых данных.
В результате в центральный диспетчерский пункт 7 поступают расчетные данные о значениях допустимых выбросов, не приводящих к существенному повышению концентраций вредных веществ в атмосфере промышленного региона и нанесения вреда здоровья населению в случае проявления неблагоприятных метеоусловиях. На основе этих данных центральный диспетчерский пункт 7 формирует и передает на блок выдачи рекомендаций 12 по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях значения допустимых загрязняющих выбросов именно при прогнозируемых неблагоприятных метеоусловий. На основе рекомендаций корректируется ход технологических процессов на производстве источников выбросов в допустимых технологических пределах для снижения выбросов в неблагоприятный период.
Данные второй 20 группы блоков коррекции прогнозных значений сравниваются на третьей 24 группе блоков фиксирования превышения загрязнения атмосферы со значениями предельно допустимых концентраций, которые хранятся в группе задатчиков 21 предельно допустимых значений загрязнения атмосферы, и в случае превышения передаются в центральный диспетчерский пункт 7.
Таким образом, система экологического мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы промышленного региона позволяет повысить точность оценки загрязнения атмосферы промышленного региона посредством коррекции прогнозных значений по текущим данным, что способствует получению объективной информации об экологической обстановке и повышению эффективности рекомендаций по снижению выбросов загрязняющих веществ с источников загрязнения при неблагоприятных метеорологических ситуациях.