СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПУТЕЙ ЭВАКУАЦИИ ПРИ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСАХ В АТМОСФЕРУ

Полезная модель относится к области экологии и метеорологии, в частности, к дистанционным методам экологического мониторинга и может найти применение при централизованном управления эвакуацией людей при техногенных катастрофах сопровождаемых вредными выбросами в атмосферу отравляющих веществ, концентрация которых может угрожать здоровью и жизни человека при его пребывании в зараженной этими веществами местности.
Активная деятельность человека направленная на ускоренное развитие технического прогресса в последнее время все чаще стала приводить к возникновению ситуаций связанных с ухудшением экологической обстановки в том или ином регионе. При этом могут возникать ситуации, когда пребывание человека в определенном районе становится не только вредным, но и опасным для его здоровья и даже представлять угрозу для жизни. В частности, такая обстановка может быть вызвана вредными выбросами в атмосферу при техногенных катастрофах отравляющих веществ, распространяющихся над землей и осаждающихся на ее поверхности.
Возникновение вышеназванных проблем привело к созданию различных способов и устройств контроля за выбросами отравляющих веществ в атмосферу с целью снижения риска для здоровья человека. Смотри, например, авторское свидетельство №1817859, а также патенты России №№2018156, 2047874, 2132606.
Наиболее близким к заявляемому является авторское свидетельство №1817859 (БИ №19, 1993 г.) Система, реализующая контроль за выбросами загрязняющих веществ в атмосферу включает датчики перемещения предельно допустимых значений контрольных параметров или индикаторы возникновения выброса отравляющих веществ, наземный пункт контроля за параметрами потенциального источника загрязнения и возникновения несанкционированного выброса, систему подготовки и запуска шаров-зондов, уравновешенные шары-зонды, шар- зонд с положительной плавучестью, аэрологический зонд, навигационную систему (НС), ретранслятор сигналов НС, датчик концентрации компонентов загрязняющей токсичной примеси, компьютер для расчетов координат группы шаров-зондов и других параметров, информационный дисплей для оперативного отображения текущих координат шаров-зондов, траектории, расчетных характеристик загрязнений.
С помощью вышеназванной системы производят наблюдение наземными следящими контролирующими средствами за контрольными параметрами источника выбросов, определяют момент выброса по
превышению предельно допустимых значений контрольных параметров и производят измерение метеорологических характеристик облака загрязняющих веществ, вычисляют высоты распространения контролируемых параметров загрязняющих веществ и маркируют облако загрязняющих веществ. После этого вновь измеряют метеопараметры атмосферы и повторно маркируют облако загрязняющих веществ, причем с момента выброса осуществляют слежение за его перемещением и обрабатывают результаты измерений. При этом первое и повторное маркирование облака загрязняющих веществ производят группами уравновешенных шаров-зондов, каждая из которых содержит не менее трех шаров-зондов. Причем при первом маркировании группы шаров-зондов запускают на высоты распространения контролируемых загрязняющих веществ. Между первым и повторным маркированием запускают шар-зонд с положительной плавучестью и определяют направление ветра на разных высотах. При повторном маркировании группы шаров-зондов запускают в слои с отличающимися направлениями движения воздушных масс. Координаты и скорости перемещения аров-зондов измеряют посредством системы определения координат, а при обработке результатов измерений учитывают координаты центра тяжести шаров-зондов и дисперсию входящих в группу шаров зондов относительно центра тяжести данной группы.
Недостатком данной системы является то, что она дает возможность контролировать и учитывать только условия переноса и рассеивания загрязняющих веществ, т.е. передвижение загрязненного облака и его параметры, но не учитываются удерживающие свойства подстилающей поверхности местности ожидаемого осаждения вредных веществ. Это достаточно существенный фактор для достоверного прогнозирования осаждения этих веществ (их концентрации в зонах жизнедеятельности человека) и их возможного негативного влияния на здоровье. Также отсутствует возможность определения оптимальных путей эвакуации населения и доведения этой информации до его сведения.
Технической задачей полезной модели является получение более точной и достоверной информации о прогнозируемом распространении вредных веществ, возникающих в результате техногенных катастроф вызывающих их выброс в атмосферу из разных источников одновременно и расширение функциональных возможностей системы, а именно получение возможности определения оптимальных путей эвакуации людей из этой местности, их оповещения об этом, и следовательно управления процессом эвакуации.
Указанная задача решается следующим образом. Система определения оптимальных путей эвакуации при вредных выбросах в атмосферу включает спутниковую навигационную систему и линию контроля за выбросами отравляющих веществ, состоящую из шаров-зондов с автономной установкой их запуска, ретранслятор координат шаров-зондов и получаемой
в них информации, приемник сигналов шаров-зондов, соединенный через конвертор с компьютером для расчета координат шаров-зондов и прогнозируемого распределении и концентрации вредных веществ при их осаждении. Эта система дополнительно содержит еще не менее чем одну такую же линию и компьютеры всех линий соединены сетевой системой с компьютером для определения оптимальных путей эвакуации, выработки и выдачи сигнала оповещения, установленным в штабе МЧС. Компьютер МЧС снабжен программно-вычислительным средством прогноза сценариев оседания загрязняющих веществ в многослойной среде с учетом природных факторов местности (геоинформационных данных местности, в частности данных о подстилающей поверхности с коэффициентами задержания загрязняющих веществ), связанным с программно-вычислительным средством построения прогнозной карты оседания загрязняющих веществ на местности от нескольких точек выброса и совмещения ее с картой транспортной системы района. Кроме этого в систему дополнительно включена связанная с компьютером МЧС сеть оповещения, а число линий в системе обусловлено числом потенциальных источников загрязнений атмосферы в каждом конкретном регионе.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность получения достоверного прогноза при нескольких потенциальных источников выброса загрязняющих веществ с учетом существенного дополнительного фактора при аварии - коэффициента удержания загрязняющих веществ подстилающей поверхностью, т.к. трава, кустарники, деревья - сухие или мокрые, водные поверхности, вспаханный грунт, асфальтовые покрытия, каменные строения и др. существенно отличаются своею поглощающей способностью. Кроме этого также получение возможности управления процессом эвакуации с учетом транспортных систем конкретной местности, что особо важно в случае аварии в зонах крупных населенных пунктов и городов с несколькими потенциальными источниками вредных выбросов.
На фиг.1 приведена блок-схема заявляемой системы (из двух линий).
1 - точка выброса загрязняющих веществ - предприятие, где произошла авария. 2 - область их распространения. 3 - автономная установка запуска шаров-зондов. 4 - один из шаров-зондов с передатчиком его координат (долготы, широты, высоты) и данных о скорости и направлении ветра в атмосферных слоях - 5, а 6 - приемник сигнала. 7 - спутниковая навигационная система. Приемник сигнала 6 соединен через конвертор 8 с компьютером - 9. 10 - слои многослойной атмосферы, а 11 - поверхность земли с различными типами подстилающих поверхностей. 12 - компьютер оперативного штаба МЧС с устройством передачи информации 13, а 14 - устройство приема информации узла оповещения населения 15 с компьютера МЧС 12.
Программно- вычислительные средства сценариев прогноза оседания загрязняющих веществ в многослойной среде с учетом природных факторов
местности и определения оптимальных путей эвакуации населения могут быть построены по известным принципам построения программно-вычислительных систем и включают в себя вычислительные средства и программное обеспечение (не показано) В качестве вычислительных средств могут быть использованы известные вычислительные машины, изготовленные с использованием процессора типа Pentium 1V. Программное обеспечение компьютеров 9, 13 включает в себя известное базовое программное обеспечение, обеспечивающее функционирование компьютера типа Windows, Mathcad, Mathlab, Photoshop, Internet Explorer, Microsoft Outlook и т.п., а компьютер 13 снабжен специальным программным обеспечением прогноза сценариев оседания загрязняющих веществ в многослойной среде (атмосфере) с учетом природных факторов местности (геоинформационных данных, в частности данных о подстилающей поверхности с коэффициентами задержания загрязняющих веществ), формирующим данные о полях распространения и оседания загрязняющих веществ. В качестве такого программного обеспечения может быть использована «Система расчета оседания загрязняющих веществ в многослойной среде с учетом подстилающей поверхности» (См. свидетельство об официальной регистрации программы ЭВМ №2004611392 по заявке №2004610822 от 12.04.04.) Эта система соединена с программно-вычислительным средством - стандартным графическим редактором любого типа, например Mathcad, Matlab, с помощью которого путем наложения данных о полях распространения и оседания загрязняющих веществ от каждой точки выброса формируется общая карта полей распространения и оседания загрязняющих веществ на данной местности. И с помощью такого же или аналогичного программно-вычислительного средства стандартного графического редактора, она совмещается путем наложения изображений с картой дорожных сетей местности. В результате возникает изображение в виде карты местности с дорожными сетями, с нанесенными на ней результирующими полями распространения загрязняющих веществ от всех точек выброса, из которой визуально определяется где и какой интенсивности предполагается осаждение вредных веществ и двигаясь по какой дороге, человек меньше всего подвергнется вредному воздействию. Эти данные через сеть оповещения передаются населению.
В случае аварии, сопровождаемой выбросом загрязняющих веществ, дежурный сотрудник предприятия 1, где произошел выброс, активирует систему определения области распространения загрязняющих веществ 2. Автономная система запуска шаров-зондов 3 в автономном режиме наполняет гелием шар-зонд 4, снабженный передатчиком координат и другой информации 5, который определяет координаты с помощью спутниковой навигационной системы 7. Сигнал от передатчика 5 поступает на приемник сигнала 6. Посредством конвертера передачи сигнала 8 данные о местонахождении шара-зонда 6 в пространстве многослойной атмосферы
10 загрязненной отравляющими веществами и ее параметрах поступают в компьютер 9 линии. В компьютере 9 формируется картина направления и скорости ветра в каждом слое атмосферы, а также траектории движения частиц отдельных веществ в слоях. Число получаемых слоев определяется различием их параметров - направлением и скоростью ветра. В результате формируется схема распространения и осаждения загрязняющих веществ из области 2
Полученная информация с компьютера 9 через сетевую систему передается на компьютер оперативного штаба МЧС 12 (где она суммируется от всех источников) и с учетом особенностей природных факторов местности с помощью программного обеспечения по свидетельству №2004611392 получается прогнозная карта распределения осевших загрязняющих веществ на конкретной местности с учетом их концентрации. Эта карта с помощью графического редактора накладывается на карту транспортной системы района. При этом в компьютер МЧС 12 может быть также введена информация о состоянии атмосферы после выброса отравляющих веществ и о метеоусловиях (сухая погода, дождь, снег, град и др.), которая уточняет и корректирует прогнозную карту распределения оседающих веществ. Компьютер МЧС 12 содержит также данные о степени влияния концентраций вредных веществ на человека. С учетом всех этих данных получается информация (в частности в виде карты) о наиболее оптимальных путях эвакуации людей из зараженной местности. Полученная в компьютере МЧС 12 информация через передающее устройство 13 поступает на принимающее устройство 14 узла оповещения населения 15, откуда транслируется по радио, телевидению, через громкоговорители и т.п.
В случае одновременного выброса загрязняющих веществ на нескольких предприятиях региона срабатывает сигнал от точки выброса 1 каждого предприятия и автономная система 3 каждой линии запускает шары-зонды 4. В результате включаются все линии, связанные с аварийными точками выброса, и все сведения о распространении и концентрации загрязняющих веществ от каждой точки выброса поступают в компьютер оперативного штаба МЧС 12. Там они суммируются и составляется общая картина прогнозируемых загрязнений окружающей местности с учетом нескольких источников выброса, и уже с ее учетом, аналогично вышеприведенному, определяются оптимальные пути эвакуации которые поступают на узел оповещения 15 и передаются.
Таким образом, используя предлагаемую систему, можно быстро и достоверно с учетом возможностей переноса частиц загрязняющих веществ в многослойной атмосфере получить не только достоверную картину распространения в ней загрязняющих веществ, но и их осаждения на земной поверхности, а следовательно, спрогнозировать ситуацию после выброса и выявить наименее опасные для человека пути эвакуации из аварийной зоны, чем значительно сократить его пребывание в опасных для здоровья условиях.