К о н ц е п ц и я создания информационной системы для мониторинга

и управления качеством атмосферного воздуха

(в рамках проекта ЕЭК ООН «Capacity Building for Air Quality Management and the Application of Clean Coal Combustion Technologies in Central Asia »)

Автор: профессор, д.т.н. С.В.Прокопчина

2

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРИНЦИПЫ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА. ................................................4

2. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА, АУДИТА И ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ, ПЕРЕРАБОТКЕ И СЖИГАНИИ УГЛЯ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ТЕРРИТОРИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ОБЪЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЯ. ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРИ СЖИГАНИИ УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА. ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ И ТИПИЗАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ В УГОЛЬНОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ. .......................................................................................................................9

3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ, ТРЕБОВАНИЯ И КРИТЕРИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОНИТОРИНГА, КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ И РИСКОВ. ПРИНЦИПЫ «17-С» РЕАЛИЗАЦИИ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМАМ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ТЕХНОГЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ, АКТИВНО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИМИ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ НА ОСНОВЕ СОБЛЮДЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ, ПРИРОДООХРАННЫХ КОНВЕНЦИЙ И ПРОТОКОЛОВ. ......................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА, АУДИТА И УПРАВЛЕНИЯ В УГОЛЬНОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ НА ОСНОВЕ РЕГУЛЯРИЗИРУЮЩЕГО БАЙЕСОВСКОГО ПОДХОДА. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ БАЙЕСОВСКИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. ......................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «ЭКОАНАЛИТИК» - БАЗОВАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ УГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА.. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СБОРА, ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ПЛАНИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА НА ОСНОВЕ БАЙЕСОВСКИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ .......................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

7. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ И НОРМАТИВЫ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЯ. ................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

8. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И СЖИГАНИИ УГЛЯ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА. .............ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

9. ПРОГРАММА ВНУТРЕННЕГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И АУДИТА И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ

3

ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКИ СОГЛАСНО ТРЕБОВАНИЯМ ISO 14000 И ЕВРОПЕЙСКИХ ДИРЕКТИВ «ИРМ-ЭКОЛОГ».................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

4

1. Введение. Современные принципы и тенденции развития энергетического угольного производства.

Основу энергетических балансов стран в настоящее время составляют органические

виды топлива. Каменные и бурые угли занимают значительное место среди этих видов топлива. Этот вид сырьевых ресурсов располагает всеми потенциальными возможностями для его дальнейшего освоения и использования, и особенно в странах СНГ, обладающих необходимыми объемами угля, развитой производственной базой добычи и переработки, исторически сложившимися торговыми связями и энергетическими коридорами. Так, например, в Российской Федерации балансовые запасы углей, на основе которых возможно строительство шахт, составляют сейчас 202 млрд. тонн, в том числе каменных – 99 млрд. тонн и бурых 103 млрд. тонн [1]. Уровень обеспеченности угольными ресурсами, под которыми понимается отношение балансовых запасов к объему добычи, значительно выше по сравнению с другими энергоресурсами используемого органического топлива. Этот показатель по углю составляет 870 лет, по природному газу – 77 лет, по нефти – 70 лет.

В странах Центральной Азии ведущее положение в сфере добычи и использования угля в энергетических целях занимает республика Казахстан. Центры добычи угля расположены в Экибастузском и Карагандинском угольном бассейнах. И хотя по данным [2] в настоящее время в республике наблюдается снижение добычи угля (с 127 млн. т. в 1992 году до 74.8 млн. т. в 2001 году), уголь по-прежнему занимает ведущее положение в экспорте республики и в потреблении его энергогенерирующими предприятиями. Теплоэлектростанции на твердом топливе вырабатывают 70% электроэнергии республики.

Значительное место занимает уголь в топливно-энергетическом комплексе республики Узбекистан. В связи с общим сокращение промышленного производства добыча угля в этой республике снизилась в 2.5 раза (с 6.5 до 2.5 млн. тонн). Однако в республике на этом твердом топливе функционирует мощная Ангренская ТЭЦ (250 Мвт) и планируется перевод ТЭЦ, работающих на природном газе, на уголь собственного производства.

Республика Кыргызстан обладает значительными разведанными запасами угля, но производство и использование этого вида топлива находится не на достаточном уровне, причем потребности в угле удовлетворяются за счет внешних поставок. Объем угольного производства снизился за период с 1992 по 2001 год в 5 раз [2]. Крупные ТЭЦ в виду убыточности собственного угольного производства переведены на мазут (Бишкекская ТЭЦ).

В республике Таджикистан уголь не имеет промышленного значения, используется в незначительном количестве, в основном мелкими котельными и населением.

Однако, удорожание мазута и природного газа ставит перед республиками Центральной Азии задачу развития собственного угольного производства, что отражается в перспективных планах развития их топливно-энерегетических комплексов. По прогнозам, приведенным в [2], доля угольных ТЭС в республике Узбекистан составит к 2020 году 71%, что соответствует мощности 11555 млн. кВт.

При всей привлекательности с экономической точки зрения угля как вида топлива, существуют сдерживающие угольное производство и использование угля обстоятельства.

В первую очередь к ним относятся экологические составляющие. Удельные выбросы загрязняющих веществ, вырабатывающихся при сжигании угля в качестве топлива в сотни и тысячи раз превышают те же показатели для природного газа, мазута и даже моторного топлива. Так, удельные выбросы твердых веществ для угля в 100-1000 превышают показатель для природного газа, в 300-3000 раз по оксиду азота, в 5-50 по углеводородам

[1, 2].

5

В сырьевой базе угольного производства значительная часть добываемых углей приходится на угли низкого качества, содержащие большое количество золы, влаги, серы и мелочи. Это оказывает воздействие не только на теплотехнические, технологические и экономические показатели, но и на степень негативного воздействия на окружающую среду. Сжигание углей, а низкого качества особенно, отрицательно влияет на экологическую обстановку в районах добычи угля, размещения энергетических установок, перерабатывающих предприятий (коксохимических, обогатительных, брикетирующих), жилищно-коммунальных хозяйств и других потребителей угольного топлива.Возникает негативное воздействие при утилизации и хранении отходов угольного производства.

При этом важным является вопрос трансграничного переноса загрязняющих веществ посредством воздушных и водных масс.

Одним из возможных путей решения этих вопросов является использование при сжигании угля так называемых «чистых» технологий, разработки и внедрения различных реагентов, обеспечивающих очистку сточных вод и дымовых газов от вредных выбросов. К числу таких технологий можно отнести следующие [1,2]:

1. Традиционные технологии: - обогащение угля; - скрубберная сероочистка.

2. Инновационные решения:

- перспективная очистка дымовых газов; - многоступенчатое сжигание с известняком; - топка предварительного сжигания со шлакоудалением; - топка с досжиганием газа; - водоугольная суспензия; - комбинированный парогазовый цикл с газификацией; - циркулирующий кипящий слой под давлением; - атмосферный (циркулирующий) кипящий слой

Современный технический потенциал угольной промышленности представлен

новыми технологиями по облагораживанию, переработке в различные виды продукции топливного и нетопливного назначения. Их можно объединить в три группы [1,2]:

- технологии, обеспечивающие производство продукции с новыми

потребительскими свойствами, а именно технологии коксования, ожижения углей с целью получения моторного топлива, газификацию углей в наземных генераторах и в первую очередь высокосернистых углей с целью производства газа, очищенного от серы и пыли и используемого в качестве энергетического топлива;

- технологии, обеспечивающие повышение качества угольной продукции,

к числу которых относятся технологии брикетирования, термобрикетирования и гранулирования, термического обогащения облагораживания углей по влаге; на их основе получения твердого угольного топлива;

- технологии, обеспечивающие переработку углей и утилизацию отходов в продукцию нетопливного назначения (горный воск, гуминовые стимуляторы роста сельскохозяйственных растений, адсорбенты для очистки сточных вод и дымовых газов, строительные и другие материалы из отходов угольного производства).

6

Конкретные примеры чистых технологий подробно рассмотрены в литературе, например [1,2] и цитируемых в них литературных источниках. Дополнительная информация, поясняющая суть чистых угольных технологий, цитирована из [1, 2] и приведена в Приложении 2, поэтому в основном тексте не приводится. Реализация указанных выше технологий и процессов, обеспечивающих рациональное использование органической и минеральной части углей и повышение экологичности угольного производства связана со значительными расходами капитальных текущих затрат, которые можно оптимизировать только при определении конкретных объектов, ситуаций и условий модернизации производства.

Эффективным средством оптимизации финансовых затрат является применение новых технологий разработки программ для модернизации производства и разработки инвестиционных проектов на базе информационных технологий и систем. Такие системы имеют средства автоматизации расчетов, оценки конкретных производственных ситуаций, картирования рисков и потенциалов развития производства, многокритериального выбора перспективных инновационных технологий, составления эффективных бизнес- планов, ориентированных на специфику объектов инвестирования и конкретных инвестиционных и инновационных предложений, моделирование сценариев реализации инвестиционных мероприятий. Методологические основы построения, примеры реализации и применения таких систем приводятся, например, в [5-7].

Однако не только технологический подход способствует повышению экологичности угольной энергетики и производства. Важную роль играют факторы повышения эффективности организации и контроля качества производства, экологического контроля и управления охраной окружающей среды на предприятии и территориях угольной промышленности, квалификации персонала и другие направления совершенствования производства. В ряде работ отмечается, что потери энергопродукции из-за неорганизованности производства, отсутствия учета документов и документооборота, нехватки профессиональных знаний, субъективного искажения информации и других административных недоработок могут составлять от 20 до 35%.

Кроме того, информация, используемая при выработке управленческих решений, как правило, является неточной, неполной, нечеткой, представленной в разнообразных формах, на различных носителях, разнесенной во времени и географическом пространстве и несогласованной по показателям. Например, разброс в оценках показателей удельных выбросов загрязняющих веществ при сжигании угля может быть весьма значительным. В качестве примера [1] приведем разбросы загрязняющих веществ в кг/т топлива:

- твердые вещества от 1 до 100, углеводороды от 0.1 до 1.2; оксид азота от 5 до 20;оксид серы от 10 до 90, что зависит как от качества самого угля, так и от методов и средств измерения показателей. Очевидно, что расчетные оценки показателей производственной и экологической ситуации при таких разбросах в исходной информации могут очень сильно отличаться от реальных. Такие задачи могут решаться только на основе специально разработанных информационных технологий и систем, предназначенных для работы в условиях информационной неопределенности и рисков.

Поэтому информатизация является необходимым условием развития угольной промышленности и энергетики, а организация информационных служб и центров на предприятиях и в контролирующих территориальных организациях должна иметь плановый и целенаправленный характер.

Современные международные инициативы, документы и программы (проект ЭЕК ООН «Энергетическая эффективность- 21», Киотский протокол и другие) имеют ярко выраженный интеграционный характер, направленный на сбалансированное развитие энергоэффективной экономики и охрану окружающей среды. В рамках этих требований и задач схема эффективного и сбалансированного развития угольного производства и энергетики на основе взаимодействия указанных выше направлений может быть проиллюстрирована в виде рисунка 1.

7

Рис. 1. Концептуальная схема реализации интегрированной системы управления

предприятием, производящим или использующим угольную продукцию на основе международных стандартов

Таким образом, повышение экологичности угольного производства, под

которым в широком смысле понимается комплекс предприятий добычи, переработки и использования (в частности, сжигания) угля, должно основываться на развитии следующих направлений:

8

- применение чистых технологий добычи, переработки и сжигания угля; - эффективное использование угля с целью снижения объемов его потребления, - управление качеством угольного производства на основе стандартов серии

ISO 9000; - эффективное управление угольным производством и потреблением угольной

продукции; - энергосбережение и энергоэффективные технологии на основе

энергомониторинга и энергоаудита как в сфере производства, так и в сфере потребления угольной продукции;

- оптимизация выбора инновационных технологий и финансовых затрат на их реализацию;

- разработка эффективных инвестиционных проектов ; - тренинг и переквалификация персонала, совмещенные с экологическим

обучением; - организация экологических служб и систем управления охраной окружающей

среды на предприятиях угольной промышленности, в сфере угольной энергетики, на территориях угольного производства и сопредельных с ними регионах на основе стандартов серии ISO 14000;

- информатизация всех этапов производства и потребления угольной продукции на основе перспективных информационных технологий и систем

В концепции предложена методологическая основа и практическая реализация

информационной системы, построенной в соответствии с сформулированными принципами.

Отдельные разделы концепции содержат информацию по направлениям информатизации деятельности угольного предприятия на основе требований международных стандартов и документов средствами перспективных информационных технологий.

9

2. Концептуальная постановка задачи создания информационной управляющей сети для мониторинга, аудита и поддержки принятия управленческих решений при добыче, переработке и сжигании угля. Принципы построения распределенной системы управления качеством атмосферного воздуха для территорий, содержащих объекты производства и использования угля. Принципы реализации информационно-аналитической измерительной системы для контроля качества атмосферного воздуха при сжигании угольного топлива. Инвентаризация и типизация источников и потребителей информации в угольном энергетическом производстве.

Построение информационно-аналитической системы мониторинга и управления

качеством атмосферного воздуха угольной энергетики должно основываться на методологическом базисе систем управления в условиях рисков и неопределенности и информационных технологиях интеллектуального типа, предназначенных для работы со всеми типами информации, в том числе и неточной, неполной, нечеткой, представленной как в форме данных, так и в виде разнообразных знаний.

В классической постановке процесс управления сложным объектом в условиях неопределенности разбивается на три основных подзадачи:

1. Задача оценки свойств и состояний объекта и среды его функционирования

в реальных условиях на основе поступающей в режиме мониторинга информации (задача мониторинга).

2. Задача контроля параметров объектов и среды на соответствие нормам, критериям, стандартам в рамках требований и ограничений (задача аудита).

3. Задача выработки управляющих (в данном случае управленческих) решений и их реализации с последующей проверкой эффективности реализации рекомендаций.

В рамках данного проекта, учитывая его межнациональную значимость и

интеграционный характер, а также широкий спектр решаемых задач (от энергетических до экологических, социально-экономических и инвестиционных) контур системы управления должен охватывать все этапы добычи, переработки, сжигания угля различными группами потребителей (крупные ТЭС, малые и средние котельные, население и др.) и утилизации отходов этих производств. Только такая схема среды мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха действительно позволит произвести достоверные оценки влияния на окружающую среду, конкретизировать и оценить производственную, экологическую и экономическую ситуации и инвестиционную привлекательность объекта, разработать оптимальные бизнес-планы, реально оптимизировать финансовые и производственные затраты на переоборудование производства продуктов и энергии в рамках разработанных инвестиционных проектов.

При этом процесс мониторинга воздушной среды промышленного региона добычи, переработки или использования угля может быть представлен как один из процессов реализации жизненного цикла угольной продукции. В рамках требований международных стандартов серии ISO 9000 он может быть рассмотрен как вспомогательный, а в рамках стандартов ISO 14000 как основной.

Как отдельные подсистемы этой сложной системы могут выступать добывающие, перерабатывающие, энергогенерирующие и потребляющие энергию объекты и субъекты данного природно-хозяйственного комплекса.

10

На рисунке 2 представлена комплексная схема реализации мониторинга и управления качеством воздушной среды региона угольной промышленности.

Рисунок 2. Комплексная схема реализации мониторинга и управления качеством

воздушной среды региона угольной промышленности. Согласно действующей на территории стран Центральной Азии нормативно-

методической базе (в частности, методики ОНД-86) задача оценки качества воздуха разделяется на три основных задачи: оценка выбросов в газоходах, оценка воздушной среды рабочих зон; оценка воздушной среды территории. Задачи оценки выбросов и контроля состояния рабочих зон целесообразно решать, используя постоянно действующее, закрепленное за объектами измерительное оборудование (газоанализаторы, счетчики, метеодатчики и другие регистрирующие сенсорные устройства), а также оборудование для контроля состояния других сред потребляемых природных ресурсов (например, измерители физических параметров водных смесей и токсичности отходов (расходомеры, биотестеры и другие). В задаче мониторинга состояния воздушной среды атмосферного воздуха необходимо дополнить эти измерительные системы и приборы передвижными источниками информации (передвижной экологической лабораторией), что позволить активизировать измерительный эксперимент мониторинга, оптимизировать задачу мониторинга в соответствии с конкретными условиями времени и места сбора информации.

Все основные функции по сбору, интеграции, аналитической обработке информации, а также формирования выводов, рекомендаций, программ деятельности реализуются в центральном блоке интеллектуального энергетического.центра.

В целом распределенная информационно-аналитическая система (РИАС) может быть представлена как энергоинформационная и экологическая сеть с передвижными и постоянными источниками энерго- и экоинформации и управления экологической безопасностью производства угля и его использования в энергетических целях.

11

Очистка угля Гидрогенизация Удаление азота

Удаление СО2

Удаление серы

Удаление пыли

УГОЛЬ

Измерительные б

SO2

H2SNOx

CO

Мониторинг воздуха рабочей

зоныПерспективные технологии

Газификация

Измерительные приборы

Измерительные приборы контроля

1

Базовый сервер РИАС

1

1

1

Рис. 3 Концептуальная схема мониторинга состояния атмосферного воздуха в процессе сжигания

CO2

Выбросы в газоходах

Пылемер

Газоанализаторы

ПЭЛ

Моделирование трансграничных переносов

Мониторин

Мониторинг состояния атмосферного воздуха

территории

II

Расчет выбросов парниковых

газов

Расчет полей трансграничных

переносов

12

Для мониторинга воздушной среды и управления качеством воздуха при сжигании угля в котельных или других энергетических предприятиях предлагается распределенная информационно-аналитическая система, схема которой приведена на рисунке 3.

В целом обобщенная информационная технология мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха при сжигании угля представлена на рисунке 4. и состоит из следующих семи основных этапов: подготовительного, измерительного, расчетно-аналитического, аудиторского (контролирующего), принятия управленческих решений, реализации рекомендаций и управленческих решений и проверки их эффективности.

Подготовительный этап имеет очень важное значение в реализации процесса мониторинга и принятия управленческих решений в условиях рисков и неопределенностей, характерных для данной задачи. На этом этапе производится формирование базисной информационной основы и инфраструктуры для решения задач проекта. В состав программно-аппаратных средств входят измерительные приборы и устройства, компьютерная и оргтехника, средства телекоммуникаций и каналов связи.

Программная реализация информационных технологий предусматривает создание разнообразных баз данных и знаний, связанных между собой и вычислительными модулями. Выделяются три основных блока таких баз: базы прикладных и измерительных данных и знаний, базы данных и знаний информационных технологий. Разработка и наполнение баз данных и, что особенно важно, баз знаний позволяют снизить риск принятия неверных управленческих решений и нежелательных производственных и экологических ситуаций, прогнозировать процессы и ситуации, реализовывать сценарные подходы и тренинговые сессии для специалистов-энергетиков.

Измерительные базы данных и знаний могут быть объединены с нормативно-справочными и критериальными базами, которые содержат информацию о характеристках измерительных приборов, нормативах и стандартах, требованиях и ограничениях решаемых задач, нормативно-правовых и нормативно-методических документах (расчетных методиках, рекомендациях, директивах).

Прикладные базы данных и знаний содержат априорную и поступающую информацию о свойствах и процессах в системах объектов мониторинга и среды его функционирования, меняющихся внешних условиях и ситуациях, влияющих факторах, видах информации, взаимосвязях факторов и объектов, теоретических моделях функционирования объектов, технологиях производств, экономических моделях и стратегиях, бизнес-процессах в производственной среде, а также многое другое, непосредственно или косвенно связанное с прикладной задачей проекта и основным объектом задачи.

Базы информационных технологий обеспечивают непрерывное совершенствование, повышение эффективности, адаптивности к свойствам объекта и среды, а также качества информационных решений. Они содержат мета-технологии для генерации новых программных модулей, средства разработки приложений, разнообразные электронные библиотеки готовых прикладных программ, интерфейсы и модули дистанционной связи с другими информационными системами и другие информационно-технологические модули, в целом обеспечивающие реализацию требований, предъявляемых к информационным системам прикладными задачами.

В последующих разделах концепции данные вопросы будут рассмотрены подробнее. На рисунке 4 приведены виды источников информации для пополнения всех видов

информационных баз, рассмотренных выше.

13

Рис. 4. Обобщенная информационная технология мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха

при сжигании угля.

Продолжение управления объектом …

Базы данных и знанийизмерительных приборов инормативно-критериальная база

Базы данных и знаний информационныхтехнологий

Обновление данных и знаний; генерация управленческих

Расчетные методики

Измерительные приборы

Нормативы, стандарты

Базы данных и знаний объектовуправления и окружающей среды

Данные энергогенерирующих организаций

Бизнес-планы инвест. проектов

Чистые угольные технологии

h1 h2 hi hn

ДСИ

СД

СДО

ДКАС

ГИСД

ЭДЗ

Аудит эффективностикорректирующих решений

ТМ

ЭМ

ИМ

РМ

ИД

Mx1 Mxi Mxn

1 2 3

Внешняя информационная среда

Внешняя информационная среда

ДЭТ

ВАИ

Практическая реализация решений

да

стоп

нет

1 Оценка качества и эффективности

управленческих решений и сценариев

1

14

Аббревиатура, которой обозначены источники информации: ДСИ – данные средств

измерений, ЭДЗ – экспертные данные и знания, СДО - статистические данные отчетности, ГИСД – картографические, ВАИ - видео- и аудиоинформация, данные геоинформационных систем, ДКАС –данные космических и аэроснимков, ДЭТ – данные электронных таблиц, передаваемых в систему из других информационных систем по каналам дистанционной связи, ИД – данные, получаемые из ИНТЕРНЕТ, СД- справочные данные, ТМ- теоретические модели, ЭМ- экспериментальные модели, ИМ – имитационные модели, РМ-расчетные модели и другие источники.

В качестве потребителей решений ИАС могут выступать организации и лица,

принимающие управленческие решения, а именно: министерства указанных профилей деятельности, агентства по охране окружающей среды, предприятия, частные лица- потребители энергии, инвесторы и другие или поставляющие и использующие дополнительные знания и данные (научные и образовательные учреждения), что отражено на рисунке 5. Поэтому обязательна реализация открытой системы передачи информации в рамках ее допустимого для общественности уровня использования средствами Интернет и средств массовой информации.

Схема организации распределенной информационно-аналитической системы (РИАС) для мониторинга и управления качеством воздушной среды для предприятий, производящих и использующих угольную продукцию в совокупности источниками информации, лицами и организациями – потребителями информации, принимающими управленческие решения в масштабе республики, приведена на рисунке 5.

В функции такой системы входит мониторинг за производством и использованием угольного топлива, аудит его качества, экологичности, эффективности на основе международных и национальных стандартов и требований, оценка энергетической и экологической ситуаций, степени их безопасности и оценка рисков, а также выработка управленческих решений по обеспечению рационального производства и использования энергоресурсов и управления охраной воздушной среды.

Все компоненты РИАС имеют геоинформационную основу для двух широко применяемых ГИС (ArcGIS, MapInfo), а также мощную аналитическую базу в виде распределенного комплекса «Экоаналитик», способную обеспечить решение вышеуказанных задач проекта.

Методологические, информационно-технологические и практические вопросы. Связанные с реализацией ИАС в рамках данного проекта приводятся далее в разделах концепции. Пример для предприятия как объекта комплексной схемы РИАС подробно освещен в соответствующих разделах концепции. В основном тексте концепции и Приложениях приведены иллюстрации возможностей РИАС для решения региональных задач управления экологическим состоянием угольного производства и качеством воздушной среды на основе международных требований и стандартов.

Важнейшим преимуществом данной комплексной схемы реализации системы мониторинга и управления качеством воздушной среды является обеспечиваемая при таком подходе реальная возможность разработки детальных, экономически обоснованных инвестиционных проектов и бизнес-планов, так как при таком подходе можно рассчитать все показатели эффективности и оптимальности бизнес-плана (цены, ресурсные затраты, транспортные пути, характеристики поставщиков, сроки окупаемости, риски, маркетинговые перспективы и другие), базируясь на полной и достоверной информации, выводах и рекомендациях, предоставляемой аналитической системой, которая содержит блок разработки бизнес планов и всю информацию об объектах и субъектах схемы 2.

15

Предприятия угольной промышленности

Научные учреждения и вузы

Рис.5 Схема организации распределенной информационно-аналитической системы

(РИАС) для мониторинга и управления качеством воздушной среды для предприятий, производящих и использующих угольную продукцию.

Энергогенери-рующее

предприятие

Министерство энерегетики республики

Энергетические центры республик

Первая очередьВторая очередь

Энергетический центр республики

EMEP

16

Энергетические центры республик, созданные в рамках проекта «Рациональное и

эффективное использование энергетических и водных ресурсов стран Центральной Азии» (в рамках Программы СПЕКА) должны иметь связь друг с другом для обмена информацией по опыту работы и выполнения интегрированных проектов.

В рамках информационного блока указанного проекта был разработан сайт для отражения результатов работы энергетических и водных центров (см. рис.6). Он может быть использован в настоящем проекте для активного обмена информацией и в тренинговых целях. Дополненный сайт необходимо связать с сайтом ЕЭК ООН, который содержит информацию о данном проекте.

Программа обучения должна быть разработана специально для данного проекта и базироваться на изучении основных функций и технологий решения прикладных задач проекта, умении их квалифицированно ставить и решать средствами информационно-аналитической системы. Кроме того, программа обучения должна учитывать опыт и наработки программ обучения, реализованных в рамках проекта «Рациональное и эффективное использование энергетических и водных ресурсов стран Центральной Азии». и предусмотреть обучение на базе ранее созданных (в рамках Программы СПЕКА) центрах.

Рис. 6. Пример страницы фотогалереи тренинговой сессии сайта энергетических центров

17

3. Основные принципы создания информационных систем, требования и критерии для решения задач мониторинга, контроля и управления сложными энергетическими системами в условиях неопределенности и рисков. Принципы «17-С» реализации требований к системам мониторинга и управления сложными техногенными объектами, активно взаимодействующими с внешней средой на основе соблюдения международных стандартов, природоохранных конвенций и протоколов.

Принципы «17-С» реализации требований к системам мониторинга и управления

сложными техногенными объектами, активно взаимодействующими с внешней средой на основе соблюдения международных стандартов, природоохранных конвенций и протоколов.

Одна из основных актуальных задач, без решения которой все представленные выше идеи останутся на уровне предложений, состоит в создании мощного инструментария, реализующего механизмы решения производственных задач и международных программ и инициатив.

Такой инструментарий может быть реализован в виде интеллектуальной информационной распределенной системы и построен на базе унифицированного методологического подхода, базирующегося на перспективных информационных технологиях и новейшем компьютерном оборудовании.

С методологической точки зрения для полномасштабной реализации комплексной схемы, приведенной выше, информационная сеть должна удовлетворять семнадцати основных принципов создания информационных систем нового поколения для указанных выше приложений. (17-С).

К числу принципов построения нового поколения информационных систем относятся следующие:

1. Сущность.

Принцип выделения существенных задач, целей, объектов, требований, ограничений, критериев, источников и потребителей информации для создаваемой информационной технологии. В условиях гомоморфизма модельных представлений принцип позволяет сосредоточиться на главном направлении во всех этих вопросах, ведущим к решению основной задачи информационной технологии. Обеспечивает контроль существования решения задачи в ее реализуемой постановке и условиях решения. Определяет тип и подходы к решению задачи и методологическую основу построения информационных технологий.

2. Сложность.

Принцип определяет необходимость рассмотрения реальных объектов, процессов, ситуаций в энергетике, экономике, охране окружающей среды, рациональном природопользовании, экологии, как сложных объектов, систем и процессов моделирования в условиях значительной информационной неопределенности и рисков. Поэтому эффективными методологическими подходами для создания информационных технологий являются подходы связанные с получением и преобразованием различных неточных, неполных, нечетких данных и знаний, таких как вероятностно-статистический, нечетких множеств, теории искусственного интеллекта, теорий мягких вычислений, интеллектуальных измерений (в частности, мягких измерений), а также их интеграций (регуляризирующий байесовский подход).

В настоящее время разработаны многочисленные и разнотипные информационные технологии на основе этих подходов, которые нуждаются в систематизации и определения степени их эффективности для решения указанных выше прикладных задач.

18

3. Системность. Этот принцип предопределяет иерархичность модельных представлений структур

объектов, их свойств, процессов и среды их функционирования. На основе общей теории систем, теоретико-множественного подхода и их модификаций сложные системы в задачах мониторинга, контроля и управления представляются в виде структурно-организованных модулей, что позволяет значительно упростить понимание их функционирования в реальности и управления информационными процессами. С этим принципом связано понятие классификационных систем и шкал.

Принцип особенно важен для организации интеллектуальных информационных технологий, продукцией которых являются знания в виде управленческих решений, а технологическими процессами - процессы познания. Этот принцип используется для формирования оптимального набора контролируемых объектов, факторов, процессов, свойств в конкретных информационных технологиях.

4. Связанность.

«Все связано со всем» Это один из фундаментальных законов, в частности, теоретической экологии. Поэтому данный принцип ставит особый акцент на оптимальном выборе и реализации систем отношений между объектами, их свойствами, а также между свойствами среды функционирования сложных объектов, и взаимосвязь их со свойствами объекта. Реализация принципа создает основу для выявления влияющих факторов, их весов, для учета априорной информации и ее наследования и использования в получаемых решениях, построения прогнозных моделей и сценариев развития событий.

5. Сопряженность

Данный принцип является важнейшим для реализации информационной технологии как целостного объекта. Он позволяет создавать реально управляемую информационную технологию в виде взаимосвязанных (сопряженных друг с другом по принципу «вход-выход») последовательных этапов информационно-технологического процесса. В информационных технологиях, основанных на принципах теории измерений, этот принцип реализован в виде принципа «единства измерений», обеспечивающего процессы взаимоувязки и передачи шкалированных значений измеряемых величин. При реализации в рамках методологии создания информационных технологий этого принципа становится возможным метрологический синтез и оптимизация информационного процесса, аудит качества и рисков решений и управление ими.

6. Сопоставимость.

Принцип определяет необходимость обеспечения сопоставимости информационных единиц представлений данных и знаний, нормативов и критериев через системы универсальных единиц, шкал, шаблонов элементов для указанных категорий. Это позволяет разрабатывать информационные технологии для задач измерений, контроля, нормирования, аудита и управления.

7. Синергизм

Соблюдение принципа синергизма обеспечивает методологическую основу для интеграция разнородных потоков данных и знаний, методик, технологий. Этот принцип обусловливает эффективность открытых систем. Эффект синергизма проявляется не только в интеграции потоков данных и знаний о параметрах на этой основе пополнения информационной базы и улучшение информационной ситуации в смысле снятия некоторой неопределенности, но и интеграцию информации от субъективных и объективных источников, например, лица, принимающего решения, экспертов и измерительных устройств. Принцип синергизма, реализуемый в виде интегрирующих свойств

19

информационных технологий – основа реализации процесса познания и является базовым в интеллектуальных технологиях.

8.Сбалансированность.

Гармоничность развития методологической базы, модельных представлений, структуры и функций информационных технологий и их эффективности, сложности, полезности, стоимости, востребованности, рентабельности, перспективности.

9.Согласованность.

Принцип согласованности определяет необходимость введения единых мер и метрик, систем единиц и шкалы представления свойств объектов, методик метрологической аттестации источников информации, непротиворечивость целей, требований, ограничений и критериев задач.

10. Сходимость.

Принцип сходимости результатов решений информационных технологий связан с оценкой устойчивость получаемых решений как решений некорректных задач оценивания, моделирования, прогнозирования свойств, состояний, ситуаций и их взаимосвязей по неполным, неточным экспериментальным и опытным данным и знаниям. Принцип связан прежде всего с контролем и управлением качеством риском и эффективностью решений.

11. Синхронизированность.

Актуальность данных и методик и их актуализация, организация сетевых технологий, распределенных и параллельных информационно-технологических процессов, следование плану и планирование информационного эксперимента, планирование информационно-технологического процесса, составление и реализация расписания работ и этапов информационных технологий, сетевое планирование, управление технологиями и процессами восстановление отсутствующих данных и знаний, событий и ситуаций, построение динамических, ретроспективных, прогнозных моделей базируются на соблюдении принципа синхронизированности информационных технологий.

12. Скоординированность.

Принцип скоординированности понимается здесь в буквальном смысле как реализация топографической основы технологий в географическом или факторном пространстве. По сути он является основой геоинформационных технологий, обеспечивая распределенность решений или информационных технологий в пространстве информационных объектов и единиц.

13. Смежность.

Междисциплинарность баз знаний, интеграция информационных технологий, методик, готовых решений прикладных сфер, интеграция их в электронные библиотеки и тренинговые подсистемы для решения задач в рамках таких концепций как концепция данного проекта.

14. Стандартизированность.

Соблюдение международных стандартов и требований при разработке и тестировании информационных технологий и программных продуктов на их основе.

Сертификация процесса производства информационных технологий и их самих на соответствие стандартам ISO 9000, а также специальным стандартам, таким как CSM, Ticket и другим.

Для прикладных задач данного проекта, которые решаются на базе информационных технологий, этот принцип определяет необходимость привлечения в критериальную базу

20

решений информации международных стандартов, директив, рекомендаций, российских нормативно-методических, информационно-технологических и прикладных сертифицированных руководящих материалов, обеспечение нормативно-правовой основы построения и эксплуатации информационных технологий.

При соблюдении принципа повышается эффективность управления созданием технологий, обеспечивается управление качеством решений, затратами, ресурсами, снижение рисков.

15. Специфицированность.

Отражение специфичности задач, целей, объектов, процессов, критериев, подходов. Реализация процесса адаптивности, быстрого реагирования на изменение информационной ситуации, ускорение процесса разработки конечного продукта за счет настройки шаблонов, переход к уникальности информационной технологии, ориентированной на объект, пользователя, задачу.

16. Семантичность

Принцип определяет приоритет смыслового содержания решения и эффективность путей его углубления за счет наглядной интерпретируемости решений, когнитивности, иллюстративности полезности для пользователя, вовлечения творческого подхода и активизации образного мышления пользователя. В процессе этого повышается смысловая нагрузка решений.

17. Совершенствование.

Принцип предусматривает необходимость непрерывного улучшения и повышения эффективности информационных технологий в процессе их создания и эксплуатации.

Он предполагает предупреждающие и корректирующие действия при создании и управлении информационными технологиями, разработку тренинговых подсистем, непрерывный контроль и управление с обратной связью о полученных результатах реализации рекомендованных управленческих мероприятий по развитию и адаптации информационных технологий.

В рамках этого принципа особенно актуальным является создание развивающихся информационных технологий [5-7].

Информационно-технологические требования к архитектуре и функциональной

поддержке распределенной ИАС являются:

• Формирование единого информационного поля для решения общих задач. • Создание актуальных баз данных. • Создание и использование пространственно распределённых банков данных. • Гибкость системы с возможностью построения новых принципов, обработок и

создания новых баз данных. • Быстрое реагирование и выдача сведений по индивидуальным запросам

региональных отделений. • Доступность информационных ресурсов для пользователя. • Защита информации и интеллектуальной собственности от

несанкционированного доступа. • Защита внутренних информационных модулей региональных центров и

структуры в целом от несанкционированного доступа

21

4. Математическая формулировка задачи создания информационной управляющей системы для мониторинга, аудита и управления в угольном энергетическом производстве на основе регуляризирующего байесовского подхода. Метрологическое обоснование управленческих решений на основе байесовских интеллектуальных технологий.

В условиях вышеуказанной неопределенности методологической основой для создания

моделей объектов концептуальной схемы (рис.2) может служить регуляризирующий байесовский подход (РБП). Его преимущества состоят в его способности обеспечивать получение устойчивых оценок и моделей в условиях малых выборок, разнотипной информации, значительной неточности данных и нечеткости знаний об объекте управления (ОУ), условиях управления (УУ) и внешней среде. Как правило, в задачах математического моделирования сложных систем априорных знаний недостаточно, и привлекают имеющиеся экспериментальные сведения и данные. В математической постановке задачи моделирования ОУ, УУ и среды, как и всего процесса принятия решений следует рассматривать как некорректные обратные задачи восстановления модельной зависимости по экспериментальным данным, требующие применения регуляризирующих схем для обеспечения сходимости и устойчивости их решений. Регуляризирующие свойства РБП обеспечиваются введением математического аппарата создания, преобразования и передачи шкал с динамическими ограничениями (ШДО), на которых происходит получение, хранение, преобразование, передача и интерпретация данных и знаний, необходимых для формирования моделей ОУ, УУ и среды. Причем, с каждой новой порцией информации происходит преобразование и интеграция ее на соответствующих ШДО, и модели уточняются. Таким образом, в результате подобных преобразований на ШДО в качестве решений могут быть получены оценки состояния, решения о соответствии критериям, модельные представления процессов и ситуаций, выводы, рекомендации, таблицы и карты риска.

Первоочередным и одним из самых сложных вопросов является создание модели контролируемого объекта. Основными факторами, учитываемыми в модели экологического мониторинга, являются производственные (Sа), природные (Sb) и социальные (Sс) факторы энергосистемы региона при наличии обобщенного списка ограничений {O}. К числу ограничений по управлению могут быть отнесены ограничения из-за противодействия других компонентов энергосистемы региона, существующих законодательств, ресурсно-технико-экономических и пространственно-временных ограничений.

В данной концепции для создания методологической и информационно-технологической платформ ИАС предлагаются возможности регуляризирующего байесовского подхода (РБП) и технологий на его основе.

Отличительной стороной методологии на основе РБП, является ее обобщающая индуктивно-дедуктивная логика, которая позволяет рассматривать объект в системе среды его функционирования, активно взаимодействующей и развивающейся вместе с объектом, что обеспечивает отражение всей совокупности свойств такой сложной экосистемы, какой является производственно – территориальный комплекс проекта.

Схема принятия решений на основе методологии РБП является обобщением четких схем принятия решений и правил логического вывода, а также технологий, построенных на их основе, давая возможность получения управляющих решений при недостоверных, неполных, неточных априорных или поступающих в процессе измерений данных и информации. Причем технологии РБП, называемые байесовскими интеллектуальными технологиями (БИТ), обеспечивают автоматический контроль достоверности и точности данных, а также адекватности знаний (в частности, моделей на основе формализмов

22

метрологии БИИ). В практическом воплощении это комплексы метрологических характеристик данных и знаний.

Важным свойством методологии БИТ является возможность обобщения информации на основе структур сопряженных лингвистических шкал, различной информации, представленной в разнообразной форме: числовой, семантической, аналитической, графической, лингвистической.

Предложенная методология БИИ и конкретные методики и алгоритмы на ее основе позволяют разрабатывать информационные технологии решения задач мониторинга сложных объектов и принятия управленческих решений, гарантирующих получение результатов с требуемым качеством на основании всего объема априорных сведений об объекте и среде его функционирования и отличающихся своей полнотой, объективностью и оптимальностью в конкретных условиях мониторинга и природопользования при значительной априорной неопределенности.

Пусть S – модель сложного объекта, в данном проекте – модель предприятия из

комплексной схемы рис.2., представленного в рамках методологии РБП в виде сопряженных шкал (гиперкуба),где Ij – число моделируемых свойств объектов, J- число объектов (предприятий и организаци й, а также техногенных объектов, таких как линии передач электроэнергии, тепла, горячей воды, транспортных путей доставки угля и др.)

S = { si*j }, i=1,….Ij, j = 1,….J (4.1) Условно адекватная модель энергосистемы с учетом указанных факторов на основе

методологии байесовских интеллектуальных технологий (БИТ) может быть записана в виде: SЭl = Sal * Sbl * Scl {OЭl} (4.2) где * - символ композиции (аналогичный действию соединения в реляционной алгебре). Символ l обозначает временную зависимость SЭl = SЭ при t = tl. Эта модель может быть записана в виде совокупного результата БИТ: {SЭ {MX}l}l = {argmin C [ Эl ({x}l yl)]}; (4.3) где Э - алгоритм решения задачи формирования управленческих рекомендаций; yl - условие реализации уравнения (4.3). Основные требования к модели определяются свойствами самого природного объекта. Иерархичность структуры модели в соответствии с уровнями иерархии объекта и их

взаимосвязь отражается в горизонтальном и вертикальном направлениях. В горизонтальном направлении объединяются разнородные объекты или характеристики одного объекта экосистемы, вертикальное направление составляют уровни иерархии признаков характеристик или состояния экосистемы, например, показатели состояния.

Для моделей БИТ требование иерархичности выполняется и модель Sэ представляется в виде формальной записи:

)SЭ((SЭ( SЭ ()jl

11

()il

1l

n

j

m

j

n

j ===∗∗∗∗= ; (4.4)

n и m определяют количество уровней иерархии объекта энергосистемы в

горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно. Метрологическая обеспеченность модели объекта (2) отражается в форме комплексов

метрологических характеристик (МХ) в виде:

23

clblalЭ{MX}{MX}{MX} {MX}

l∗∗= ; (4.5)

{MX}Эl = { Эl; Эl; PЭl} где Эl - точность результата БИИ, Эl - надежность, определяемая по уровням ошибок 1 и 2 рода; Эl - байесовская апостериорная достоверность результата БИИ. Верхний уровень иерархии таких подсистем экспертных систем (ЭС) отдельных

компонент экосистемы является ЭС энергосистемных характеристик, представляющих свойства энергосистемы в целом. Такой подход позволяет обобщать данные и знания о составляющих энергосистему природных объектах в интегральные знания об энергосистеме. Каждый природный объект или среда может быть представлен тремя основными группами факторов: собственных характеристик объекта энергетики ОМ (Sоl), естественно-природных характеристик среды функционирования ОМ (SEl) и антропогенных факторов (Sal). Модель типа МДО БИИ такого ОМ Sl имеет вид:

l(O)al

(O)El

(O)ol

(O)l {O}SSS S ∗∗= ; (4.6)

КМХ такой модели имеет вид:

oal

oEl

ool

ol {MX}{MX}{MX} {MX} ∗∗= ; (4.7)

С учетом указанных выше типов задач, решаемых в процессе мониторинга модель

может быть представлена в виде: (xtd)l

(d)l

(f)l

(x)l

(O)l

(OM)l {O}SSSS S ∗∗∗= ; (4.8)

(d)l

(f)l

(x)l

(xtd)l {O}{O}{O} {O} ∗= ;

где (d)l

(d)l

(f)l

(f)l

(x)l

(x)l {O};S;{O};S;{O};S - модели и ограничения данных,

знаний и решений, используемых при решении задач мониторинга для соответствующих составляющих модели.

КМХ модели (4.8) имеет вид:

dl

fl

xl

ol

OMl {MX}{MX}{MX}{MX} {MX} ∗∗∗= ; (4.9)

По методологии БИИ экосистема комплексной схемы может быть представлена

моделью, являющейся решением основного уравнения БИИ (с учетом структурных составляющих локальных энергосистем и объектов) в виде:

)Э{O}(SЭ SЭ (c)il

(c)zil

с

1jl =∗= ; (4.10)

и КМХ, определяющим ее качество: (co)

я

1j

(co)ij1Э

{MX} {MX} Э=∗= ; (4.11)

где (c)lSЭ - модель компонентов смеси - локальных энергосистем (предприятий

добычи, переработки, использования, утилизации отходов угольной продукции, а также объекты ЖКХ, транспортирующие сети и другие, представляющих в своей совокупности энергосистему региона.

Топологическую взаимосвязь устанавливает пространственная модель энергосистемы:

24

il(T)T

il

z

1i

(T)l Э{O}SЭ SЭ

=∗= ; (4.12)

что для модели МДО (4.10) может быть записано в виде композиции структурной и топографической моделей энергосистемы:

(CT)l

(T)l

(c)l

(CT)l {O}ЭSЭSЭ SЭ ∗= ; (4.13)

с КМХ вида:

l(с)l

(CT)l MX}Э{MX}Э {MX}Э ∗= ; (4.14)

Модель вида (4.13) может быть использована как для прогнозирования состояния

энергосистемы региона или объекта энергетики (при времени прогноза t > t), так и для восстановления ретроспективы развития их и исторического прошлого (t < t).

Измеримые признаки формируют из модели объекта мониторинга модель объекта измерения. Для физической реализации измерений по модели (4.14) необходимо наличие измерительных шкал, адекватно отражающих свойства модели ОИ. Концепция такой шкалы в виде шкалы с динамическими ограничениями, позволяющая максимально полно реализовать познавательную функцию ИИС, разработана и реализована в системах БИТ. Согласно целей мониторинга, кратко сформулированных выше, результатами его могут быть:

- значение параметра; - аналитический вид функциональной зависимости; - системы аналитических зависимостей, определяющих состояние ОМ; - лингвистические значения и выражения, определяющие выводы и решения

относительно свойств и их состояний для экосистем и экологических ситуаций; - рекомендации по обеспечению устойчивого функционирования системы. Учет априорной информации разного типа производится в процессе построения

сопряженных числовых и лингвистических шкал БИИ для определения состояния основных показателей и состояния объекта в соответствии с моделями вида (4.11).

Устойчивость решений некорректной задачи восстановления состояния техногенного объекта, каким является энегосистема региона или объект энергетики, по данным мониторинга обеспечивается регуляризирующими свойствами алгоритмов БИИ.

Возможности развития алгоритмов, информационных технологий и шкал БИИ определяет принципиальную возможность отражения меняющихся свойств энергообъектов и среды их функционирования в процессе развития ситуаций

Уникальные способности байесовского регуляризирующего подхода, методов БИИ и построенных на их основе информационных технологий к получению, накоплению и использованию новых знаний в процессе мониторинга и принятия решений создает основу для построения развивающихся моделей объектов и ситуаций, информационных технологий и средств мониторинга энергетической среды и систем поддержки принятия природоохранных решений.

На основании всех приведенных рассуждений основное уравнения для процесса мониторинга энергосистемы как измерительного процесса, можно представить в виде:

ludl

utl

uxll {O}SSS S ∗∗= ; (4.15)

где символы ux, uf, ud означают этапы сбора данных, получения знаний и принятия

решений об энергосистеме соответственно. Комплекс метрологических характеристик, соответствующий процессу мониторинга вида

(4.15), записывается следующим образом:

l(ud)l

(uf)l

(ux)l {MX}{MX}{MX} {MX} ∗∗= ; (4.16)

25

Для системы экологического управления на предприятии согласно концепции (рис1.), можно записать уравнение моделирования в виде композиции систем управления экологией, энергетикой, производством, качеством, персоналом, финансами и инвестициями:

S ЭУ = S1 *S2*S3*S4*S5*S6*S7*O (4.17) На принципах РБП построены различные ИТ мониторинга экосистемы, позволяющие

производить экологический мониторинг энергообъектов с требуемым качеством и обеспечением всех перечисленных выше требований.

Созданные на основе методов и информационных технологий БИИ системы могут быть использованы для тренинга специалистов-энергетиков обучения и научных исследований, так как предоставляют большие возможности для моделирования процессов и объектов энергосистемы, включая и исторический процесс ее развития, работы в имитационных режимах, проверки качества новых моделей на основе реальных данных мониторинга, а также в визуализации полученных результатов в виде графиков, диаграмм, динамических экологических карт и видеообразов объектов, для чего широкие возможности предоставляют современные технические среды, например средства Multimedia.

26

5. Программный комплекс «Экоаналитик» - базовая платформа для реализации системы управления качеством воздушной среды угольного производства.

В ходе реализации проекта «Рациональное и эффективное использование энергетических

и водных ресурсов стран Центральной Азии» (в рамках Программы СПЕКА в четырех республиках Центральной Азии на методологической основе регуляризирующего байесовского подхода и байесовских интеллектуальных технологий было построено и пущено в эксплуатацию 8 информационно-аналитических центров, из которых 4 центра имели энергетическую направленность. Целесообразно использовать возможность базовой платформы этих комплексов для реализации программной среды создаваемой системы мониторинга и управления качеством воздушной среды предприятий угольной энерегтики.

Основные функции комплекса «Экоаналитик» иллюстрирует рисунок 7.

Рис. 7. Основные функции комплекса «Экоаналитик»

Программный комплекс «Экоаналитик» состоит из: Серверного комплекса программных продуктов.

Windows 2000 Server – содержит надежные и удобные для работы сетевые службы и службы приложений объединённые с мощным комплексным управлением. Данный

27

сервер будет определять работу локальных сетевых узлов компании, регулировать жизнедеятельность отдельных сегментов LAN.

Серверного комплекса разработчиков программных продуктов, баз данных, аналитиков и других сотрудников проекта на платформе

SQL Server - современная система управления базами данных обеспечивает такие функциональные возможности, как поддержка распределенных транзакций, тиражирование данных, работа с хранилищами данных, взаимодействие с Интернет и другие.

С++, Java, С# – различные языки программирования для программистов и математиков.

Пользовательского комплекса программных продуктов.

• Стандартные и специализированные пакеты программ для работы персонала.

• ARC/Info, ARC/Edit, ARC/View, ARC/GIS3d analyst, AutoCAD Development Desk Top, Mapinfo, и др.

• Программный комплекс «Экоаналитик» на базе методологии РБП (разработчик компания «РИАЦ ИНТЕК»)

Рис. 8

28

Технический комплекс РИАС состоит из: Сети передачи данных.

Внутренние высокоскоростные сети 10/100Мбит - обеспечивают быстрый доступ сотрудников к информационным ресурсам данных.

Высокоскоростной доступ в Интернет – обеспечивает скоростной доступ к информационным ресурсам ИАС, а так же обменом информацией между регионами и доступ к мировой сети Интернет.

Серверного комплекса. • Сервер печати и файловый массив – выделенный компьютер с массивом

программного обеспечения и специализированных программ, также выполняющего функции сервера печати.

• Сервер баз данных для разработчиков программного обеспечения, прикладных программистов, аналитиков и ГИС специалистов – обеспечивает программно-ориентированное направление для разработки и первичной обработки информации.

• Мощный вычислительный сервер для обработки данных ГеоИсследовательских систем, байесовских систем и обеспечение доступа к распределённым библиотекам данных и баз знаний (научно исследовательские организации).

• Сервер интернет-технологий – обеспечивает защиту информации от несанкционированного доступа, и работу интернет приложений.

Рабочие станции. Графические станции – для обработки векторной и растровой графики и для

моделирования объектов в n-мерном пространстве. Персональные компьютеры - для создания БД и работы с ними, разработки

программного обеспечения, и использования много целевых приложений. Специализированные приборы.

• Оборудование печати • Оборудование телеконференций • Оборудование распознавания

Рис. 9

29

Рис. 10 Типовой модуль автоматизации интеллектуальных систем мониторинга и

поддержки принятия решений Распределенного Информационно-Аналитического Центра ГИАС

30

Схема работы системы через Интернет-Интранет

Потребители интеллектуальных услуг

Рис. 11

Browser - клиент

Интернет

Клиент модуль системы ЭкоАналитик

Клиенты сторонних производителей

Сервер приложений. Реализация интеллектуальных услуг с использованием системы «ЭкоАналитик»

Интранет

Сервер интеллектуальных баз данных

Внутренние модули Управления и администриро- вания

Система приема-передачи и предварительной обработки интеллектуальных измерений

31

Состав программного лицензионного обеспечения делится на две составляющие: лицензионные системные программные продукты и лицензионные прикладные программные продукты.

Примерный состав имеющегося в энергетических центрах программного обеспечения:

Наименование: (кол-во)

1. Системное программное обеспечение Microsoft Оffice…………………………… Microsoft Windows XP …………………… Microsoft SQL Server 2000 (5 Clients) …… 2. Прикладные программные продукты

Программный базовый комплекс Инфоаналитик (Экоаналитик)

Платформа на 5 клиентских мест ………

Для первой очереди ИАС необходима один модуль «ИРМ эколога», сопрягаемый с

платформой комплекса Экоаналитик-Инфоаналитик Стоимость лицензионного программного обеспечения одного модуля «ИРМ эколога»,

рассмотренного в концепции ниже, ориентировочно составляет 4.5-5 тысяч долларов.

32

6. Программное обеспечение сбора, обработки экспериментальных данных и планирования измерительного эксперимента на основе байесовских интеллектуальных технологий

К числу основных требований, предъявляемых к современным информационным техноло-

гиям измерений средствами ПЭЛ можно отнести следующие: - обеспечение контроля качества получаемых результатов измерений концентраций

примесей, возникающих в процессе сжигания угля и выработки тепла и горячей воды и определение их основных метрологических показателей в виде значений точности, надежности и достоверности, составляющих принципиальную основу метрологического сопровождения;

- учет и интеграция априорной и получаемой экспериментальной информации ; - возможность оптимизации планирования проведения измерительного эксперимента в

соответствии с метрологическими требованиями и ограничениями и географией объектов контроля средствами ПЭЛ;

- обеспечение интеграции качественной и количественной информации об измеряемом параметре.

К числу специфических информационных свойств экспериментальной информации

относится разнотипность данных, сведений и знаний об измеряемых параметрах и условиях измерений (например, метеоусловиях, характере застройки и др.), которые могут быть представлены в виде числовых, лингвистических или другой формы сообщений. Результатом измерений и работы программного обеспечения (ПО) в зависимости от цели может быть решение, аналитическая модель определяемой характеристики, прогноз, значение параметра или рекомендация. ИТ должна обеспечивать получение такого результата совместно с его метрологическим обоснованием.

Поэтому ПО должно включать в себя следующие подсистемы:

- для организации подготовки измерений, включая план их реализации конкретно для указанного объекта и ситуации;

- для формирования критериальной базы решений; - для проведения измерений и метрологической аттестации результатов измерений

газоанализаторов и метеодатчиков; - для расчетов полей загрязнений по сертифицированным методикам; - интерпретации результатов в виде решений о состоянии: - атмосферного воздуха; - воздуха рабочей зоны; - выбросов, зафиксированных в газоходах; - для отображения решений и полей в виде тематических экологических карт и

таблиц риска с привязкой к объектам ИАС; - для передачи данных и решений в базовый центр ИАС и другие абонентские

центры ИАС Таким образом, концепция программной реализации измерений на основе

байесовских интеллектуальных измерений (БИИ) состоит из этапов: - подготовки измерений (преобразование Ψ 0), включающего процессы: синтеза модели

ОИ и влияющих факторов (Ψ 1, синтеза структуры алгоритма измерений, обеспечивающего получения требуемого результата измерений (Ψ 2), а также оптимизации (Ψ 3) синтезированного алгоритма в соответствии с конкретными условиями измерений, определяющими измерительную ситуацию в виде совокупности априорной информации Аi {Аia}, метрологических требований задачи Mi ={Mim} и принятых ограничений Oi = {Оi0}; на данном этапе решаются вопросы: что, где, когда,

33

сколько времени, чем и как измерять концентрацию примесей поллютантов в воздухе рабочей зоны или воздушной среде населенных пунктов;

- получения экспериментальной измерительной информации (обычно в форме данных) (Ψ4);

- интерпретации измерительной информации в виде результата измерений hi, форма которого определяется целью измерительной задачи (Ψ5).

Множество {ti} представляет собой множество моментов времени проведения измере-ний в период времени от t1 до tк. Процесс измерений согласно рисунку принимает циклический характер с повторением трех вышеуказанных этапов в каждом цикле. При этом результаты предыдущего цикла измерений согласно свойствам БИИ должны использоваться в качестве априорной информации в последующем.

В оптимизационной форме записи уравнение БИИ может быть представлено в виде:

hi= argmin C[ );;;|(321 immmij Ydfzxiiii

ϕ ]

где оптимизация производится по множествам алгоритмов ФJi и результатов ИИ (значений

параметров ZM1I> видов функциональных зависимостей FM2I, решений DM3I) соответственно, C — обобщенный критерий принятия решения о результатах измерений средствами ПЭЛ, который состоит из нескольких локальных критериев, что представлено на рисунках.

],[;,1;;

;;;

12233 kiMmMm

MmIijj

tttkiFfDd

ZzXx

iiii

iIiIiii

==⊂⊂

∈∈Φ∈ϕ

34

Рис. 12

35

Рис. 13. Оценка воздействия на воздушную среду средствами БИТ

Динамическая модель процесса загрязнения атмосферы окисью углерода CO

Рис. 14. Оценка средствами ПЭЛ воздействия на воздушную среду

Измерение концентрации примесей средствами ПЭЛ Протокол измерений по показателю SO2

36

7. Экологические критерии и нормативы для построения системы мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха при сжигании угля.

Критериальная база систем аудита и принятия решений, построенная на базе БИТ,

включает в себя подсистемы шкал с динамическими ограничениями (ШДО) БИТ и служит как для экологического контроля концентраций поллютантов в рамках национальных и международных стандартов и требований, так и для оценки экологической ситуации в целом, степени ее опасности и потенциального ущерба. Для оценки ситуации применяются многокритериальные ШДО для интеграции показаний различных датчиков и результатов моделирования. В качестве критериев принята система нормативов Российской Федерации, которая по согласованию принята для стран СНГ. Система позволяет менять критериальную базу в ходе ее эксплуатации, адаптируя ее к конкретным прикладным задачам.

В качестве конкретных критериев приняты такие показатели как максимально разовая и

среднесуточная концентрации примесей, а также другие показатели, приведенные выше. В качестве критериев при выборе состава оборудования ПЭЛ для каждого типа

приборов применены следующие технические и экономические показатели: 1.Тип решаемых задач контроля:

- промышленные выбросы; - воздух рабочей зоны; - атмосферный воздух;

2. Условия измерений:

- возможность учета априорной информации; - возможность проведения измерений в условиях неопределенности; - возможность введения критериальной основы; - возможность учета ограничений; - возможность учета метрологических требований; - возможность реализации метрологического синтеза; - возможность планирования измерительного эксперимент

Практика работы сети экологического мониторинга свидетельствуют о том, что

непонимание системы нормирования приводит к появлению ошибок в интерпретации результатов мониторинга.

В соответствии с природоохранительными законодательствами стран Центральной Азии нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду.

37

Определенная таким образом цель подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем.

Экологическое нормирование предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных измене-ний и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.

Одной из основных задач экологического нормирования является выбор контролируемых

веществ. Многочисленные теоретические и практические работы, международные нормы и стандарты для промышленной экологии и угольной промышленности, в частности, выделяют следующую группу загрязняющих воздушную среду веществ[1, 2, 4]:

Оксиды азота (NOx); Двуокись серы SO2; Сероводород H2S; Окись углерода CO; Двуокись углерода CO2; Метан Me; Пыль; Углеводороды Другие загрязняющие вещества, специфичные для угольной породы и технологии

угольного производства. Двуокись углерода и метан входят в группу парниковых газов и составляют предмет

Киотского протокола, поэтому их контроль и снижение особенно важно и в перспективе в рамках реализации механизма торговли квотами экономически выгодно предприятиям.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) - нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема духа, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

. Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК) - полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для использования сроком на 2-3 года. Для ВДК в воздухе и воде употребляется также термин ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), а для ВДК в почве - ориентировочная допустимая концентрация (ОДК).

Для территорий республик Центральной Азии, как и для других стран СНГ, действует Соглашение о взаимопризнании допустимых норм, нормативов, сертификатов соответствия и сертификатов типов приборов, что позволяет использовать документы РФ и приборы, сертифицированные в РФ для построения ПЭЛ и ее программного обеспечения.

В публикациях иногда встречаются и другие характеристики загрязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, что в свою очередь приводит к заболеваниям (интоксикациям, от-равлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели.

Степень токсичности веществ принято характеризовать величиной токсической дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект.

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-тeхнические нормативы. К

38

научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природой среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.

Нормирование качества воздуха Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств

атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.

Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научно-исследовательских институтов и т.п.), так и в селитебной зоне (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) населенных пунктов

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) - концентрация, которая при еже дневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

Как следует из определения, ПДКрз представляет собой норматив, ограничивающий воздействие конкретного вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установленного трудовым законодательством. Совершенно недопустимо сравнивать уровни загрязнения селитебной зоны с установленными ПДКрз, а также говорить о ПДК в воздухе вообще, не уточняя, о каком нормативе идет речь.

Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДКмр) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека.

Понятие ПДКмр используется при установлении научно- технических нормативов - предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ. В результате рассеяния примесей в воздухе при неблагоприятных метеорологических условиях на границе санитарно-защитной зоны предприятия концентрация вредного вещества в любой момент времени не должна превышать ПДКмр.

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) - это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДКсс рассчитана на все группы населения и на долгий период воздействия и, следовательно, является жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДКсс может выступать в качестве «эталона» благополучия воздушной среды в селитебной зоне.

Предложен ряд комплексных показателей загрязнения атмосферы (совместно несколькими загрязняющими веществами); наиболее распространенным и рекомендованным методической документацией Госкомэкологии, является комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Его рассчитывают как сумму нормированных по ПДКсс и приведенных к концентрации диоксида серы различных веществ:

∑=

=∑=

=n

i cciПДКcpiqn

i iYnY iC

1)(

1

39

где Yi - единичный индекс загрязнения для i-го вещества; qcpi – ПДКсс для i-ого вещества; ci – безразмерная константа проведения степени вредности i-ого вещества к вредности

диоксида серы, зависящая от того, к какому классу опасности (см. ниже) принадлежит загрязняющее вещество.

Класс опасности

1 2 3 4

Константа ci 1,7 1,3 1,0 0,9

Для сопоставления данных о загрязненности несколькими веществами атмосферы разных

городов или районов города комплексные индексы загрязнения атмосферы должны быть рассчитаны для одинакового количества (n) примесей. При составлении ежегодного списка городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы для расчета комплексного индекса Yn используют значения единичных индексов YI тех пяти веществ, у которых эти значения наибольшие.

Нормирование воздействия

Научно-технические нормативы воздействия на окружающую среду разрабатываются для хозяйственных объектов в форме проектов томов предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС). Предельно допустимый выброс (ПДВ) - масса вещества в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени; ПДВ устанавливается для каждого источник загрязнения атмосферы (и для каждой примеси, выбрасываемо этим источником) таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДКмр; основные значения ПДВ - максимальные разовые — устанавливаются при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы и не должны превышаться в любой 20-минутный период времени.

Наряду с максимальными разовыми (контрольными) значениями ПДВ (г/с), устанавливаются производные от них годовые значения ПДВГ (т/г), для отдельных источников и предприятия в целом с учетом временной неравномерности выбросов, в том числе за счет планового ремонта технологического и газоочистного оборудования.

Если значения ПДВ по причинам объективного характера не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливаются значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и вводится поэтапное снижение показателей выбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ. Общественный экологический мониторинг может решать задачи оценки соответствия деятельности предприятия установленным значениям ПДВ или ВСВ путем определения концентраций загрязняющих веществ в приземном слое воздуха (например, на границе санитарно-защитной зоны).

Нормирование в области радиационной безопасности Основные понятия и определения

40

В природе существует три основных вида радиоактивного излучения - альфа, бета и гамма.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой энергии и обладает наибольшей проникающей способностью. Соответственно, защита от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы.

Бета-излучение имеет корпускулярную природу и представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Бета излучение обладает меньшей проникающей способностью. Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В принципе, бета-частицы задерживаются неповрежденной кожей. Однако при поступлении внутрь организма бета-активные радионуклиды испускают хорошо поглощаемые тканями организма бета-частицы Возникающие при этом в организме разрушения значительно превосходят таковые, производимые гамма-излучением.

Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц с зарядом 2 и массой, равной 4, (по существу ядра гелия). Этот вид излучения легко поглощается любой средой. Защититься от него можно буквально листом бумаги. Однако, поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать трагические последствия.

Процесс радиоактивного распада (перехода радиоактивного элемента в другой химический элемент) сопровождается излучением одного или нескольких видов. В соответствии с тем, какой вид излучения характерен для радиоактивного распада данного изотопа, выделяют гамма-активные изотопы (например, цезий-137), бета-излучатели (например, стронций-90) и альфа-излучатели (например, большинство изотопов плутония).

Количественной характеристикой источника излучения служит активность, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени. В СИ единицей активности является беккерель (Бк) - 1 распад в секунду (с-1). Иногда используется внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая активности 1 г радия. Соотношение этих единиц определяется следующей формулой: 1 Ки = 3,7⋅1010 Бк.

Интенсивность альфа- и бета-излучения может быть охарактеризована активностью на единицу площади (с-1⋅ м-2). Интенсивность альфа-излучения характеризуется мощностью экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза измеряется по ионизации воздуха и равна количеству электричества, образующегося под действием гамма-. излучения в I кг воздуха. В СИ экспозиционная доза выражается в кулонах на кг (Кл/кг).

Весьма популярна также внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген. Это — доза гамма-излучения, при которой в 1 см3 воздуха при нормальных физических условиях (температура 0° С и давление 760 мм рт.ст.) образуется 2,08·109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества. Мощность экспозиционной дозы отражает скорость накопления и выражается в Кл/кг·сек.

В системе нормирования используются следующие основные понятия: Поглощенная доза - фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая

количеством энергии, переданной излучением единице массы вещества. За единицу поглощенной дозы облучения принимается грей (джоуль на килограмм) —

поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения (1 Гр = 1 Дж/кг).

Эквивалентная доза. Поскольку поражающее действие ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от ионизирующей способности излучения, вводится понятие эквивалентной дозы. Для расчета эквивалентной дозы поглощенную дозу умножают на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. При этом альфа-излучение читается в двадцать раз опаснее других видов излучений.

41

Единицей эквивалентной дозы является зиверт - доза любого вида. излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения.

Эффективная эквивалентная доза. Следует учитывать, что одни части тела (органы) более чувствительны к радиационным к повреждениям, чем другие. Поэтому дозы облучения органов и тканей учитываются с различными коэффициентами. Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

42

8. Методы и приборы контроля состояния воздушной среды при производстве и сжигании угля в качестве топлива.

В данном разделе приводится информация об используемых измерительных приборах в

рамках схемы рис.3. В качестве газоанализаторов для измерения концентраций воздуха рабочей зоны для

традиционно измеряемых поллютантов можно рекомендовать приборы, выпускаемые в странах СНГ. К числу контролируемых и обеспеченных статистической обязательной отчетностью относятся окислы азота, окись углегода,

Парниковые газы, в число которых входят двуокись углерода, метан, углеводородные соединения и другие, как правило не контролируются, так как не подлежат обязательному контролю на предприятии. Метан обычно оценивается расчетным путем на основе специальных нормативно-методических документов.

Схема мониторинга и управления качеством воздуха ориентирована на решение трех основных задач, указанных выше: контроль примесей в выбросах в газоходах, контроль воздуха рабочей зоны и контроль атмосферного воздуха предприятий и сопредельных территорий (с учетом трансграничных переносов).

Для контроля выбросов в газоходах и измерения концентраций примесей воздуха рабочей зоны могут быть рекомендованы газоанализаторы производства стран СНГ, как оптимальные по соотношению цена-качество. Например, для измерений концентраций окислов азота, сероводорода, двуокиси серы и окиси углерода могут быть использованы приборы серии ДВК-1,2 производства Санкт-Петербургского предприятия, для измерения состояния воздуха рабочей зоны могут быть рекомендованы приборы российского производства АНКАТ (г.Смоленск), газоанализаторы фирмы «Взлет» (Санкт-Петербург), для экспресс-оценки выбросов в газоходах удобен комплект измерительных средств «Инспектор».

Важным видом газоанализаторов являются газоанализаторы для контроля промвыбросов и оптимизации процесса сжигания топлива

Компьютеризированные газоанализаторы фирмы IMR предназначены для измерения и

наблюдения за концентрацией вредных веществ непосредственно на месте сгорания, т. е. в топке. При этом анализаторы, помогая оптимизировать процесс сгорания, позволяют снизить потребление энергии и загрязнение окружающей среды. Область применения приборов - энергетика, химическая промышленность, транспорт и др.

Автоматические переносные и стационарные газоанализаторы различных модификаций фирмы IMR от простейших до многофункциональных решают задачу непрерывного измерения и расчета концентраций 02, СО, С02, S02, NO (NO2), H2S, температуры воздуха, скорости потока топочных газов, степени запыленности, коэффициентов избытка воздуха и полноты сгорания топлива.

Диапазоны измерений: 02-0-20,9%, СО-0-2000 ррm; СО2-0-25%; SO2 - 0-4000 ррm; NOX, - 0-2000 ррm; NO2-0-100 ppm; H2S-0-200 ррm; I- 0-1500° С. Вывод информации осуществляется на дисплей, встроенный термопринтер и через интерфейс RS-232 на ЭВМ. Компьютер, встроенный в прибор, учитывает при расчетах тип топлива (до 22 видов) и запоминает до 10 000 измерений.

Газоанализаторы работают от сети 110/220 В или внутреннего аккумулятора, имеют небольшую массу, экономичны и просты в работе.

MR 1200 Р/1200 PG. Контролируемые вещества: 02, СО, 002. Оснащается дополнительно принтером,

обогреваемым устройством отбора и доставки проб, а также датчиком на NO,. IMR 2000 P.

43

Контролируемые вещества: О, СО, СО2. Термопринтер печатает дату, время, измеряемые и расчетные величины с учетом типа сжигаемого топлива. Газоанализатор оснащается дополнительно памятью i ia 256 Кбайт, интерфейсом RS-232, датчиками на NO, и SO2.

IMR 2500 Р/2800 Р. Контролируемые вещества: О2, СО, СО2, SO2, NOx,- Термопринтер печатает дату, время,

измеряемые и расчетные величины с учетом типа сжигаемого топлива. Оснащается дополнительно памятью на 256 Кбайт, RS-232, датчиком на NO2.

IMR 3000 P. Контролируемые вещества: О2, СО, SO2, NOX,(NO), SO2. Термопринтер печатает дату,

время, измеряемые и расчетные величины с учетом типа сжигаемого топлива. Монитор и принтер отображают также графики. Прибор имеет память на 256 Кбайт на 10 000 изме-рений, RS-232 -программы для автоматической калибровки и диагностики. Встроенный микропроцессор учитывает при расчетах тип топлива (до 22 видов) и запоминает до 10 000 измерений. Прибор снабжен аккумулятором, обеспечивающим работу в течение 8 ч.

IMR 8000 Р. Комбинированный стационарный прибор для непрерывного измерения О2, СО, SO2, NO2,

NO2, H2SO и параметров процесса сжигания топлива. Заменяет сложные и дорогостоящие газоаналитические системы, использующие традиционную технику. Сочетает возможности прибора IMR 3000 Р с мощным программным пакетом. Прибор оснащен выносным пробоотборным зондом, конструкция которого позволяет использовать имеющиеся технологические отверстия дымовых труб и установок сжигания топлива и не требует специального подключения.

Контроль загрязнения атмосферного воздуха и промвыбросов производится также

приборами фирмы Monitor Labs (Lear Siegler Measurement Control Corp.) Фирма выпускает серию приборов и систем для автоматизированного контроля

загрязнения атмосферного воздуха и промвыбросов. Оборудование обеспечивает непрерывный мониторинг концентрации вредных веществ в течение длительного времени без обслуживания техническим персоналом. Область применения: системы экомониторинга городов, контроль промвыбросов и оптимизация процессов сгорания, комплектование стационарных автоматических станций и передвижных лабораторий.

Автоматические газоанализаторы серии 9800 предназначены для контроля микроконцентраций СО, Оз, NOX, SOX в атмосферном воздухе на уровне ниже 0,1 ПДК. Диапазоны измерений соответствуют диапазонам приборов серии 8800.

Применение в газоанализаторах новейшей электроники позволило создать новое поколение приборов. Приборы отличаются высокой степенью автоматизации и стабильности, чувствительностью к контролируемым веществам.

Выпускаются следующие варианты приборов: мод. 9810 для контроля Оз в диапазоне 0-0,5; 0-1; 0-10 ррm; мод. 9830 для контроля СО в диапазоне 0-100 мг/м3, мод. 9841 для контроля NO, NO2, NOX, в диапазоне 0-0,2..., 0-10 ppm; мод. 9350 для контроля SO2 в диапа-зоне 0-0,25,..., 0-10 ррm; мод. 9850/8780 для контроля H2S в диапазоне 0-0,25,..., О-10 ррm.

Газоанализаторы могут поставляться в составе системы мод. 7000, включающей в свой состав стойку с указанными приборами. Стойка оснащается дополнительно комплексом метеодатчиков для контроля температуры, скорости и направления ветра, влажности, анализатором запыленности контроллером для управления режимами работы анализаторов и обработки данных, модемом для передачи информации по телефонным каналам и устройством для автоматической калибровки анализаторов.

Контроль содержания пыли может быть произведен с использованием монитора взвешенных частиц ТБОМ Series 1400 фирмы Rupprecht &Patashnick Co., Inc.

44

Пылемер TEOM Serie 400 является идеальным средством для определения концентрации частиц для непрерывного контроля запыленности в автономном режиме Диапазон измерения концентрации пыли от 5 г/м до нескольких граммов на кубический метр.

Прибор отличается портативностью, простотой и удобством в эксплуатации и измеряет в реальном масштабе времени концентрацию частиц пыли в помещении и на открытом воздухе, рассчитывает 30-минутные, часовые, восьмичасовые и дневные средние значения концентрации.. Встроенный программируемый микропроцессор обеспечивает управление режимами пылемера, обработку и выдачу полученной информации на ЭВМ или контроллер.

Прибор может эффективно использоваться ддя оснащения автоматических станций систем мониторинга городов и промышленных предприятий.

Переносные газоанализаторы для контроля атмосферы и рабочей зоны InterScan выпускаются фирмой InterScan.

INTERSCAN SERIES 4000 -переносные газоанализаторы с автономным питанием - эффективны для контроля загрязнения атмосферного воздуха и рабочей зоны. Отличаются малой массой —не более 2 кг. Диапазоны измерений: СО -0-100, 0-3000 ppm; NO2-0-2, 0-50 ррm; SO2-0-1, 0-50 ррm; H2S-0-1, 0-100 ррm; NO-0-10, 0-500 ррm; С12-0-2, 0-10 ррm, HCI - 0-2, 0 - 0-50 ррm; HCN - 0-2, 0-50 ррm; гидразин 0-1, 0-50 ррm; формальдегид -0-1, 0-10 ррm; этиленоксид - 0-5, 0-50 ррm.

INTERSCAN SERIES 2000 - индивидуальные газоанализаторы с автономным питанием - обеспечивают безопасность работы, технического персонала в рабочей зоне и контролируют следующие вредные вещества: СО - 0-500 ppm; Cla-O-lO ppm; HCI-0-10 ррm; HCN-0-10 ppm;H2S- 0-50 ррm; NO - 0-50 ррm; NO2 - 0-10 ррm; SO2 - 0-10 ррm.

Для комплексного решения задачи анализа газовой среды требуется применение

нескольких газоанализаторов, объединенных в единую измерительную систему (станцию), обеспечивающую автоматический и непрерывный режим измерений. В зависимости от типа анализируемой газовой среды существует несколько вариантов измерительных систем

В связи с развитием в странах СНГ системы атмосферного мониторинга на многих предприятиях уже разработаны и реализованы на практике автоматические станции контроля загрязненности воздуха с применением перспективных разработок отечественного и зарубежного приборостроения.

Измерительный комплекс состоит из средств контроля метеопараметров и технических средств измерения, обеспечивающих определение в атмосферном воздухе загрязняющих веществ и взвешенных частиц.

Комплекс обеспечения состоит из технических средств, обеспечивающих работу станции атмосферного мониторинга.

Экологический павильон представляет собой сооружение, обеспечивающее защиту от внешних атмосферных воздействий и несанкционированного доступа. При размещении станции на охраняемой территории его может заменить герметичный термостатирующий шкаф, который поставляется со встроенной системой жизнеообеспечения.

Система энергопитания обеспечивает подачу питающего напряжения для оборудования

станции. Имеет резервный источник, который используется в случае перебоев в подаче электроэнергии.

Система отопления и кондиционирования поддерживает климатические параметры, необходимые для стабильной работы оборудования.

Система пожарной и охранной сигнализации передает информацию о возгорании, попытках несанкционированного проникновения в станцию в устройство управления и соответствующие оперативные службы, включает сигналы оповещения.

45

Датчики температуры и влажности позволяют контролировать условия эксплуатации оборудования.

Устройство пробоподготовки отвечает за отбор проб и обеспечивает соответствие требованиям технической документации параметров газовой смеси на входе в анализаторы.

Комплекс градуировки (калибровки) необходим для метрологического обеспечения

работы станции. Дата-логгер - устройство, обеспечивающее управление работой станции атмоферного

мониторинга, а также сбор, обработку, хранение и передачу информации через модем по телефонным линиям связи на буферный компьютер и далее в центр управления качеством воздуха.

Задача оценки концентрации поллютантов в воздушной среде предприятия и

сопредельных территорий значительно сложнее. Приборы для измерения примесей зарубежного производства стоят на один-два порядка дороже, чем указанные выше. Оптимальным можно считать комбинированный подход, при котором для измерения ряда примесей используются приборы стран СНГ, а качество и эффективность измерений контролируются и повышаются за счет применения современного программного обеспечения приборов, придающего им свойства интеллектуальности и адаптивности к требованиям задачи. Пример такого программного обеспечения для передвижной экологической лаборатории, включенной в состав схемы рис.3, приведен на рисунке 5. В качестве измерительных приборов использовались газоанализаторы серии ДВК-1и программное обеспечение на основе байесовских интеллектуальных измерительных технологий [6].

В данном проекте предлагается использовать программную платформу «Экоаналитик» в

качестве базовой для всей ИАС с отдельными абонентскими версиями. Для определения полей загрязнений и оценки общего воздействия указанных выше объектов на воздушную среду используются лицензированные программные продукты «Экоаналитик» и программа «ИРМ-Эколог» (может быть интегрирована в среду «Экоаналитик»), приведенные выше.

Оценка воздействия на воздушную среду может произведена средствами передвижной экологической лаборатории (ПЭЛ)

Разработано специальное программное обеспечение ПЭЛ «Экоаналитик-ПЭЛ» Ниже иллюстрируются результаты работы ПО ПЭЛ для оценки состояния и рисков воздушной среды.

Рис. 15, 16, 17. Использование специального программного обеспечения для

повышения качества измерений концентраций загрязняющих веществ средствами газоанализаторов ПЭЛ

46

Оценка воздействия на воздушную среду средствами ПЭЛ

Оценка содержания примеси двуокиси углерода СО2 в воздушной среде с применением ПО БИИ

Оценка воздействия на воздушную среду средствами ПЭЛ Измерение концентрации примесей средствами ПЭЛ

Оценка риска по показателю СО

47

Необходимо отметить, что эффективная оптимизация состава измерительных приборов

должна проводиться в полном соответствии с конкретными характеристиками энергетического предприятия и технологии сжигания угля.

48

9. Программа внутреннего экологического мониторинга и аудита и управления качеством воздушной среды для предприятий угольной промышленности и энергетики согласно требованиям ISO 14000 и европейских директив «ИРМ-Эколог»

Программное обеспечение (ПО), представленное в данной главе, предназначено для ведения экологического аудита на базе международных стандартов серии ISO 14000, европейских директив, ISO 9000:2000, нормативно-методической базы энергоучета и аудита средствами РИАС для управления охраной окружающей среды, экологической безопасностью и энергоэффективностью на предприятиях, использующих угольное топливо, котельных, а также в распределительных сетях и потребителях тепла и горячего водоснабжения.

Основные задачи, решаемые подсистемой экологического управления объектом

ИАС Информационно-аналитическая система экологического менеджмента и обеспечения

экологической безопасности на предприятии на основе сети интеллектуальных рабочих мест (ИРМ) специалистов–экологов должна решать следующие основные задачи:

- создание системы сбора, регистрации, хранения и обработки экологических данных и знаний и связанных с ними информационных потоков, c целью обеспечения достаточной информационно-вычислительной базы для:

- мониторинга экологического состояния производств, - составления экологического паспорта предприятия; - охраны окружающей среды на территории предприятия и сопредельных

муниципальных территориях, - подготовки и проведения внутреннего экологического аудита, - реализации экологического менеджмента; - управления экологическими рисками, - расчетов экологических платежей - управления развитием информационной базы предприятия; - организации управления деятельностью специалистов на принципах экологического

менеджмента, - разработки, сопровождения нормативно-правовой и нормативно-методической, а

также отчетной документации с обеспечением ее прозрачности и быстрого доступа к ней;

- формирования новой организационной культуры, которая необходима для общего подъема экологической безопасности производства во всех звеньях, за счет перехода от внешнего к внутреннему контролю (аудиту) и внедрения перспективных методов экологического менеджмента;

- создания средств генерации и инструментов реализации стратегий обеспечения экологичности производства на основе перспективных информационных технологий.

В рамках внедрения системы ПО должна быть произведена адаптация системы под класс

решаемых задач, обучены специалисты предприятия для работы на рабочих местах и подготовлена документация по эксплуатации системы

Основные принципы построения информационно-аналитической системы

экологического менеджмента и обеспечения экологической безопасности предприятия на основе методологии БИТ

49

Возможность решения вышеперечисленных задач обеспечивает применение современных технологий управления и, прежде всего, применение интеллектуальных технологий базирующихся на построении и поддержании в актуальном состоянии электронных моделей предприятия (компании). Концепция информационной поддержки экологического внутреннего аудита и менеджмента строится, исходя из того, что модель управления охраной окружающей среды, экологическими рисками и экологичностью производства, заложенная в стандарты

ИСО Р 14000, может быть реализована с помощью интегрированной информационной системы интеллектуального рабочего места (ИРМ), отвечающей принципам экологического менеджмента стандартов ИСО Р 14000 и обеспечивающей:

1. отлаженную и контролируемую систему экологического аудита производственных процессов, непосредственно связанных с системой показателей и обеспечивающую прозрачность управляемых процессов и объектов;

2. создание единого информационного пространства с быстрым доступом к данным и эффективными организационными коммуникациями исполнителей работ;

3. высокий аналитический уровень решений и рекомендаций системы; 4. выполнение функций обучения.

Техническим решением реализации указанной выше концепции может быть создание ИРМ предприятия, системообразующим ядром которой является интегрированная база экологических и производственных данных, моделей, процессов предприятия ,информационных ресурсов, данных и методик, обеспеченная средствами сети интеллектуальных рабочих мест (ИРМ) специалистов-экологов на основе методологии байесовских интеллектуальных технологий

Совокупность интеллектуальных интерфейсов, предоставляющая доступ всем сотрудникам (участникам процессов экологического менеджмента) к информационным ресурсам и реализованная в виде программно-математического обеспечения, установленного на персональный компьютер, представляет собой Интеллектуальное рабочее место (ИРМ)

Ниже приводится обобщенная схема функционирования реализации сети ИРМ (рис.6.1). Концепция предполагает гибкость объема функционала ИИС в зависимости от требований со стороны предприятия. В основу концептуального решения положены базовые технологические решения, разработанные и апробированные в организации “CINTECH”.

50

Рис. 19. Обобщенная схема функционирования распределенной информационно-

аналитической системы на основе интеллектуальных рабочих мест специалистов-экологов

Центр общего управления

экологической деятельностью

Интеллектуальный интерфейс комплексного мониторинга, системного

анализа, аудита и управления

Интеллек-туальный интерфейс управления процессами

Интеллектуаль-ный интерфейс электронного

документооборота по стандартам ИСО Р 14000 и ИСО Р 9000 и

другим нормативным документам

Интеллектуаль-ный интерфейс «Электронная библиотека»

Информационный регистр

Природно-климати-

ческие данные

Регистр нормативных документов, инструкций, методик

Регистр программ,

реализующих расчетные методики

Регистр томов Электронной библиотеки

БД экологи-ческой

паспорти-зации и сертифи-кации

База данных БИТ

БД ГИС-технологий

БД процессов

БД аппаратов и технологий защиты ОС

БД норматив-

ных документов

БД экобезо-пасности производ-

ства

БД электрон-

ной библиотеки

БД стат. отчетности

Интеллек-туальный интерфейс

ИРМ

ИРМ

ИРМ

ИРМ

ИРМ

Интранет-Интернет

51

БД - БИТ - программный комплекс «Экоаналитик», построенный на основе, Байесовских интегрирующих технологий для выполнения вычислений в условиях неполноты и неопределенности информации.

БД ГИС - технологии содержит технологии, необходимые для интерпретации соответствующих материалов в виде карт, построенных в системе ARC-info, допускающих сопоставление различных факторов в одних единицах измерения (10 – бальная шкала оценок) и послойного наложения с выявлением источников экологического риска и мест их максимального проявления.

БД - процессов содержит качественные и количественные данные о технологических процессах производства, характеризующие потребление материальных и энергетических ресурсов (центростремительные потоки в производственной системе) и формирование центробежных потоков; готовой продукции (полуфабрикатов) и отходов производства и потребления, а также

Параметры и характеристики экологичности этих процессов; БД - процессов и технологий защиты ОС содержит данные о составе, удельных и валовых

значениях газообразных, жидких и твердых отходов, поступающих на оборудование, их улавливание, обезвреживание и утилизация; описание принятых технологий, их регламенты, характеристики и эколого-экономическую эффективность.

БД - нормативных документов содержит нормативно-правовые документы различного иерархического уровня:

Федерального- • конституция • законы • нормы • правила • руководящие документы • общегосударственные стандарты.

Регионального- • Законы области • Постановление • Указы • Нормы • Документацию предприятия- нормативное образование, размещение и отведения

отходов. Международного-

• Стандарты • Директивы

Технологии • Приборы • Нормативы

БД – экобезопасности производства содержит нормы и правила безопасности ведения

технологических процессов. Обеспечивающие недопущение нештатных, аварийных ситуаций, ликвидации их последствий и определение реального (или предотвращенного) экологического ущерба.

БД – электронной библиотеки описание лучших существующих технологий, стандартов, обеспечивающих энерго (ресурса) сбережения и экологическую безопасность производства;

52

зарубежные стандарты, нормы и нормативы образования отходов, их улавливания, нейтрализации и утилизации; методические указания, рекомендации и т.д.

БД - статотчетности содержит формы и методы их заполнения для составления статистических отчетов об экологической деятельности предприятия.

БД - экологической паспортизации и сертификации предназначена для составления и анализа документации «Экологический паспорт природопользователя» а также для экологической сертификации, технологических процессов и продукции предприятия.

Совокупность интеллектуальных интерфейсов к системам хранения, обработки,

передачи, интерпретации, аналитики информации (данных и документов) представляет собой интеллектуальную среду специалиста–эколога или интеллектуальное рабочее место специалиста–эколога.

Интеллектуальный интерфейс комплексного мониторинга, системного анализа,

аудита и управления специалиста-эколога

Интеллектуальный интерфейс комплексного мониторинга, системного анализа, аудита и управления представляет собой совокупность математических сервисов, базирующихся на использовании Байесовских интегрирующих технологий, позволяющих повысить надежность получения результатов в условиях статистической неопределенности.

Интерфейс должен обеспечивать: 1. Осуществление комплексного анализа на основе статистической обработки данных в

целях генерации рекомендаций поддержки принятия управленческих решений 2. Обработку данных в целях поддержки принятия решений при выполнении задач

энергетического, экологического, финансового аудита 3. Формирование графической интерпретации получаемых решений, в том числе с

привязкой к географической карте (ГИС-технологии). 4. Создание отчетных форм в виде таблиц по данным, имеющимся в базе данных

факторов, подлежащих комплексному анализу 5. Определение уровня экологической безопасности предприятия и его подразделений.

Интеллектуальный интерфейс моделирования бизнес-процессов специалиста –

эколога Подробное описание процесса и его документированность способствует повышению

экологической безопасности процесса, а значит ресурсосбережению и улучшению качеству продукта. Управление процессами, а не ресурсами – современный подход, предлагаемый стандартами ИСО Р 14000 для предприятий. Снижение экологического риска - и есть главная цель внедрения Системы Экологического Менеджмента.

Интерфейс должен обеспечивать:

• Идентификацию процессов, необходимых для системы экологического менеджмента

• Прозрачность процессов предприятия • Предоставление отчетных документов по процессам предприятия в виде

карт процессов и матриц ответственности исполнителей • Обеспечение контроля над процессом во время его исполнения

53

• Обеспечение доступности информации, необходимой для поддержания выполнения и мониторинга этих процессов

1. Интеграцию с системой Электронного Документооборота СЭМ и СМК (система энергетического мониторинга и аудита и система менеджмента качества)

Интеллектуальный интерфейс электронного документооборота по стандартам ИСО

Р 14000 специалиста-эколога

Интерфейс должен обеспечивать: • авторизацию пользователей; • генерацию структуры электронного архива (регистре). • публикацию документов; • расширенный поиск документа; • функции навигации в электронном архиве (регистре). • разделение прав доступа пользователей к каталогам электронного

архива (регистре). • разделение прав пользователей при выполнении операций с объектами

электронного архива (регистре). • создание шаблонов для подготовки документов; • создание документов на базе шаблонов; • создание перекрестных ссылок; • и работа с различными версиями документов; • генерация маршрутов и контроль исполнения документов.

Интеллектуальный интерфейс “Электронная библиотека” специалиста - эколога

Интерфейс должен обеспечивать:

• интеграцию информационных ресурсов и эффективную навигацию в них, предполагающую, предоставление пользователю логической структуры информационного пространства. Терминальными узлами структуры являются информационные объекты, которые пользователь может вызывать на экран непосредственно из этой структуры;

• лексический, символьный и атрибутный поиск интересующей информации; • многооконный режим работы; • публикацию информационных ресурсов; • экспорт информации из системы с указанием на источник; • генерацию структуры информационного архива (регистре).

54

Рис. 20

Рис. 21 Кроме того, ИРМ Эколога имеет интерфейсную связь с «ИРМ энергетика». «ИРМ

специалиста по качеству», «ИРМ специалиста по финансам и инвестициям», что позволяет реализовать систему управления энергетическим предприятием на основе сбалансированных показателей согласно рисунку 1 и 22, контролировать взаимосвязь показателей производственной деятельности и экологичности производства, разрабатывать оптимальные бизнес-планы и инвестиционные проекты.

55

Рис. 22

В целом необходимо отметить, что ИРМ – Эколога является составляющей подсистемой

системы управления предприятием на основе международных стандартов, структурная схема одного из вариантов системы приведена в ПРИЛОЖЕНИИ к концепции.

56

Рис. 23

Рис. 24

57

Рис. 25. Электронная библиотека по технологии Чистого Угля

58

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ концепции построения информационно-аналитической системы для мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха (в рамках проекта ЕЭК ООН «Построение сети для управления качеством атмосферного воздуха и применения чистых технологий сжигания угля в Центральной Азии»)

1.Для обеспечения устойчивого, сбалансированного и экологически безопасного

использования ресурсов угля в энергетических целях в странах Центральной Азии, а также эффективного управления промышленным развитием энергогенерирующих предприятий, работающих на угольном топливе, на основе инновационных подходов и инвестиционных процессов этой отрасли энергетики необходимо построение распределенной информационно-аналитической системы мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха на базе современных информационных технологий и международных стандартов в сферах экологии, управления качеством производств, управления персоналом и других международных нормативно-правовых и методических документов.

2. Ориентируясь на требования вышеуказанных стандартов, а также на результаты обзора

конкретных перспективных экологически чистых технологий сжигания угля (сжигание пылевидного угля, сжигание в атмосферном кипящем слое, сжигание в кипящем слое под давлением, сжигание в циркулирующем кипящем слое, применение топок с жидким шлакоудалением, сжигание водно-угольных и угольно-мазутных суспензий, их комбинации и другие технологии), в главе 1 концепции сформулированы задачи и схемное предложение структуры и функций информационно-аналитической системы для мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха при использовании перспективных технологий сжигания угля как целостной информационно-аналитической среды, позволяющей контролировать и управлять всеми этапами процесса сжигания угля, а также рассматривать процесс управления качеством атмосферного воздуха как единый процесс, включающий контроль качества и экологичности угольного топлива, объектов и субъектов транспортирующих систем, добывающих и перерабатывающих предприятий, энергетических предприятий и круга потребителей конечной энергетической продукции. Такой подход позволит точнее и полнее оценить состояние воздушной среды, прогнозировать трансграничные переносы загрязняющих веществ, определить основные влияющие факторы, определяющие экологическую ситуацию, сгенерировать рекомендации и альтернативные решения по снижению их влияния или их устранению, оценить прямые и косвенные затраты на реализацию рекомендаций и эффективно контролировать разработку и управление портфелями инвестиционных проектов.

3. В целях существенной оптимизации и экономии технических, информационно-

технологических и финансовых ресурсов построение информационно-аналитической системы для мониторинга и управления качеством атмосферного воздуха целесообразно производить на базе созданных в ходе реализации проекта «Рациональное и эффективное использование энергетических и водных ресурсов стран Центральной Азии» и производить на базе ранее созданных (в рамках Программы СПЕКА) в республиках Казахстан, Узбекистан, Кыргызстан, Таджикистан информационных энергетических центров. Программно-аппаратное наполнение этих центров отвечает всем современным техническим, экономическим и эргономическим требованиям к системам мониторинга и управления сложными техногенными объектами, функционирующими в условиях рисков и неопределенности информации в активном взаимодействии с окружающей средой. Базовая платформа центров «Экоаналитик», основанная на

59

байесовских интеллектуальных технологиях, позволяет успешно решать задачи мониторинга и управления качеством воздушной среды угольных производств, угольных энергетических предприятий, работающих на угольном топливе, и территорий на основе комплексного подхода с интеграцией энергетических, экологических, экономических, социальных и инвестиционных аспектов.

4. Для выполнения вышеуказанных рекомендаций в концепции (раздел 5) предлагается

модернизировать программное обеспечение центров новыми модулями базовой платформы «Экоаналитик», ориентированными на решение задач данного проекта и соответствие сформулированным в концепции требованиям. В качестве первого этапа реализации программы модернизации существующих центров предлагается приобретение модуля контроля состояния атмосферного воздуха для предприятий угольной энергетики на основе интеллектуального рабочего места «ИРМ эколога», программно и аппаратно совместимого с платформой «Экоаналитик» и реализующего согласованные методики оценки состояния атмосферного воздуха, принятые формы статистической отчетности и принципы международных стандартов серии ISO 14000, а также Европейских директив (ЕМАS). Стоимость лицензии такого модуля ориентировочно составит от 4.5 до 5 тысяч долларов США для каждого центра.

5. Для эффективного использования модернизированных центров необходимо

провести обучение специалистов, ориентированных на работу в центрах. Программа обучения должна быть разработана специально для данного проекта и

базироваться на изучении основных функций и технологий решения прикладных задач проекта, умении их квалифицированно ставить и решать средствами информационно-аналитической системы. Кроме того, программа обучения должна учитывать опыт и наработки программ обучения, реализованных в ходе реализации проекта «Рациональное и эффективное использование энергетических и водных ресурсов стран Центральной Азии» и производить обучение на базе ранее созданных (в рамках Программы СПЕКА) центрах.

6. Для организации интенсивной работы по реализации проекта рекомендуется

обновить и эффективно использовать портальный сайт центров, разработанный в ходе проекта «Рациональное и эффективное использование энергетических и водных ресурсов стран Центральной Азии» (в рамках Программы СПЕКА), дополнив его рядом страниц, отражающих информацию о чистых угольных технологиях, ход реализации и достижения проекта ЕЭК ООН «Построение сети для управления качеством атмосферного воздуха и применения чистых технологий сжигания угля в Центральной Азии»). Обновленный сайт рекомендуется связать с сайтом ЕЭК ООН, страницы которого содержат информацию о проекте.

7. Рекомендуется в качестве последующих этапов реализации эффективных

механизмов управления качеством атмосферного воздуха установить на модернизируемых предприятиях (рисунок 2) и в указанных центрах «ИРМ специалиста по качеству», « ИРМ энергетика», «ИРМ специалиста по финансово-хозяйственной деятельности», «ИРМ специалиста по инвестициям», «ИРМ специалиста по управлению персоналом», что позволит на мощной практической основе комплексного подхода и сбалансированного развития реализовать управление качеством атмосферного воздуха на предприятиях и территориях регионов в рамках предложенной в концепции комплексной схемы, обеспечивающей контроль эффективности реализации рекомендаций, инновационной и инвестиционной деятельности проекта.

60

Литература 1. Крапчин И.П., Кудинов Ю.С. Уголь сегодня, завтра (технология, экология, экономика).–

М.: Издательский Дом «Новый век», Ин-т микроэкономики, 2001.– 216 с. 2. Асланян Г.С. Проект ЕЭК ООН «Образование и подготовка кадров в области повышения

качества атмосферного воздуха и применения чистых угольных технологий в Центральной Азии». Аналитический обзор «Экологически Чистые Угольные Технологии».– М.: Центр энергетической политики, 2004.– 53 с.

3. Материалы семинара ЕЭК ООН по экологически чистым угольным технологиям. г. Алматы, 10-12 ноября 2004 г.

4. Еремкин А.И., Квашнин И.М., Юнкеров Ю.И. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.– М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 2000.– 176 с.

5. Прокопчина С.В. Модель принятия решений для многокритериальных задач в условиях риска и неопределенности на основе байесовских интеллектуальных технологий.– Материалы Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям «SCM–2004».– СПб., 2004.

6. Недосекин Д.Д., Прокопчина С.В., Чернявский Е.А. Информационные технологии интеллектуализации измерительных процессов.– СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1995.– 178 с.

7. Прокопчина С.В. Создание развивающихся информационных технологий на основе регуляризирующего байесовского подхода.– Материалы Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям «SCM–2005».– СПб., 2005.

1

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1. Пример реализации системы мониторинга состояния энергетических комплексов производства и сжигания угля на базе платформы «Экоаналитик»-«Инфоаналитик» для республик Центральной Азии.

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Сопоставление затрат эффективности контроля за выбросами оксидов азота и серы

Физическая очистка 1. Перспективная физическая

и химическая очистка 2. Инжекция сухого

абсорбента 3. Подавление образования

Nox 4. Селективное

каталитическое восстановлениеNOx

5. Сероочистка дымовых газов6. КСА

7. КСД

8. КПГЦ ГУ Электронно-

9. Селективно каталитическое

I Коммерциализированная II Демонстрация III Перспективная технология

Приложение 2. Примеры чистых угольных технологий при сжигании угля в качестве топлива.

Примерная оценка эффективности различных технологий сокращения загрязняющих атмосферных выбросов азотных и сернистых соединений

11

Многостадийное сжигание

Двустадийный ввод топлива/ восстановление NOx

Двустадийный ввод воздуха

Рециркуляция дымовых газов

Восстановление NOx

Схематическое изображение возможностей подавления образования оксидов азота на стадии сжигания

12

горелки смеситель

котел

Воздухо-подогреватель

Вентилятор

Дымовая труба

воздух

Нагнетающий вентилятор

Схема организации рециркуляции отходящих газов с целью подавления образования оксидов азота

13

1. Уголь 2. Первичный воздух 3. Вторичный воздух

4. Поднимающий воздух 5. Ожидающий воздух

6. Холодный ресайклинг 7. Горячий ресайклинг

8. Горячие дымовые газы 9. На системе очистки дымовых

газов

Теплообменные поверхности

Горячая камера

Конвективныетеплообменные поверхности Холодная камера

Выносной теплообменник

Высокоэффективный циклон

Камера сгорания

Плотный слой

Схема реализации дожигания топлива с целью восстановления оксидов азота

14

Различные принципы организации процесса сжигания угля

15

Различные принципы организации процесса сжигания угля

скорость

Стационарный слой

газ уголь

сорбент

Сжиженный кипящий слой

Сжиженный циркулирующий слой Спутный поток

газ Твердое вещество

Относительная Возрастающий расход топлива

Возрастание расширения слоя

Схематическое представление компоновки топок с ЦКС

16

Конденсатор Паровая турбина

электричество

пар

компрессор

зола

уголь

Газоочистка

Газовая турбина

электричество

Камера сгорания Воздух

Детальная схема топки ЦКС конструкции Ваттелле

17

Схема комбинированного парогазового цикла с кипящим слоем под давлением

Камера сгорания

воздух

пар

зола компрессор

Газо- очистка

зола уголь

Воздух в газогенераторе воздух

газоочистка газогенератор

Газовая турбина

электричество

конденсатор

Паровая турбина

электричество

18

Схема комбинированного парогазового цикла с газификацией угля

Камера сжигания коксового остатка

электричество

Газовая турбина Регенерация теплоты

конденсатор

электричество

Паровая турбина Отходящие от газовой турбины газы

пар

Воздух от компрессора

Коксозоль-ный остаток

Воздух в газогенераторе

воздух

газоочисткагазогенератор

Уголь и поглотитель

19

электричество

пар

Конденсатор Паровая турбина

сера

Обработка газа

Воздух от компрессора

уголь

шланг воздух

Воздух в газогенераторе

Очищенный газ

Сырой газ

газоочистка

электричество

Камера сгорания

Схема гибридного цикла с камерами ЦКСА либо ЦКСД

20

Летучая зола (1-20 мкм) Летучая зола (1-20 мкм)

Копоть(0,05 мкм)

Коагуляция

Выгорание коксозольного остатка

Частица полукокса в процессе горения

Повышение температуры

Угольная частица

Минеральные включения

Окисление Fe, Mg и нуклеация SiO2

Летучие неорганические компоненты Zn, Ni, Hg…

Внутренняяя восстановительная атмосфера

Зольная частица

Преобразования минеральной массы угля при высокотемпературной переработке угля (сжигании, газификации)

21

ПИРИТ ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО

Форма присутствия серы в угле

22

22

Основные пути преобразования угольного азота

40

40

41

41

42

42

43

43

44

44

45

45

Приложение 6. Электронные библиотеки

46

46

47

47

30

30

Приложение 5. Программное обеспечение оценки технической безопасности предприятия и управления качеством основных производственных процессов на основе стандартов серии ISO 9000:2000

Новым современным инструментом для управления предприятием является система

Интеллектуальное Рабочее место специалиста (ИРМ). Интеллектуальное рабочее место специалиста по качеству производства, представляющее собой информационно-программное обеспечение для внедрения системы менеджмента качества (СМК) по стандартам серии ISO 9000 (новая редакция) и поддержки по требованиям международных стандартов, включающее:

• Справочник нормативной документации по стандартам предприятия, отраслевым, федеральным и международным стандартам и директивам;

• Описание бизнес-процессов; • Аналитические сводки и обзоры; • Генерация отчетов и сводок; • Активное обучение в форме тренингов; • Электронный документооборот специалистов; • Управление процессами производства;

ИРМ включает: • Модуль «Электронная библиотека» • Модуль «Электронный документооборот» • Модуль «Внутренний аудит, мониторинг и оценка производственных

процессов и качества производства» Модуль «Электронный документооборот» предназначен для сбора, создания,

хранения, передвижения, согласования и утверждения документов в рамках системы менеджмента предприятия

Функциональное назначение:

• Создание новых, изменение существующих и удаление групп пользователей

• Добавление, удаление пользователей, изменение их данных и полномочий для работы в Системе электронного документооборота предприятия

• Реализация дифференцированного подхода к формированию состава групп пользователей

• Изменение параметров конфигурации системы электронного документооборота

31

31

Электронный документооборот. Стартовая панель

32

32

Электронный документооборот. Публикация документа(отметка об исполнении)

Модуль «Внутренний аудит, мониторинг и оценка рисков производственных

процессов» предназначен для постоянного мониторинга, внутреннего аудита производственных процессов, выдачи альтернатив решения с просчетом риска по каждому варианту и генерацией рекомендаций (ЭкоАналитик).

Функциональное назначение:

• Осуществление комплексного анализа на основе статистической обработке данных в целях генерации рекомендаций поддержки принятия управленческих решений;

• Обработку данных в целях поддержки принятия решений при выполнении задач энергетического, экологического, финансового аудита, аудита качества и других видов аудита;

• Формирование графической интерпретации получаемых решений, в том числе с привязкой к географической карте;

• Создание отчетных форм в виде таблиц по данным, имеющимся в базе данных факторов, подлежащих комплексному анализу.

33

33

− создавать структуру подразделений любого уровня вложенности;

− легко просматривать структуру подразделений; − легко находить любого сотрудника и получать исчерпывающую информацию о нем, например:

• личные данные сотрудника, • подразделение и занимаемая должность, • передвижение сотрудника по службе, • его труды, • аттестации, • образование, • дети, • служебная карточка с информацией о его работе.

− позволяет увидеть активность сотрудников, их опыт и возможности; − производить многоаспектный поиск для получения любой интересующей информации;

− делать любые выборки информации; − формировать отчёты по кадровой информации по запросу руководителя; − выводить различную аналитическую информацию, графики и диаграммы.

Вся информация вводится в клиентской части, в интерфейсе пользователя и хранится в базе данных.

Электронная библиотека. Электронный атлас.

Программное обеспечение управления проектами, управления производственными

процессами на базе международных стандартов серии ISO 9000:2000 на основе методологии БИТ приводятся ниже в виде иллюстрирующих рисунков.

34

34

35

35

36

36

37

37

38

38

39

39