Баранова Ольга Сергеевна

метки: Система, Автоматизированный, Мониторинг, Информационный, Загрязнение, Параметр, Экологический, Передвижной

Факультет компьютерных наук и технологий

Кафедра автоматизированных систем управления

Специальность «Информационные управляющие системы»

Создание автоматизированной подсистемы мониторинга загрязнения окружающей среды породными отвалами

Научный руководитель: к.т.н., проф. Адамов Владимир Григорьевич , Содержание , Введение

Угольная промышленность Украины является основным источником получения энергоносителей на государственном уровне. Уголь используется для получения электроэнергии, тепла, как сырье для металлургической и химической промышленности.

Для достижения стабильной добычи угля на любой шахте необходимо вести подготовку запасов угля проведением горных выработок. Фактически объем добычи угля полностью зависит от фронта подготавливающих выработок, без которых невозможно ввести в эксплуатацию новые участки добычи. Проведение подготавливающих выработок связано с получением большого количества пустой породы, выдачей ее на поверхность и размещением на землях, которые возможно использовать для других целей.

Существенное влияние на природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной массы и пород от проведения горных выработок, которые выражаются в занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными примесями, загрязнении водоемов шламовыми водами. Каждая тысяча тонн подземной добычи сопровождается выдачей на поверхность 110–150 м. куб. пород [ 7 ].

На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды).

Вышеперечисленные отходы отрицательно влияют на деятельность предприятий, так как требуют затрат на их сбор, транспортирование, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт.

Одним из приоритетных направлений деятельности в обеспечении безопасной жизнедеятельности населения региона является контроль за выделением на территориях горных отводов ликвидируемых шахт.

1. Цели и задачи исследования

Целью магистерской работы является создание автоматизированной системы мониторинга загрязнения окружающей среды породными отвалами.

В ходе выполнения работы планируется выполнение следующих задач:

1. Организация системы сбора и обработки данных наблюдений.
2. Организация хранения данных наблюдений, ведение базы экологических данных.
3. Оценка состояния объектов окружающей природной среды.
4. Определение необходимого количества точек измерения, а также их локализации и периодичности проведения для получения достаточного количества информации.

2. Актуальность работы и научная новизна

Проблема уменьшения выбросов в атмосферу летучих соединений чрезвычайно актуальна для сохранения защитного слоя атмосферы и здоровой среды обитания человечества. Летучие вещества токсичны, они участвуют в фотохимических реакциях окисления. Наибольшую угрозу летучие соединения представляют для озонового слоя, служащего защитой от вредного воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца на живые организмы.

Добыча и переработка алюминиевых руд в ОАО «Алюминий Казахстана»

... в Казахстане основывается на добыче и переработке железной, хромовой и марганцевой руд. Добыча и переработка железной руды в ... продукции, уменьшить отходы производства, улучшить охрану окружающей среды, высвободить земельные ... Поэтому его накоплено ограниченное количество, недостаточное для проведения ... компаниями. Добыча и переработка алюминиевых руд осуществляются ОАО «Алюминий Казахстана», которое ...

В настоящий момент существуют различные системы мониторинга окружающей среды: стационарные, передвижные, портативные. Однако в Украине до сих пор они не получили достаточного распространения.

Научная новизна выполняемой работы заключается в определении необходимого количества точек измерения, а также их локализации и периодичности проведения для получения достаточного количества информации.

3. Планируемые практические результаты

В результате выполнения магистерской работы планируется создание мобильной автоматизированной станции мониторинга загрязнения окружающей среды породными отвалами.

4. Постановка задачи

Породный отвал — техногенный массив, формируемый на специально отведенной площади из горных пород, получаемых в процессе разработки месторождения.

Всего на территории Донецкой области на государственном балансе насчитывается 756 месторождений полезных ископаемых с 36 видами сырья, из них 291 месторождения угля. Также на территории Донецкой области расположено 580 отвалов горных пород угольных шахт и угледобывающих фабрик, из которых 130 горят. На данный момент в эксплуатации находятся 125 отвалов пород, из которых горят 60 [ 5 ].

Окисление и горение пород сопровождается выбросами широкого спектра летучих компонентов: водяного пара, а также различных токсичных элементов: сульфатов, ртути, мышьяка, кадмия и др.

В настоящий момент ведется активная работа по снижению возможных отрицательных последствий того или иного вида хозяйственной деятельности, направленная на разработку эффективных методов очистки газовых выбросов и сточных вод, на обоснование норм допустимых воздействий на природные экосистемы. Среди таких исследований особое место занимают исследования по созданию и применению систем мониторинга воздушной среды.

В общем случае система мониторинга должна состоять из объединенных в единую сеть станций контроля загрязнений атмосферы, основу которых составляют средства измерения (газоанализаторы), подключенные к устройствам сбора, обработки и анализа информации.

Современные системы мониторинга загрязнения окружающей среды работают в автоматическом и непрерывном режиме. Весь процесс измерений и обработки результатов осуществляется непосредственно на станции, без участия человека и направления проб в лабораторию. Для получения достоверной картины загрязнений атмосферы необходимо осуществлять измерения непрерывно, к тому же исключение человека из процесса измерений позволяет избежать грубых ошибок и влияния человеческого фактора.

Экологический мониторинг нефтяных загрязнений

... загрязнения) мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем ... анализа. Результаты аналитических определений и измерений рассматривают уже в рамках экологического мониторинга. Это дает информацию о загрязнении биосферы различными несвойственными природе ...

Породные отвалы являются источником непрерывных, относительно равномерных загрязнений. Поэтому необходимость в использовании стационарных станций отсутствует. Лучшим вариантом для них являются мобильные (передвижные) станции мониторинга загрязнений атмосферы, которые размещаются на автомобильных средствах.

Передвижная лаборатория мониторинга загрязнения атмосферного воздуха — комплексное средство, предназначенное для измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и для измерения метеорологических параметров при проведении маршрутных наблюдений. Передвижная лаборатория используется в районах и на автомагистралях, не охваченных сетью стационарных автоматических станций [ 9 ].

Передвижные лаборатории мониторинга, как и стационарные станции, включают датчики, компьютеры и средства связь. В дополнение к этому они должны содержать аккумуляторы, от которых будет работать вся аппаратура.

Наличие достаточно большого массива данных по локальным загрязнениям позволяет создать математическую модель процесса, делающую возможным по измеренным в данных точках концентрациям контролируемых веществ произвести расчет их содержания в других точках, где измерения не проводятся. Это, в свою очередь, позволяет рассчитать необходимое общее количество точек измерения, то есть рассчитать сеть атмосферного мониторинга в целом [ 4 ].

Общая последовательность разработки и осуществления схемы мониторинга может быть представлена следующим образом (рисунок 1):

Автоматизированная система мониторинга загрязнения атмосферного воздуха породными отвалами включает в себя следующие компоненты:

1. Автоматический пост мониторинга окружающей среды.
2. Удаленный web-сервер.

Количество автоматических постов не ограничено. Определение их количества и мест расположения является одной из важнейших задач экологического мониторинга. Автоматический пост контроля атмосферного воздуха в свою очередь состоит из газоанализаторов, компьютера, средств связи (Интернет).

Газоанализатор — основной измерительный прибор автоматизированной системы, позволяющий определить концентрации вредных веществ в атмосфере.

К основным характеристикам газоанализаторов относятся:

• точность измерений;
• количество определяемых веществ;
• скорость сканирования;
• габариты;
• стоимость.

На данный момент наиболее распространены электрохимические газоанализаторы, как самые дешевые, универсальные и простые. Они позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Такие приборы способны обеспечить контроль концентрации газов в режиме реального времени. Однако электрохимические газоанализаторы имеют также и недостатки: невысокую избирательность и точность измерения; небольшой срок службы чувствительных элементов, подверженных влиянию агрессивных примесей [ 10 ].

Удаленный web-сервер состоит из двух компонентов:

• аппаратная часть;
• программное обеспечение.

Аппаратная подсистема представляет собой компьютер, подключенный к глобальной сети Internet, при этом его местоположение не имеет значения.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха

... о мониторинге состояния атмосферного воздуха Проанализировать принципы организации мониторинга атмосферы Изучить способы сбора и обработки данных о загрязнение атмосферного воздуха в системе экологического мониторинга 1. Общие сведения о мониторинге атмосферного воздуха Мониторинг атмосферного воздуха - это система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха и ...

Состав, структура и алгоритмы функционирования программного обеспечения определяются функциями системы обработки, хранения и представления информации.

Структура программно–аппаратного комплекса системы мониторинга загрязнений окружающей среды породных отвалов выглядит следующим образом (рисунок 2):

Для осуществления этих действий программное обеспечение должно выполнять следующие функции:

• ввод, преобразование, хранение и обработку данных, поступающих с постов контроля;
• организацию информационного обмена между комплексом и удаленными пользователями через сеть Интернет;
• непрерывную работу по приему данных;
• обеспечение безопасности данных.

5. Обзор исследований и разработок по теме

Научные исследования в области охраны окружающей среды сейчас сориентированы на снижение возможных отрицательных последствий того или иного вида хозяйственной деятельности, направлены на разработку эффективных методов очистки газовых выбросов и сточных вод, на обоснование норм допустимых воздействий на природные экосистемы. Среди таких исследований особое место занимают исследования по созданию и применению систем мониторинга воздушной среды.

Для осуществления мониторинга загрязнения окружающей среды разработаны различные системы. Ежегодно производится корректировка сети автоматических станций мониторинга, расширяется перечень контролируемых загрязняющих веществ и метеорологических параметров, влияющих на загрязнение воздуха.

Рассмотрим существующие системы экологического мониторинга окружающей среды.

Автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС-АГ) предназначена для автоматизированного сбора, обработки и передачи информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха. Система позволяет непрерывно получать информацию о концентрации примесей и метеорологических параметрах в населенных пунктах или около крупных промышленных предприятий. Технические возможности реги-страции, передачи, хранения и обработки данных о загрязнении атмосферного воздуха позволили разработать основные принципы функционирования автоматизированных систем наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. Системы АНКОС-АГ обеспечивают:

• систематическое измерение заданных параметров атмосферного воздуха;
• автоматический сбор информации со станций АНКОС;
• сбор информации от неавтоматизированных звеньев наблюдений (например, от стационарных и передвижных постов);
• оперативную оценку ситуации по известным значениям ПДК;
• краткосрочный прогноз уровней загрязнения контролируемых примесей;
• обработку и выдачу информации.

Время усреднения данных о концентрациях примесей составляет не менее 20–30 мин, что соответствует времени отбора проб в поглотительные приборы. Частота выдачи информации автоматизированной системы может составлять от нескольких минут до нескольких часов.

Передвижная лаборатория АТМОСФЕРА-2 предназначена для осуществления контроля за загрязнением воздуха, измерения метеорологических параметров: атмосферного давления, скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности воздуха, а так же экспрессной оценки загрязнения вод и почвы. Лаборатория передвижная АТМОСФЕРА-2 используется в системе гидрометслужб, организациями, осуществляющими контроль за загрязнением атмосферы, воды, почвы.

Формирование технологической среды информационной системы

... средства технологической среды Основой технических элементов ИС являются процессоры и наиболее массовый их вид - микропроцессоры. Хотя непосред­ственно в качестве самостоятельных элементов системы они, ... Во многих ИС с использованием персональных компьютеров (ПК) при формировании технологической среды зарекомендовал себя следующий принцип: предприятия стремятся иметь в тече­ние рассматриваемого ...

При анализе состояния атмосферного воздуха используются также различные газоанализаторы и хроматографы. Среди российских производителей данной аппаратуры можно отметить предприятие Дельта , Политехформ, Аналит прибор , ТД Автоматика , Цвет и др. Среди иностранных фирм-изготовителей портативного хроматографического оборудования безусловным лидером является РНОТОVАС (Голландия).

Система экологического мониторинга атмосферы немецкой фирмы Meteos позволяет вести непрерывные наблюдения за такими показателями, как СО, SO₂ , NO_x , O₃ , пыль, метеопоказатели. Аналогичная российская система СКАТ фирмы «ОРТЕХ» выпускается серийной с 2004 г.

В Киеве фирмой Украналит также был изготовлен экспериментальный образец системы, близкой по показателям к СКАТ, однако значительно более дешевый. Рассмотрим его подробнее.

Передвижная лаборатория оснащена автоматическими анализаторами для определения концентрации основных и специфических загрязняющих веществ: оксида азота, диоксида азота, диоксида серы, оксида углерода, взвешенных веществ, частиц взвешенных веществ с диаметром 10 мкм и менее (РМ-10), аммиака, формальдегида, хлористого водорода, сероводорода, оборудованием для измерения метеорологических параметров, для отбора проб атмосферного воздуха и для оценки уровня шума, а также — другим оборудованием по согласованию с заказчиком.

Система включает следующее приборы и оборудование:

• электроаспираторы, малогабаритные переносные газоанализаторы;
• шумомеры, датчики скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха (на телескопической метеорологической мачте);
• оборудование для определения геодезических координат;
• приборные стойки, в которых размещается и закрепляется измерительное и вспомогательное оборудование;
• стационарная система газоанализа с системой пробоотбора (9 каналов измерения газообразных загрязняющих веществ и 1 канал измерения взвешенных веществ);
• персональные компьютеры, принтер;
• электрооборудование;
• средства мобильной (радиотелефонной сотовой) связи для передачи данных и голосовых сообщений.

Измеренные значения концентраций передаются от газоанализаторов через аналоговые выходы нарегистратор данных — устройство, заменяющее компьютер и обеспечивающее управление работой станции мониторинга, а также сбор, обработку, хранение и передачу информации через модем по линиям связи на буферный ПК и далее в центр управления качеством воздуха. Устройство осуществляет опрос всех датчиков измерительного и вспомогательного оборудования. Установленное на внешнем удаленном компьютере специальное программное обеспечение позволяет с помощью модема и линий связи (радио или телефон) получать и обрабатывать массивы данных на большом расстоянии от самой станции. Таким образом, станция функционирует автономно.

Основы организации экологического контроля за состоянием окружающей среды

... веществ в составе отработавших газов зависит от типа двигателя, режима его работы, общетехнического состояния автомобиля, марки бензина. Черная металлургия является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. ... обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с ... пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и ...

Изучив существующие системы мониторинга окружающей среды, можно сделать следующие выводы:

• в настоящее время предлагаемые на рынке автоматизированные системы экологического мониторинга слишком дороги;
• приборы, применяемые в большинстве автоматизированных систем мониторинга, не проходили аттестацию в Украине и не имеют соответствующего разрешения;
• в Украине разработка систем мониторинга значительно отстает от зарубежных стран и даже от России, хотя проблем загрязнений окружающей среды стоит наиболее остро.

Таким образом, создание недорогой и надежной автоматизированной системы мониторинга загрязнений окружающей среды породными отвалами, является очень актуальным.

Выводы

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

• в Украине недостаточно развит мониторинг загрязнений окружающей среды;
• предлагаемые на рынке автоматизированные системы экологического мониторинга слишком дорогие;
• создание системы мониторинга загрязнений окружающей среды породными отвалами является чрезвычайно важной задачей для Украины.

В дальнейшем планируется реализация следующих этапов:

• определение места и количества необходимых измерений;
• создание передвижной автоматизированной системы мониторинга для сбора данных о состоянии загрязнения атмосферы;
• анализ получаемых данных и прогнозирование возможных изменений.

Список источников

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/avtomatizirovannaya-informatsionnaya-sistema-monitoringa/

1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем. — М.: Химия , 2002. — 608 с.
2. Аверин Г.В. Применение информационных технологий для мониторинга окружающей природной среды / Г.В. Аверин, А.С. Хоруженко // Материалы VIII Международной научной конференции аспирантов и студентов [Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов ], Донецк, 14–16 апреля 2009 г. / Донецк: ДонНТУ, ДонНУ, 2009. — 234 с.
3. Горшков М.В. Экологический мониторинг. Учеб. пособие. — Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. — 313 с.
4. Исаев Л.Н. Экология и контроль качества атмосферного воздуха (ЗАО ОПТЭК ) / Л.Н. Исаев // Химическая техника. — 2003. — № 6. — с.28–30.
5. Косинова Е.А. Прогнозирование изменений параметров плоского породного отвала при его формировании / Е.А. Косинова, В.Н. Артамонов, В.Г. Ефимов // VІ Міжнародна наукова конференція аспірантів і студентів Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів , Донецк, 17–19 квітня 2007 року / Донецьк: ДонНТУ, 2007.
6. Эколого-экономический мониторинг окружающей среды: учебное пособие / [В.В. Найденко, Л.Н. Губанов, А.Н. Косариков, И.М. Афанасьева, А.В. Иванов]. — Нижний Новгород, 2003. — 186 с.
7. Чудновец В.Л. Комплексное использование породы как вторичного сырьевого ресурса / В.Л. Чудновец, В.Н. Артамонов // Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр», Донецьк, 24 листопада 2008 р. / Донецьк: ДонНТУ, 2008. — 100 с.
8. Экологический мониторинг: шаг за шагом / [Е.В. Веницианов и др.]; под ред. Е.А. Заика. — М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. — 252 с.
9. ООО Экспертцентр Украина — ведущий отечественный производитель передвижных лабораторий различного назначения [Электронный ресурс]. — Режим доступа: .
10. Официальный сайт Аналитприбор.ру [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.analytpribor.ru .

Замечание!

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Региональный комплекс загрязнений окружающей среды (на примере г. Тольятти)

... Тольятти ежегодно финансирует работы Тольяттинской специализированной гидрометеорологической обсерватории (ТСГМО) по предоставлению специализированной информации в области гидрометеорологии и по мониторингу загрязнения окружающей среды, составлению прогнозов загрязнения ... Рис. 1. Уровни загрязнения атмосферы г.о. Тольятти в 2008 г. Состояние загрязнения атмосферного воздуха в городе Тольятти в 2009 и ...