Предотвращение загрязнения окружающей среды на внутреннем водном транспорте управлением антропогенной нагрузкой

Наумов, Виктор Степанович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Предотвращение загрязнения окружающей среды на внутреннем водном транспорте управлением антропогенной нагрузкой
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Предотвращение загрязнения окружающей среды на внутреннем водном транспорте управлением антропогенной нагрузкой"

На правах рукописи

НАУМОВ Виктор Степанович

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ВНУТРЕННЕМ ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ УПРАВЛЕНИЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ

Специальность 03.00.16 «Экология» (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород - 2003

Работа выполнена в Волжской государственной академии водного транспорта

Научный консультант: Заслуженный работник высшей школы,

доктор технических наук, профессор, академик PAT Этин B.JI.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Решняк В.И.

доктор технических наук, профессор Иванов А.А.

доктор технических наук, профессорТелегин А.И.

Ведущая организация: Институт экологии Волжского бассейна РАН

Защита состоится 30 ¿¿¿¿/О- 2003 1\ в ^ час. в аудитории 231 на заседании диссертационного Совета Д 223.001.01 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603600, Н. Новгород, ул. Нестерова, 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАВТ

Автореферат разослан ?S> мая 2003 г. .

Ученый секретарь диссертационного Совета

доктор технических наук

2ооЗ^" А

\с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из главных задач, сформулированных в концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, является коренное улучшение состояния окружающей среды (ОС) за счет экологизации экономической деятельности в рамках институциональных и структурных преобразований, позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования и широкое распространение экологически ориентированных методов управления. В данном случае под новой моделью хозяйствования понимается экологически идеальная структура техносферы, базирующаяся на многоразовом потреблении и изначальном предотвращении процесса загрязнения ОС.

В настоящее время решение экологических проблем чаще связано с проведением прямых природоохранных мероприятий. Однако эти методы требуют значительных затрат и не всегда отвечают задачам охраны природы. Поэтому с точки зрения эффективного регулирования техногенного давления на природную среду наиболее перспективным является направление на предотвращение загрязнения ОС. Пока решение этой проблемы находится в начальной стадии, так как лишь 20 % инвестиций, направляемых на защюу ОС, идет на разработку технологий, предотвращающих загрязнение ОС. Основными из этих технологий являются, во-первых, реализация малоотходного и безотходного производства и, во-вторых, управление в процессе производственной деятельности эмиссией загрязняющих веществ. В настоящее время достигнуты определенные научные результаты в создании безотходных и малоотходных технологий в некоторых отраслях, однако массового распространения эти технологии не получили из-за технических трудностей и экономических ограничений. Поэтому наиболее актуальным представляется второе направление, опираю-

щееся на существующий уровень технологии производства. Однако развитие этого направления сдерживается отсутствием научно обоснованных механизмов управления антропогенной нагрузкой на ОС.

Для разработки таких механизмов применительно к транспортному комплексу необходимо учитывать современные тенденции государственного регулирования перевозочного процесса, связанные с созданием международных транспортных интермодальных коридоров, предполагающих комплексное использование автомобильного, водного и железнодорожного транспорта. Поэтому для уменьшения загрязнения ОС появляется возможность использовать, где это принципиально возможно, наиболее экологичные виды транспорта без изменения общего объема перевозок.

Оценка экологичности различных видов транспорта показала, что наиболее экологичным видом внутриконтинентального транспорта является водный транспорт. Поэтому одним из основных направлений предотвращения загрязнения ОС транспортным комплексом может являться приоритетное использование внутреннего водного транспорта. Решение этой проблемы включено в важнейшие задачи, решаемые на международном уровне Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций.

Внутренний водный транспорт (ВВТ) является сложной социально-технико-экономической системой, имеющей многосторонние связи с ОС. При этом основными источниками загрязнения являются суда и береговые объекты (БО), к которым относятся: порты; судоремонтные, судостроительные заводы; базы технического обслуживания флота; ремонтно-экс-плуатационные базы.

Проблемам исследования экологических аспектов деятельности ВВТ и

экологии водных объектов посвящены труды ученых Бараца В.А., Дегтярева В.В., Зубрилова С.П., Курникова A.C., Репшяка В.И., Розенберга Г.С., Селезнева В.А., Слюсарева A.C., Телегина А.И., Этина B.JI. и других. Вместе с тем анализ работ в области предотвращения загрязнения ОС на ВВТ показал, что основным направлением исследований до сих пор являлось обеспечение экологической безопасности судов, а БО уделялось мало внимания. Однако статистические данные о ежегодных объемах загрязнения ОС со стороны ВВТ показывают, что на долю БО приходится около 50 % выбросов в атмосферу, около 85 % объемов сточных вод и около 90 % отходов производства и потребления. Поэтому задача предотвращения загрязнения ОС БО остается весьма актуальной, но ее решение сдерживается отсутствием комплексных исследований в области создания эффективно действующих механизмов гармонизации развития производства и природопользования на БО, что является крупной научной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Тема диссертации непосредственно связана с программами многолетних научных исследований Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) в области обеспечения экологической безопасности судоходства и выполнялась в соответствии с планами НИР и ОКР Министерства транспорта РФ, а также Нижегородской комплексной экологической программой санации Волжского судоходства «Чистая Волга».

Научная новизна работы:

1. Впервые показана принципиальная возможность и определены условия достижения требуемого качества ОС в условиях внешних возмущающих воздействий за счет управления антропогенной нагрузкой.

2. Научно обоснован способ управления антропогенной нагрузкой, основанный на принципе стабилизации показателей качества ОС (целевые

показатели) за счет контроля и изменения показателей воздействия на ОС (косвенные показатели).

3. Впервые исследованы процессы управления антропогенной нагрузкой на основе косвенной информации о качественном состоянии ОС.

4. Определены условия достижения наилучшей точности стабилизации показателей качества ОС при управлении антропогенной нагрузкой.

5. Впервые исследована структурная устойчивость систем косвенного управления антропогенной нагрузкой.

6. Созданы проблемно-ориентированные процедуры сбора и обработки экологической информации с учетом особенностей БО ВВТ.

7. Получено математическое описание процессов формирования загрязнения сточных вод БО ВВТ.

8. Выполнена проблемная ориентация интеллектуальных систем, основанных на знаниях для принятия решений по управлению антропогенной нагрузкой на БО ВВТ.

Практическая значимость работы состоит в создании комплекса методов, моделей и алгоритмов, практически реализующих концепцию согласованного функционирования производства и природопользования и предназначенных для инженерной разработки подсистем управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ. Комплекс структурно инвариантен к предметной области и уровням управления и может применяться для любых БО ВВТ. Он позволяет синтезировать информационные технологии управления, включающйе формализованные экспертные знания и интерактивный диалог с конечным пользователем, что обеспечивает высокую эффективность, тиражируемое«, систем управления антропогенной нагрузкой и Их интеграцию с различными типами существующих систем управления -

автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы на четырех различных БО ВВТ: ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод», ОАО' «Нижегородский порт», ООО «Октябрьский ССРЗ» в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера-эколога с приложением соответствующего программного обеспечения.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс ВГАВТ в виде учебного пособия, конспектов лекций, компьютерных обучающих программ.

Достоверность научных положений обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью численных и натурных экспериментов и сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов. Положения аналитических исследований получены путем применения теорий множеств, сложных систем, чувствительности, матричного исчисления, выбора и принятия решений, распознавания образов, управления, а также методов моделирования и оптимизации.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на втором Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва, 1996 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997 г.), Международных научно-промышленных форумах «Великие реки» (Нижний Новгород, 1999, 2000, 2001, 2002 гг.), на IV Всероссийской научно-

практическЬй конференции «Проблемы водных ресурсов и утилизации отходов в транспортном комплексе России» (Москва, 2000 г.), на научно-практических семинарах Росречфлота «Экологические проблемы речного судоходства» (Москва, 2000 г.) и «Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности судоходства» (Москва, 2002 г.), на V Международной научно-практической конференции «Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России» (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Экодогичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве» (Н. Новгород, 2002 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями» (Пенза, 2002 г.)

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ВГАВТ - Этиным В.Л., Плотниковой В.Н. и других организаций - к.т.н. Карпенко С.Н. (алгоритмизация и программирование математических моделей).

При этом автору принадлежит:

направление, методология, постановка задач и программа исследований;

обоснование и построение математических моделей;

организация, планирование и проведение численных и натурных экспериментов;

обработка, анализ и обобщение данных численных и натурных экспериментов;

проектирование (эскизные проекты) подсистем системы управления

антропогенной нагрузкой;

непосредственное участие во внедрении результатов работы на БО ВВТ.

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 27 работ, в т. ч. 1 монографию, 1 учебное пособие, 2 конспекта лекций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 304 стр. машинописного текста и включает 82 рисунка, 18 таблиц. Список литературы состоит из 182 наименований. Приложение содержит таблицы и акты внедрений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель работы, задачи исследования, научная новизна диссертационной работы, практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы гармонизации функционирования производства и природопользования на БО ВВТ. Показано, что основные особенности природопользования на БО ВВТ связаны с воздействием этих предприятий на акваторию прилегающих к ним затонов.

Для определения путей гармонизации функционирования производства и природопользования на БО ВВТ можно выделить три сферы их взаимодействия: сферу производства и потребления, где технологические факторы имеют определяющее влияние на величину потребляемых природных ресурсов и отводимых загрязнений; сферу обработки и утилизации загрязнений, обеспечивающую обезвреживание загрязнений перед отведением в ОС или использование отходов в качестве вторичного сырья; сферу, охватывающую природно-антропогенные объекты и процессы природопользования. Более подробное рассмотрение процессов взаимодействия

выделенных трех сфер позволило определить следующие пути гармонизации функционирования производства и природопользования.

Первый путь связан с совершенствованием процессов, протекающих в пределах указанных сфер и, как показал анализ, может рассматриваться на данный момент как задача более далекой перспективы, поскольку требует значительных затрат от природопользователей.

Наиболее приемлемым и актуальным является второй путь - реализация стратегии взаимосвязанного управления по трем выделенным направлениям (сферам), заключающаяся в обеспечении планомерного достижения установленных целей наилучшим способом в смысле заданного критерия оптимальности (например, совокупного эколого-экономического эффекта). Этот путь предусматривает создание эффективных средств управления промышленным производством и природопользованием на основе математического моделирования и современных информационных технологий, объединенных в систему управления антропогенной нагрузкой (СУАН), и опирается на существующий уровень развития производства и обработки отходов.

На основании критического анализа известных автору литературных источников по рассматриваемой проблеме обоснована цель и сформулированы задачи исследования.

Во второй главе проведено исследование процессов управления антропогенной нагрузкой на ОС.

Поскольку точное измерение параметров состояния объекта управления (ОУ), которым в данном случае является природно-антропогенный объект, требует значительных затрат в качестве основного способа управления антропогенной нагрузкой предложено использовать известный способ управления на основе косвенной информации о состоянии ОУ (рис. 1).

Рис. 1. Схема управления антропогенной нагрузкой на основе косвенной информации

При таком подходе истинное значение параметров состояния ОУ необходимо восстанавливать с помощью соответствующих вычислительных процедур по результатам измерения других, более доступных для экспериментального анализа параметров состояния ОУ. Известно, что характерной особенностью подобного способа управления является наличие взаимосвязи различных каналов управления, которая проявляется в том, что каждое управляющее воздействие оказывает определенное влияние как на целевые, так и на все контролируемые косвенные переменные ОУ. По этой причине в работах В.Н. Смирнова показано, что наиболее эффективным методом анализа каналов управления сложными природно-промышленными объектами с позиций оценки их стационарных свойств является использование функций чувствительности.

В данной диссертационной работе, в пределах точности представления взаимосвязи переменных и параметров в ОУ и соответствующих функций чувствительности линейными матричными соотношениями (1), (2), (3), исследована система управления антропогенной нагрузкой на основе обобщенной матрицы управления RUY (рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема системы управления антропогенной нагрузкой на основе обобщенной матрицы управления

2 = УГгР+Е + ЦГги+и (1)

У = 1УГР*Р + 1¥уи*и, (2)

где Ъ,У,Р,и - векторы соответствующих переменных и параметров;

Н^гк Щи. Щп №уи - функции чувствительности, определяемые из следующих соотношений:

32 „, Э2

(3) ди

ус--I -

aF ги ди

IV ш -д¥

- —> "уц ~

Обобщенная матрица управления определяется как матрица преобразования, связывающая значения управляющих воздействий с вариациями контролируемых косвенных переменных соотношением:

и = -Яш*Г. (4)

В результате соответствующих преобразований выражений (1), (2) и (4) определено значение матрицы управления, обеспечивающее инвариантность целевых показателей управления относительно возмущающих воздействий:

= (/у - Ааг * 1¥ги )-1 * Аиу, (5)

ГДе ¿иг = Кг * )"' * ™иг * Ж2РУ , (6)

ГДе Щрг = * ^у * * ^ )"', (7)

1у— единичная матрица, имеющая размерность вектора управления.

Этот факт доказывает принципиальную возможность достижения требуемого качества ОС (цель управления) в условиях внешних возмущений за счет управляющих воздействий (антропогенная нагрузка) на природно-антропогенный объект.

Исследование вопросов качества управления позволило определить условие точной стабилизации целевых показателей:

02иР=0, (8)

где = && - 0.?.т * * (9)

где = Ъи *Кг *ШшУ (10)

Ярур = Щу * * Фру У1 * И(11) которое выполняется при т=пи г=к, где т - число косвенных показателей;

п — число возмущающих воздействий; г — число управляющих воздействий; к - число целевых показателей.

Анализ структурной устойчивости системы косвенного управления показал, что найденное значение обобщенной матрицы управления (5), обеспечивающее инвариантность целевых показателей не всегда соответствует условиям устойчивости системы управления. Поэтому были определены способы повышения устойчивости системы путем введения корректирующего звена с передаточной функцией, соответствующей матрице:

УГт*Виг. (12)

реализующей функцию компенсации обратной связи (рис. 3).

Рис. 3. Замкнутый контур управления с корректирующим звеном Идентификация переменных состояния ОС при косвенном управлении показала, что в основе построения СУ АН должен лежать принцип стаби-

лизации показателей качества ОС (целевые показатели) за счет контроля и изменения показателей воздействия на ОС (косвенные показатели). Подобный подход дает возможность использовать в качестве функциональных зависимостей целевых и косвенных показателей управления соотношения между нормативами качества ОС и нормативами воздействия, полученные в работах В.П. Кухаря и H.A. Ситенко.

Исследование процессов управления антропогенной нагрузкой показало, что оптимальное сочетание технико-экономических и экологических показателей возможно в рамках интегрированных автоматизированных систем управления природно-промышленными объектами (ИАСУ ППО) регионального и локального уровней, включающих в себя в качестве подсистем АСУП, АСУТП и АСУАН. На примере двухуровневой ИАСУ ППО с централизованной информационной структурой и автономным управлением поставлена и решена задача оптимизации процессов управления на основе минимизации функционала:

F(l3) = F(I„ gb Y„ 3J = min, I3el (13)

где Lj - экономически допустимый уровень загрязнения ОС для данного объекта;

I,- обобщенный индекс суммарного загрязнения ОС данного объекта в f-ом году;

g,- кратность превышения I, объекта его критического уровня в /-ом году;

Y, - экономический ущерб от загрязнения ОС объектом в /-ом году;

3, - приведенные затраты на ИАСУ ППО в /-ом году;

I- множество ограничений на /э, определяемое экспертным путем.

Третья глава посвящена информационному обеспечению СУАН БО ВВТ. Предложена структура СУАН, включающей в себя следующие подсистемы (рис. 4): контроля качества ОС; сбора, хранения и обработки экологических данных; прогнозирования качества ОС; поддержки и принятия решений по управлению качеством ОС. Поскольку функционально СУАН является сложной системой, в качестве метода разработки выбран блочный принцип построения данной структуры и декомпозиционный метод ее исследования.

,----------------------------------------------------------

Рис. 4 Функциональная структура системы управления антропогенной нагрузкой

Для построения подсистемы контроля качества ОС, применительно к БО ВВТ проведены экспериментальные исследования качества воды акваторий затонов судоремонтных заводов и баз технического обслуживания флота Нижегородской области. Методика гидрохимического исследования предусматривала пробоотбор в трех точках каждого затона, выбор которых основывался на анализе антропогенного воздействия на качество

воды этих водоемов. В зависимости от путей поступления загрязняющих веществ в акваторию затона отбирались пробы в точке, в которой на качество воды влияет сток БО, в точке, где загрязнение воды обусловлено коррозией судов, находящихся на отстое, и в точке выхода, где происходит смешение воды затона с водами основного потока р. Волги.

В результате проведенных исследований выявлено, что для всех затонов приоритетными загрязняющими веществами являлись медь, нитрит-ный азот и железо. Среднее содержание меди составило (4-6) предельно допустимых концентраций (ПДК). Загрязнение воды железом соответствовало (1,2-1,4) ПДК, что по средним показателям не превышало содержания этого ингредиента в воде основного русла р. Волги. Средние концентрации нитритного азота в воде затонов изменялись в пределах (2,0-5,2) ПДК, что в 1,1-4,3 раза выше, чем в основном русле, и является результатом малой проточности затонов. Содержание остальных загрязняющих веществ в воде затонов и в воде основного русла отличалось незначительно (рис. 5). По комплексу контролируемых показателей вода всех обследованных затонов относилась к классу умеренно загрязненных вод. В затонах несколько выше, чем в р. Волге концентрации биогенных веществ и в результате несколько ниже содержание растворенного кислорода, что связано с отсутствием проточности и, вследствие этого, более существенным прогревом воды и более интенсивными внутриводоемными биохимическими процессами.

Основной особенностью гидрохимического режима затонов БО является наличие пространственно-временных неоднородностей распределения загрязняющих веществ по объему водного объекта (рис. 6), что может привести к сбору необъективной информации о качестве воды этих акваторий. Выявление пространственных неоднородностей производилось срав-

нением результатов химического анализа проб воды в разных точках по поверхности акватории затона (горизонтальная составляющая), а также в поверхностном и придонном слое (вертикальная составляющая). Для получения более достоверной информации о качестве воды акваторий затонов БО ВВТ в работе предложены практические рекомендации по корректной организации пробоотбора.

Одной из основных задач подсистемы обработки информации в СУ АН является уменьшение объемов ее хранения за счет процедуры сжатия информации. В данной диссертационной работе на основе кластерного анализа и метода автоматической классификации с использованием разработанного алгоритма сжатия экологической информации (рис. 7) реализована процедура сжатия информации по контролю качества воды акваторий БО, полученной в результате отмеченных экспериментальных исследований. В результате объем хранения информации уменьшился в 5 раз.

Четвертая глава посвящена математическому обеспечению элементов СУ АН на БО ВВТ. Поскольку использование прогностической информации для управления антропогенной нагрузкой требует перехода от качественных оценок состояния ОС к количественным на основе моделирования процессов загрязнения ОС, основное внимание уделено моделям и методам прогнозирования состояния ОС.

Несмотря на существенные различия компонентов природной среды существует общий подход к количественному описанию процессов их загрязнения, основанный на выделении общей информации, необходимой для построения 'модели. Такой информацией являются три главные группы параметров: источника, среды и граничных условий. Для каждой из рассматриваемых компонент природной среды (воздух, вода, почва) в работе определен состав этих групп параметров.

пдк

а) з а т о н "Память Парижской коммуны'

6) затон "40 лет Октября'

пдк

П Пи

3 2 -1 -0

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

]

г! ГЦ,гИ,

| □ 3 атон

»Основное русло

6ЦДК

5 4

3 2 -1 О

Гк

в)затон "Теплоход'

,п .1.П1.П

о Затон

ИОсноаное русло

Рис. 5. Гидрохимическое обследование затонов БО ВВТ

Вертикальная составляющая

¿Р «ь* * О* ^ ^ ^ ^

Горизонтальная составляющая

14,8

4 О* ^ ^ <#>

Рис. б. Пространственная неоднородность распределения загрязняющих веществ в затонах

Рис. 7. Блок-схема сжатия экологической информации

Для создания подсистемы прогнозирования состояния ОС в СУАН БО ВВТ решена практическая задача построения математических моделей загрязнений гидросферы и атмосферы. Применительно к гидросфере разработана и протестирована на основе статистических данных имитационная модель загрязнения сточных вод БО ВВТ с детерминированной и стохастической составляющими.

Математическое описание основано на модели БО, в которую входит следующая информация: подробная схема взаиморасположения источников загрязнения, связанных канализационной сетью данного БО; объемы сброса воды и концентрации сбрасываемых загрязняющих веществ (ЗВ) для каждого источника загрязнения; график сброса ЗВ на БО, составленный из графиков сброса ЗВ каждым источником загрязнения БО (цех, участок и т. п.). Целью прогнозирования загрязнения сточных вод является расчет концентраций сбрасываемых ЗВ в выходном узле системы отвода сточных вод БО.

Детерминированная составляющая общей модели прогнозирования описывает процессы перемешивания сточных вод:

мю+м„

м„+му

ТК{1-тк,)*Ср,к-тК1)*Тк1

УМ

(14)

(15)

где

номер узла системы водоотведения БО: 1,2, номер ЗВ: 1,2,..., Мзв; количество источников загрязнения; количество узлов системы водоотведения БО; Мзв - количество ЗВ;

УкО) - объем воды в к-ом узле системы водоотведения БО;

Р~

Мш-

Му-

Срк([)~ концентрация р-го ЗВ в к-ом узле системы водоотведения БО; У,({) — расход воды в /-ом источнике загрязнения (узле): г=1,..., Мш + Му; Ср,0) - концентрация р-то ЗВ в /-ом источнике загрязнения (/=1,2,..., Миз) или концентрация р-го ЗВ в /-ом узле (/ = М„3 + 1, Мш+ 2, ..., М„3 + Му)\

тК1 - время добегания воды от /-го узла до к-го узла;

Тк, — описание (матрица) топологии канализационной системы.

Для моделирования стохастической составляющей общей модели разработана многомерная нормальная марковская модель с заданной глубиной связанности. При создании этой модели концентрации ЗВ рассматриваются как набор зависящих от времени случайных функций:

ХР(1), р = 1,2, ..., т, (16)

где т - количество ЗВ.

Значения этих функций измеряются (фиксируются) в дискретные моменты времени и представляются в виде:

/ ч Р~Х / ч т Ы / \

*до= 2>; (п)

е=1 /=1 у=1

где И- глубина связанности процессов;

а? - параметры модели, зависящие от авто- и взаимоковариационных функций случайного ряда ХР(х).

Значения параметров модели (17) определялись в результате вычислительного эксперимента по методу наименьших квадратов с использованием серий экспериментальных данных, полученных в результате измерения значений концентраций ЗВ в моменты времени I - И, I - N - 1,..., 1 - 1,1.

Анализ результатов расчета параметров модели (17) и тестирования этих параметров, проведенных на основе имеющихся статистических дан-

ных подтвердил корректность разработанного программного обеспечения и применимость марковской модели для описания стохастической составляющей модели загрязнения сточных вод БО ВВТ.

При разработке математического обеспечения прогнозирования процессов загрязнения атмосферы выбросами БО ВВТ определено, что при установившихся режимах выбросов наиболее целесообразно использовать статистическую модель нелинейной регрессии, предложенную В.Н. Смирновым:

у,Р = Ъ0* ехр(Ь, *х, + Ь2* х), (18)

где уС - концентрация ЗВ в атмосфере;

х, - расстояние от источника выброса;

Ь0, Ь/, Ь2 - параметры модели, определяемые методом последовательной аппроксимации. В случае критических ситуаций или при резких изменениях атмосферных процессов, для оперативного прогноза уровня загрязнения атмосферы необходимо использовать модель «факела»:

С{х, у, г, Я) = --Я---ехр(- • ехр[- +

2поу аг-и I 2<ху I 2а:

Г 211 (19)

где С(х, у, 2, Н)- поле концентраций примеси; х, у, г- координаты пространства; Н - эффективная высота подъема «факела»; £) - расход примеси;

и - средняя скорость ветра в горизонтальном направлении; сту, сгв - стандартные отклонения размеров «факела» в направлении осей у иг при данном

Для оценки экономической эффективности прогностической информации автором предложена экономико-статистическая модель (20), учитывающая характер распределения предсказанных значений показателей состояния ОС, чувствительность природопользователя к изменению состояния ОС и отклонения прогнозов от фактических значений:

л/2 71 \

(20)

где Эп - экономический эффект прогнозов;

А, В- параметры функции ущербов;

сг- среднеквадратическое отклонение фактических значений показателя;

а - среднеквадратическое отклонение предсказанного значения показателя;

р - коэффициент корреляции между фактическим и предсказанным значением показателя.

Экономическая эффективность в данном случае выражается в сокращении потерь природопользователя, которые определяются с использованием матрицы сопряженности и платежной матрицы следующим образом:

= (21) где Р - матрица сопряженности;

5 - платежная матрица.

Матрица сопряженности

Прогноз Фактическое состояние Число случаев

Ф! Ф2

п, N.. N,2 П|0

п2 N2, N22 "20

Сумма N0, N02 П

пу — число случаев осуществления фазы <1^ при прогнозе П,; % - повторяемость прогнозов П,.

Платежная матрица

Прогноз Потери

Ф, Ф2

п, в,, 5,2

п2 8,, ^22

П1 соответствует прогнозу, когда ожидается неблагоприятное состояние ОС; П2 - прогнозу, что это состояние не наступит. Ф| и Ф2 соответствуют реально наблюдавшимся фазам состояния ОС.

Данная модель применялась на этапе внедрения при технико-экономическом обосновании применения СУ АН на БО ВВТ.

В пятой главе решается задача проблемной ориентации моделей и методов принятия решений для управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ. Показано, что при описании функционирования сложных природно-антропогенных объектов, которыми являются БО ВВТ, необходимо использовать для выработки решений качественную информацию, которая, как правило, имеет нечетко определенный характер.

На основе систематизации основных задач принятия решений при нечеткой исходной информации в диссертации определены основные характеристики и интерпретация задач принятия решений для оптимизации управления антропогенной нагрузкой, а также присущие им виды нечеткости.

Для разработки проблемно-ориентированного математического обеспечения принятия решений по управлению антропогенной нагрузкой на основе теории нечетких множеств выполнено нечеткое описание процесса управления антропогенной нагрузкой. При этом принято, что нечеткая модель - это модель, которая включает качественную форму по крайней мере для одного из следующих элементов: цель существования, критерий функционирования, состояние (в частности, значение параметра), оценка

состояния воздействия (в частности, решение), алгоритм функционирования. Известно, что под нечеткой моделью понимается пара

2 = {Л, Я}, (22)

где А - некоторое непустое множество; /? - система математических отношений (соответствий, отображений), определенных на множестве.

Известно также, что нечеткий алгоритм, реализующий закон управления процессом, базируется на нечетком отображении

Я:Х-*У, (23)

представляющем собой нечеткое подмножество множестваXх Ус функцией принадлежности [лк(х, у), такой, что

Ища)(у) = пир тт[щА)(х), /лк(х, у)], (24)

где А с:Х, К(А) сг У- нечеткие подмножества,

ия(а)(у), Ых> У). И(а)(х) ~ функции принадлежности. Нечеткое отображение (23) интерпретируется с точки зрения теории отношений в вцце:

Л- еашХ, то У, (25)

где X, У- соответственно входные и выходные переменные процесса управления антропогенной нагрузкой, представленные в виде нечетких множеств.

На основании этого полная нечеткая модель управления антропогенной нагрузкой в самом общем случае состоит из совокупности правил (25), а функция принадлежности нечеткого отношения

Я: если А, то В (А сХ, В <= У) (26)

определяется как

Ы^У) = тт[ц(А)(х), цв(у)], х еХ, у е У. (27)

Для построения нечетких отношений решена задача идентификации нечеткого отношения /?, переводящего все нечеткие значения переменных

состояния ОУ и управляющих воздействий в соответствующие выходные значения. При этом в основе внешнего описания, служащего источником информации при идентификации, лежит формализованный опыт специалистов. Идентификация модели считается законченной, если она адекватно отражает представления специалистов-экспертов о функционировании ОУ.

Для получения заключения об адекватности модели учитывается, что элементы матрицы отношений Я характеризуют степень принадлежности пары значений вход-выходных переменных г(х,у) нечеткому подмножеству множества X х У. Таким образом, подставляя в отношение Л пару (х,у), будем получать степень принадлежности г(х,у) е [0,1] данного выходного значения у к нечеткому подмножеству значений у0, субъективно описанных в модели. При удовлетворительном отражении в нечеткой модели представлений экспертов о функционировании ОУ может быть сделано заключение об адекватности нечеткой модели реальным процессам. В этом случае нечеткую модель Щх.у) можно рассматривать как нечеткий алгоритм распознавания степени близости заданного значения у к у . При отрицательной оценке процесс идентификации повторяется, причем на первом его этапе осуществляется анализ и корректировка исходной информации.

После решения задачи идентификации можно перейти к решению основной задачи - принятия решений по управлению антропогенной нагрузкой. Выходным решением данной задачи является рекомендация по ведению технологического процесса в нечетких условиях.

Известно, что в общем виде функционирование нечеткой системы принятия решений описывается матрицей соотношения

К:ХхЦГхУ->[ 0,1], (28)

где X, У- множество входных и выходных переменных соответственно;

(V-множество управляющих воздействий.

В рассматриваемом случае задачу управления можно сформулировать следующим образом: требуется так воздействовать на технологический процесс (в рамках ограничения на управляющие воздействия) в условиях ограниченной информации о нем, чтобы при любых возмущающих воздействиях значения целевой функции находились в допустимых пределах.

С точки зрения теории нечетких множеств она формулируется следующим образом: зная нечеткое подмножество цели управления Q(y) и отображение (28) определить объединение всех возможных стратегий управления, удовлетворяющих отношению

(29)

где - пространство управляющих стратегий некоторой л-системы.

Решение этой задачи позволило определить область изменения действительных значений управляющих воздействий, заключенных в интервале

IV е

(30)

где (IV,) - функция принадлежности, определяющая нижнюю границу стратегии управления;

Ми? ) ~ функция принадлежности, определяющая верхнюю границу стратегии управления.

Блок-схема алгоритма принятия решений при управлении антропогенной нагрузкой приведена на рис. 8.

На основе разработанного математического обеспечения предложена структура (рис. 9) и алгоритм (рис. 10) функционирования проблемно-ориентированной экспертной системы. Отличительной особенностью предложенной экспертной системы по сравнению с традиционным подходом является оперативное использование объективной и субъективной инфор-

мации. Сложности с обеспечением экспертной системы достоверной субъективной информацией решаются подсистемой накопления знаний. Она позволяет на основе формализованных методов обобщения, решения по аналогии и т. п. формализовать зависимости из неполных данных. Для решения интерактивных задач системы, в частности, диалоговых режимов ввода экспертных оценок, в архитектуре экспертной системы предусмотрен интерфейс «система - пользователь».

Шестая глава посвящена вопросам практической реализации СУАН на БО ВВТ. На примере водной компоненты ОС разработан программный комплекс «Система управления загрязнением сточных вод» (СУЗСВ), который входит в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера-эколога. Основными компонентами этого комплекса являются: база данных и знаний, подсистема прогнозирования загрязнения сточных вод и подсистема поддержки принятия решений. Программное обеспечение реализовано в среде программирования 1)е1рЫ 5,0 и представлено в виде набора программных модулей и диалоговых форм, обеспечивающих автоматизацию выполнения отдельных действий технологической схемы управления загрязнением сточных вод.

СУЗСВ предназначена для автоматизации процессов управления концентрацией ЗВ в сточных водах БО ВВТ. Основными функциями СУЗСВ являются:

- прогнозирование уровня загрязнения сточных вод БО ВВТ в зависимости от текущего состояния параметров технологического процесса;

- формирование рекомендаций по принятию решений об изменении параметров технологического процесса БО ВВТ в целях снижения уровня загрязнения сточных вод;

- организация хранения и доступа к информации, необходимой для решения всего комплекса задач, стоящих перед СУЗСВ.

Рис. 8. Блок-схема алгоритма принятия решений и формирования рекомендаций по управлению антропогенной нагрузкой

Рис. 9. Структурная схема экспертной системы принятия решений при управлении антропогенной нагрузкой

НАЧАЛО

Инициализация системы

Интерфейс «система-пользователь»

Ввод информации

■ш

* Формализация

Прогноз параметров состояния

Объяснение результатов прогноза <-

Закрытие информационных массивов

КОНЕЦ

Рис. 10. Общий алгоритм функционирования проблемно-ориентированной экспертной системы

РОС. НАЦИвНАЛЬНАЯ , БИБЛИОТЕКА | (¡.Петербург 1

ОЭ 100 акт !

База данных и знаний включает следующие основные разделы:

- описание БО;

- описание суточных режимов сброса ЗВ участками;

- описание суточных режимов сброса ЗВ БО;

- описание месячного графика сброса ЗВ БО.

Подсистема прогнозирования уровня загрязнения сточных вод предназначена для расчета концентрации ЗВ в выходном узле системы отвода сточных вод БО и представлена в виде отдельного модуля СУЗСВ. Результатами расчета, который ведется с применением разработанной в 4 главе имитационной модели, являются:

- прогноз (график) суточного изменения концентраций каждого ЗВ в выходном узле системы отвода сточных вод БО;

- интегральная (средняя) концентрация каждого ЗВ в выходном узле за сутки;

- максимальная концентрация каждого ЗВ в выходном узле за сутки.

Подсистема поддержки принятия решений предназначена для автоматизации выбора варианта месячного графика сброса ЗВ БО, удовлетворяющего заранее заданным критериям. Подсистема представлена набором программных компонент СУЗСВ и схемой применения этих компонент (рис. 11). Основными компонентами подсистемы поддержки принятия решений являются:

- раздел базы данных «Описание суточных режимов сброса ЗВ участками»;

- раздел базы данных «Описание суточных режимов сброса ЗВ БО»;

- подсистема прогнозирования уровня загрязнения сточных вод;

- экспертная подсистема оценки степени допустимости варианта суточного графика сброса ЗВ БО.

Практическое применение подсистемы поддержки принятия решений разбивается на два основных этапа: этап подготовки к работе и этап применения - анализ месячного графика сброса ЗВ БО.

I______________________I

Рис 11. Схема выполнения основных действий подсистемы поддержки принятия решений

На этапе подготовки выполняются следующие действия (рис. 11):

1. Ввод описания берегового объекта (БО).

2. Описание допустимых вариантов суточных режимов сброса ЗВ каждого участка (РСПУ).

3. Расчет допустимых вариантов суточных графиков сброса ЗВ БО (СГСБО). .

На этапе анализа месячного графика сброса БО (МГСБО) выполняются следующие действия:

4. Ввод заданного месячного графика сброса ЗВ БО (МГСБО).

5. Получение прогноза изменения концентрации ЗВ для заданного месячного графика сброса ЗВ БО (расчет МГСБО).

6. Корректировка месячного графика сброса ЗВ БО.

Разработанная технология построения СУ АН внедрена и функционирует в виде АРМов инженера-эколога на четырех различных БО ВВТ -судостроительном заводе ОАО «Завод Нижегородский теплоход», судоремонтных заводах ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод» и ООО «Октябрьский ССРЗ» и в речном порту ОАО «Нижегородский порт». Применение СУ АН на этих предприятиях позволило получить годовой предотвращенный ущерб ОС в размере 120 млн. рублей, что подтверждается соответствующим актом внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге проведенных исследований получено теоретическое обоснование и практическая реализация методов, математических моделей и алгоритмов для управления антропогенной нагрузкой на ОС со стороны БО ВВТ. Научные результаты, полученные в данной работе, представляют методологию управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ, в состав которой входит:

1. Теоретические основы управления антропогенной нагрузкой на ОС, содержащие следующие направления:

- использование способа управления на основе косвенной информации о состоянии объекта управления;

- анализ квазистационарных процессов управления антропогенной нагрузкой на основе функций чувствительности;

- построение обобщенных матриц косвенного управления, обеспечивающих наилучшую точность управления;

- анализ структурной устойчивости систем косвенного управления антропогенной нагрузкой.

2. Методы оптимизации процессов управления антропогенной нагрузкой, включающие в себя:

- иерархические модели природно-промышленных объектов для автоматизации управления антропогенной нагрузкой;

- оптимизационные эколого-экономические модели на основе рассмотрения глобальной и локальной целевых функций управления;

- алгоритмы выбора оптимальных стратегий управления антропогенной нагрузкой.

3. Способы информационного обеспечения систем управления антропогенной нагрузкой, включающие в себя:

- структуру обмена информационными потоками в процессе управления антропогенной нагрузкой;

- проблемно-ориентированные процедуры сбора и обработки экологической информации.

4. Методы и алгоритмы математического описания элементов системы управления антропогенной нагрузкой, включающие в себя:

- общий подход к математическому описанию загрязнений различных компонент ОС;

- классификацию моделей прогнозирования состояния ОС;

- имитационную модель формирования загрязнения сточных вод БО;

- диффузионную и статистическую модель распространения примесей

в атмосфере для БО.

5. Методы и алгоритмы принятия решений при управлении антропогенной нагрузкой, включающие в себя:

- классификацию задач принятия решений;

- формализацию и переработку качественной информации;

- идентификацию нечеткой модели объекта управления;

- структуру, архитектуру и алгоритм функционирования проблемно-ориентированной экспертной системы принятия решений.

6. Методика построения систем управления антропогенной нагрузкой, состоящая из:

- технологии создания модели БО;

- разработки подсистемы прогнозирования состояния ОС;

- разработки подсистемы поддержки и принятия решений.

- при создании СУ АН на ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод», ООО «Октябрьский ССРЗ», ОАО «Нижегородский порт»;

- при использовании в учебном процессе Волжской государственной академии водного транспорта на кафедре «Теория корабля и экология судоходства» для отработки навыков по использованию информационного и программного обеспечения СУ АН на БО ВВТ;

- при разработке отраслевых документов по экологической безопасности ВВТ.

Полученные результаты подтвердили эффективность и практическую

реализуемость предложенной методологии управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Наумов B.C. Управление окружающей средой на промышленных предприятиях водного транспорта: Монография. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002.-220 с.

2. Этин B.JL, Наумов B.C., Иконников A.A., Плотникова В.Н. Обеспечение экологической безопасности судов и промышленных предприятий водного транспорта. - Н. Новгород: Изд-во ГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - 264 с.

3. Этин B.JL, Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта. Ч. 1. — Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1997. - 207 с.

4. Этин B.JL, Иконников A.A., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта. Ч. 2. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2000. - 207 с.

5. Наумов B.C., Карпенко С.Н. Об одном подходе к автоматизации процессов управления качеством сточных вод промышленного предприятия // Экологические системы и приборы. - 2003. -№ 3. - С. 45-48.

6. Наумов B.C., Этин B.JI. Пути гармонизации развития производства и природопользования промышленных предприятий водного транспорта // Сб. докл. Всероссийской научно-техн. конф. «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве». - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 2002. - С. 544-548.

7. Наумов B.C. Управление окружающей средой в процессе эксплуатации международных транспортных коридоров // Вестник ВГАВТ. Сер. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вып. 1. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002. - С. 139-142.

8. Этин B.JI., Наумов B.C. Роль экологического аспекта деятельности речного транспорта в развитии перевозок на внутренних водных путях // PAT, Волго-Вятское отделение. Юбилейный выпуск научных трудов. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2000. - С. 106-108.

9. Косариков А.Н., Этин В.Л., Наумов B.C. и др. Очистка рек Нижегородской области от крупногабаритных отходов судоходства // В сб. трудов ВГАВТ, № 282, ч. 1. 1998. - С. 252-253.

10. Наумов B.C. Информационное обеспечение систем управления окружающей средой промышленных предприятий водного транспорта // Сб. докладов Всероссийской научно-техн. конф. «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве». - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 2002. - С. 510-514.

11. Наумов B.C., Этин В.Л. Принципы создания и функционирования автоматизированных систем управления окружающей средой промышленных предприятий водного транспорта // Вестник ВГАВТ. Сер. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вып. 1. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002.-С. 142-145.

12. Наумов B.C. Особенности контроля качества вод на промышленных предприятиях водного транспорта // Сб. материалов V Международной научно-практич. конф. «Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России». - Пенза: Изд-во МНИЦ ПГСХА, 2002. -С. 93-94.

13. Этин В.Л., Наумов B.C. Обеспечение экологической безопасности судоходства на реках России // В сб. трудов ВГАВТ, № 288, ч. 1. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1999. - С. 25-30.

14. Наумов B.C. Оценка экономической эффективности прогностической информации в системах управления окружающей средой предприятий

// Сб. материалов Всероссийской научно.-практич. конф. «Экологичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства». - Пенза: Изд-во ПДЗ, 2002. - С. 18-22.

15. Этин B.JL, Наумов B.C., Плотникова В.Н. Особенности водообес-печения малых жилых объектов // В сб. трудов ВГАВТ, № 282, ч. 1. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1998. - С. 76-82.

16. Этин В.Л., Наумов B.C. Оценка антропогенного воздействия на акватории судоремонтных заводов и баз отстоя флота // Тезисы докладов Международного научно-практич. форума «Великие реки 2000». - Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2000. - С. 264-265.

17. Этин B.J1., Наумов B.C. Производственный контроль за обеспечением экологической безопасности судов на внутренних водных путях // В сб. трудов ВГАВТ, № 282, ч. 1. - Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1998. -С.57-63.

18. Наумов B.C. Классификация моделей прогнозирования загрязнения окружающей среды // Сб. материалов VII Международной научно-практич. конф. «Биосферосовместимые и средозащитные технологии при взаимодействии человека с окружающей средой». - Пенза: Изд-во МНИЦ ПГСХА, 2002. - С. 133-135.

19. Косариков А.Н., Этин B.JI., Наумов B.C. Проблемы очистки бассейна реки Волги от крупногабаритных отходов речного судоходства // Тезисы докладов Международной научно-практич. конф. «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод». - Пенза: Изд-во ПДЗ, 1997. -С. 24-26.

20. Этин B.JL, Наумов B.C., Минеев Б.А., Петров Ю.Н. Автоматизированные комплексы водообеспечения для Нижегородской программы «Чис-

тая вода - детям» // Тезисы докладов II Международного конгресса «Вода, экология и технология». - М.: Изд-во «Сибико интернейшнл», 1996. -С.286-291.

21. Наумов B.C. Системы экологического управления - инновационный процесс в управлении предприятиями и организациями // Сб. статей Международной научно-практич. конф. «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями». - Пенза: Изд-во ПДЗ, 2002.-С. 379-381.

22. Этин B.JL, Наумов В.С и др. Автономность плавания судов по условиям экологической безопасности // В сб. трудов ВГАВТ, № 282, ч. 1.

- Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1998. - С. 64-75.

23. Наумов B.C. Обработка информации в системах управления качеством вод // Сб. материалов V Международной научно-практич. конф. «Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России».

- Пенза: Изд-во МНИЦ ПГСХА, 2002. - С. 90-93.

24. Наумов B.C., Этин B.JI. Управление окружающей средой - основной путь экологизации хозяйственной деятельности // Сб. материалов Всероссийской научно.-практич. конф. «Экологичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства». -Пенза: Изд-во ПДЗ, 2002. - С. 13-16.

25. Наумов B.C. Экологический контроль на Волжском водном пути международных транспортных коридоров // Тезисы докладов Международного конгресса «Великие реки 2001». - Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2002. - С. 348-349.

26. Наумов B.C., Этин B.JI. Подсистема принятия решений для управления окружающей средой // Сб. материалов VII Международной научно-практич. конф. «Биосферосовместимые и средозащитные технологии при

взаимодействии человека с окружающей средой». - Пенза: Изд-во МНИЦ ПГСХА, 2002. - С. 135-137.

27. Этин B.JI., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов // Тезисы докладов IV Всероссийской научно-практич. конф. «Проблемы водных ресурсов и утилизации отходов в транспортном комплексе России. - М.: Изд-во МИИТ, 2000. - С. 40-41.

Лицензия JIP № 040890 от 15.04.98

Формат бумаги 60x84 '/)6 Бумага писчая. ' ' Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 2,0.

Заказ 446. Тираж 100.

Лицензия ПЛД 55-24 Издательско-полиграфический комплекс ГОУ ВПО ВГАВТ 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

i «

1 1

110389 7

I ¡

Содержание диссертации, доктора технических наук, Наумов, Виктор Степанович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ГАРМОНИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НА БЕРЕГОВЫХ ОБЪЕКТАХ ВНУТРЕННЕГО ВОДНОГО ТРАНСПОРТА.

1.1. Особенности антропогенного воздействия береговых объектов внутреннего водного транспорта на окружающую среду.

1.2. Пути гармонизации развития производства и природопользования на береговых объектах внутреннего водного транспорта.

1.3. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ.

2.1. Подход к управлению антропогенной нагрузкой на основе косвенной информации о состоянии окружающей среды.

2.2. Функции чувствительности объекта управления и методы их получения.

2.3. Построение обобщенной матрицы косвенного управления.

2.4. Структурная устойчивость системы косвенного управления.

2.5. Идентификация переменных состояния окружающей среды при косвенном управлении антропогенной нагрузкой.

2.6. Оптимизация процессов управления антропогенной нагрузкой.

2.7. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ НА БЕРЕГОВЫХ ОБЪЕКТАХ ВНУТРЕННЕГО ВОДНОГО ТРАНСПОРТА.

3.1. Особенности контроля качества окружающей среды на береговых объектах внутреннего водного транспорта.

3.2. Методы обработки информации в системах управления антропогенной нагрузкой.

3.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ НА БЕРЕГОВЫХ ОБЪЕКТАХ ВНУТРЕННЕГО ВОДНОГО ТРАНСПОРТА.

4.1. Общий подход к количественному описанию процессов загрязнения окружающей среды.

4.2. Классификация моделей прогнозирования загрязнения окружающей среды и их особенности.

4.3. Моделирование процессов загрязнения сточных вод береговых объектов внутреннего водного транспорта.

4.3.1. Модель перемешивание сточных вод (детерминированная составляющая общей модели).

4.3.2. Модель учета случайных факторов (стохастическая составляющая общей модели).

4.4. Моделирование процессов загрязнения атмосферы береговыми объектами внутреннего водного транспорта. а- 4.5. Экономико-статистическая модель оценки эффективности прогностической информации.

4.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ПРОБЛЕМНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ

НАГРУЗКОЙ.

5.1. Классификация задач принятия решений.

5.2. Разработка проблемно-ориентированного математического # обеспечения для принятия решений по управлению антропогенной нагрузкой.

5.2.1. Формализация и переработка качественной информации при управлении антропогенной нагрузкой.

5.2.2. Идентификация нечеткой модели объекта управления.

5.3. Построение подсистемы принятия решений при управлении антропогенной нагрузкой.

5.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ НА БЕРЕГОВЫХ ОБЪЕКТАХ ВНУТРЕННЕГО ВОДНОГО ТРАНСПОРТА.

6.1. Разработка системы управления загрязнением сточных вод.

6.1.1. База данных и знаний.

6.1.2. Подсистема прогнозирования загрязнения сточных вод.

6.1.3. Подсистема поддержки принятия решений.

6.2. Пример функционирования системы управления загрязнением сточных вод на ОАО «Завод Нижегородский теплоход».

6.3. Социально-экономический эффект от управления антропогенной нагрузкой на береговых объектах внутреннего водного транспорта.

6.4. Выводы по главе.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Предотвращение загрязнения окружающей среды на внутреннем водном транспорте управлением антропогенной нагрузкой"

Одной из главных задач, сформулированных в концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, является коренное улучшение состояния окружающей среды (ОС) за счет экологизации экономической деятельности в рамках институциональных и структурных преобразований позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования и широкое распространение экологически ориентированных методов управления [1]. В данном случае под новой моделью хозяйствования понимается экологически идеальная структура техносферы, базирующиеся на многоразовом потреблении и изначальном предотвращении процесса загрязнения ОС.

В настоящее время решение экологических проблем чаще связано с проведением прямых природоохранных мероприятий. Однако эти методы требуют значительных затрат и не всегда отвечают задачам охраны природы. Поэтому с точки зрения эффективного регулирования техногенного давления на природную среду наиболее перспективным является направление на предотвращение загрязнения ОС. Пока решение этой проблемы находится в начальной стадии, так как лишь 20 % инвестиций, направляемых на защиту ОС, идет на разработку технологий, предотвращающих загрязнение ОС [2]. Основными из этих технологий являются во-первых реализация малоотходного и безотходного производства и во-вторых управление в процессе производственной деятельности эмиссией загрязняющих веществ. В настоящее время достигнуты определенные научные результаты в создании безотходных и малоотходных технологий в некоторых отраслях, однако массового распространения эти технологии не получили из-за технических трудностей и экономических ограничений. Поэтому наиболее актуальным представляется второе направление, опирающееся на существующий уровень технологии производства. Однако развитие этого направления сдерживается отсутствием научно обоснованных механизмов управления антропогенной нагрузкой ОС.

Для разработки таких механизмов применительно к транспортному комплексу необходимо учитывать современные тенденции государственного регулирования перевозочного процесса, связанные с созданием международных транспортных интермодальных коридоров, предполагающих комплексное использование автомобильного, водного и железнодорожного транспорта [3]. Поэтому для уменьшения загрязнения ОС появляется возможность использовать где это принципиально возможно, наиболее экологичные виды транспорта без изменения общего объема перевозок.

Оценка экологичности различных видов транспорта показала, что наиболее экологичным видом внутриконтинентального транспорта является водный транспорт [4]. Кроме того, следует отметить, что внутренний водный транспорт является единственным видом транспорта, не нарушающим естественного облика природной среды, а водные пути и прилегающие к ним пространства формируют живописные ландшафты, которые особенно подходят для отдыха населения. Поэтому, одним из основных направлений предотвращения загрязнения ОС транспортным комплексом может являться приоритетное использование внутреннего водного транспорта. Решение этой проблемы включено в важнейшие задачи, решаемые на международном уровне Комитетом по внутреннему транспорту Европейской Экономической Комиссии Организации Объединенных Наций [5].

Внутренний водный транспорт (ВВТ) является сложной социально-технико-экономической системой, имеющей многосторонние связи с ОС. При этом, основными источниками загрязнения являются суда и береговые объекты (БО), к которым относятся: порты; судоремонтные, судостроительные заводы; базы технического обслуживания флота, ремонтно-эксплуатационные базы. Загрязнения вносятся в жидком, твердом и газообразном состоянии в виде материальных отходов от эксплуатации транспортных средств, производственных отходов сопутствующих производств и непроизводственных потерь энергии, формирующих тепловые и волновые нагрузки - шум, вибрацию, электромагнитные излучения и другие составляющие физического загрязнения ОС. Объектами транспортного загрязнения являются атмосфера, гидросфера и литосфера.

Проблемам исследования экологических аспектов деятельности ВВТ и экологии водных объектов посвящены труды ученых : Бараца В.А.; Дегтярева В.В., Зубрилова С.П., Курникова А.С., Решняка В.И., Розенберга Г.С., Селезнева В.А., Телегина А.И., Этина В.Л. и других [6-17]. Вместе с тем анализ работ в области предотвращения загрязнения ОС на ВВТ показал, что основным направлением исследований до сих пор являлось обеспечение экологической безопасности судов, а БО уделялось мало внимания. Однако статистические данные о ежегодных объемах загрязнения ОС со стороны ВВТ показывают, что на долю БО приходится около 50 % выбросов в атмосферу, около 100 % объемов сточных вод и около 90 % отходов производства и потребления [18].

Поэтому задача предотвращения загрязнения ОС БО остается весьма актуальной, а ее решение сдерживается отсутствием комплексных исследований в области создания эффективно действующих механизмов гармонизации развития производства и природопользования на БО, что является крупной научной проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.

Тема диссертации непосредственно связана с программами многолетних научных исследований ВГАВТа в области обеспечения экологической безопасности судоходства и выполнялась в соответствии с планами НИР и ОКР Министерства транспорта РФ, а также Нижегородской комплексной экологической программой санации Волжского судоходства «Чистая Волга».

Научная новизна работы:

2. Научно обоснован способ управления антропогенной нагрузкой, основанный на принципе стабилизации показателей качества ОС (целевые показатели) за счет контроля и изменения показателей воздействия на ОС (косвенные показатели).

5. Впервые исследована структурная устойчивость систем косвенного управления антропогенной нагрузкой.

7. Получено математическое описание процессов загрязнения сточных вод БО ВВТ.

Практическая значимость работы состоит в создании комплекса методов, моделей и алгоритмов практически реализующих концепцию согласованного развития производства и природопользования и предназначенных для инженерной разработки подсистем управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ. Комплекс структурно инвариантен к предметной области и уровням управления и может применяться для любых БО ВВТ. Он позволяет синтезировать информационные технологии управления, включающие формализованные экспертные знания и интерактивный диалог с конечным пользователем, что обеспечивает высокую эффективность, тиражируемость систем управления антропогенной нагрузкой и их интеграцию с различными типами существующих систем управления - автоматизированными системами управления предприятием (АСУП), автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУТП).

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы на четырех различных БО ВВТ: ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Нижегородский порт», ОАО «Октябрьский ССРЗ», ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод» в виде действующих систем управления загрязнением сточных вод.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс Волжской государственной академии водного транспорта в виде учебного пособия, конспектов лекций, компьютерных обучающих программ.

Достоверность научных положений обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью численных и натурных экспериментов и сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов. Положения аналитических исследований получены путем применения методов и теорий сложных систем, чувствительности, матричного исчисления, множеств, выбора и принятия решений, распознавания образов, моделирования, оптимизации, управления.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на втором Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва 1996 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997 г.), Международных научно-промышленных форумах «Великие реки» (Нижний Новгород, 1999, 2000, 2001, 2002 г.г.), на IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы водных ресурсов и утилизации отходов в транспортном комплексе России» (Москва, 2000 г.), на научно-практических семинарах Росречфлота «Экологические проблемы речного судоходства (Москва, 2000 г.) и «Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности судоходства» (Москва, 2002 г.), на V Международной научно-практической конференции «Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Экологичность ресурсо - и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2002 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве» (Н. Новгород, 2002 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями» (Пенза, 2002 г.).

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками Волжской государственной академии водного транспорта -Этиным В.Л., Плотниковой В.Н. и других организаций - к.т.н., доцентом Карпенко С.Н. (алгоритмизация и программирование математических моделей).

При этом автору принадлежит: направление, методология, постановка задач и программа исследований; обоснование и построение математических моделей; организация, планирование и проведение численных и натурных экспериментов; обработка, анализ и обобщение данных численных и натурных экспериментов; проектирование (эскизные проекты) подсистем системы управления антропогенной нагрузкой; непосредственное участие во внедрении результатов работы на БО ВВТ.

Публикация. Список публикаций по материалам диссертации включает 27 работ, в т.ч. 1 монографию, 1 учебное пособие, 2 конспекта лекций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 304 стр. машинописного текста и включает 82 рисунка, 18 таблиц. Библиографический список состоит из 182 наименований. Приложение содержит таблицы и акты внедрений.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Наумов, Виктор Степанович

6.4. Выводы по главе

1. Разработана система управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ в виде системы управления загрязнением сточных вод этих предприятий. Под управлением загрязнением сточных вод в данном случае понимается выбор такого месячного (суточного) графика сброса загрязняющих веществ из множества допустимых ( не прерывающих производственный график), для которого концентрация загрязняющих веществ в выходом узле системы отвода сточных вод предприятия будет удовлетворять заранее заданным критериям.

2. Предложена технология управления загрязнением сточных вод предприятия, которая включает в себя следующие операции:

- ввод описания БО;

- описание допустимых вариантов суточных режимов сброса загрязняющих веществ каждого технологического участка;

- расчет допустимых вариантов суточных графиков сброса загрязняющих веществ предприятием;

- ввод заданного месячного графика сброса загрязняющих веществ предприятием;

- получение прогноза изменения концентрации загрязняющих веществ для заданного месячного графика сброса загрязняющих веществ предприятием;

- корректировка месячного графика сброса загрязняющих веществ предприятием.

3. Для практической реализации предложенной технологии управления загрязнением сточных вод разработан специализированный программный комплекс, который может входить в состав программного обеспечения автоматизированного рабочего места инженера-эколога. Основными компонентами этого комплекса являются: база данных и знаний, подсистема прогнозирования загрязнения сточных вод и подсистема принятия решений. Программный комплекс реализован в среде программирования Delphi 5,0 и представлен в виде набора программных модулей и диалоговых форм, обеспечивающих автоматизацию выполнения отдельных операций технологической схемы управления загрязнением сточных вод.

4. Разработанный программный комплекс практические реализован и функционирует на четырех БО ВВТ:

ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Октябрьский ССРЗ», ОАО «Нижегородский порт», ОАО «Городецкий судоремонтно-механический завод».

5. Социально-экологический эффект от управления антропогенной нагрузкой на БО связан с возможностью уменьшения ущерба ОС за счет изначального сокращения количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в ОС. Экономическая оценка эффекта показала, что в целом по отрасли годовой предотвращенный ущерб ОС составляет свыше 800 млн. рублей.

284

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге проведенных исследований получено теоретическое обоснование и практическая реализация методов, математических моделей и алгоритмов для управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ. Научные результаты, полученные в данной работе, представляют методологию управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ в состав которой входит:

1. Теоретические основы управления антропогенной нагрузкой на ОС, содержащие следующие направления: использование способа управления на основе косвенной информации о состоянии объекта управления; анализ квизистационарных процессов управления антропогенной нагрузкой на основе функций чувствительности; построение обобщенных матриц косвенного управления, обеспечивающих наилучшую точность управления; анализ структурной устойчивости систем косвенного управления антропогенной нагрузкой.

2. Методы оптимизации процессов управления антропогенной нагрузкой включающие в себя: иерархические модели природно-промышленных объектов для автоматизации управления антропогенной нагрузкой; оптимизационные эколого-экономические модели на основе рассмотрения глобальной и локальной целевых функций управления; алгоритмы выбора оптимальных стратегий управления антропогенной нагрузкой.

3. Способы информационного обеспечения систем управления антропогенной нагрузкой включающие в себя: структуру обмена информационными потоками в процессе управления антропогенной нагрузкой; проблемно-ориентированные процедуры сбора и обработки экологической информации.

4. Методы и алгоритмы математического описания элементов системы управления антропогенной нагрузкой, включающие в себя: общий подход к математическому описанию распространения загрязнений в различных компонентах ОС; классификацию моделей прогнозирования состояния ОС; имитационную модель формирования загрязнения сточных вод БО; диффузионную и статистическую модель распространения примесей в атмосфере для БО.

5. Методы и алгоритмы принятия решений при управлении антропогенной нагрузкой, включающие в себя: классификацию задач принятия решений; формализацию и переработку качественной информации; идентификацию нечеткой модели объекта управления; структуру, архитектуру и алгоритм функционирования проблемно-ориентированной экспертной системы принятия решений.

6. Методика построения систем управления антропогенной нагрузкой, состоящая из: технологии создания модели БО; разработки подсистемы прогнозирования состояния ОС; разработки подсистемы поддержки и принятия решений.

7. Реализация теоретических исследований и вычислительных экспериментов по экспериментальным и статистическим данным при проведении научно-исследовательских и опытно-теоретических работ и в учебном процессе: при создании систем управления антропогенной нагрузкой на ОАО «Завод Нижегородский теплоход», ОАО «Октябрьский ССРЗ», ОАО «Нижегородский порт», ОАО «Городецкий судоремнтно-механический завод»; при использовании в учебном процессе Волжской государственной академии водного транспорта на кафедре «Теория корабля и экология судоходства» для отработки навыков по использованию информационного и программного обеспечения систем управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ; при разработке отраслевых документов по экологической безопасности внутреннего водного транспорта.

Полученные результаты подтвердили эффективность и практическую реализуемость предложенной методологии управления антропогенной нагрузкой на БО ВВТ.

Библиография Диссертация по биологии, доктора технических наук, Наумов, Виктор Степанович, Нижний Новгород

1. Указ Президента РФ от 01.04.96 г. №440 «О концепции перехода РФ к устойчивому развитию». М.: Собрание Законодательства РФ. - 1996. - № 15.- 1572 с.

2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации в 1999 г.». М.: РЭФИА, 2000. - 198 с.

3. Наумов B.C. Управление окружающей средой в процессе эксплуатации международных транспортных коридоров. / Вестник ВГАВТ. Сер. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вып. 1, Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002. с. 139-142.

4. Этин В.Л., Наумов B.C. Роль экологического аспекта деятельности речного транспорта в развитии перевозок на внутренних водных путях. / PAT, Волго-Вятское отделение. Юбилейный выпуск научных трудов. Ниж. Новгород: Изд. ВГАВТ, 2002. с. 106-108.

5. Программа работ Комитета по внутреннему транспорту ЕЭК ООН на 2002-2006 годы. TRANS / SC. 3/2001/2, 1 August, 2001.

6. Барац В.А., Николаев М.В., Эльпинер Л.И. Водоснабжение судов речного флота. М.: Транспорт, 1974. - 144 с.

7. Дегтярев В.В. Охрана окружающей среды: М.: Транспорт, 1989. 212 с.

8. Зубрилов С.П., Ищук Ю.Т., Косовский В.И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. JL: Судостроение, 1989. - 216 с.

9. Курников А.С. Концепция повышения экологической безопасности судна: Монография. Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002. — 80 с.

10. Решняк В.И. Автономные плавучие и береговые сооружения для очистки нефтесодержащих и подсланевых вод. / В сб. трудов СПб ГУВК. - СПб.: СПб ГУВК, 1996. - с. 37-48.

11. П.Решняк В.И. Основные принципы организации природоохранной деятельности на предприятиях водного транспорта. / В сб. «Охрана окружающей среды. Спб.: СПбГУВК, 1993.-е. 14 - 26.

12. Розенберг Г.С., Краснощекое Г.П. Волжский бассейн: экологическая ситуация и пути рационального природопользования. Тольятти: ИЭВБ РАН, 1996.-249 с.

13. Селезнев В.А. Методология мониторинга и регулирования антропогенного воздействия на качество вод водохранилищ Волжско-Камского каскада.: Автореферат дис. докт. техн. наук. Н. Новгород, 1999.-47 с.

14. Государственное регулирование на транспорте. Учебное и справочное пособие. Под ред. проф. А.И. Телегина. Н. Новгород, Изд-во ВГАВТ, 2001.-276 с.

15. Качество и эффективность перевозок сухогрузов. Методы и результаты исследований за 1970 2000 годы. Под ред. д.т.н., проф. А.И. Телегина. Н. Новгород. Изд-во ВГАВТ, 2002. - 299 с.

16. Этин В.Д., Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта, ч. I. Ниж. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1997. 207 с.

17. Этин В.Л., Барац В.А., Андерсен М.Ю. Обеспечение экологической безопасности судоходства на внутренних водных путях России.: М. УПНТИРТ. Наука и техника на речном транспорте. Вып. 9, 1994. 16 с.

18. Транспортный комплекс России. М.: Трансконсалтинг, 2001. - 208 с.

19. Этин В.Л., Иконников А.А., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта, ч. И. Ниж. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2000. 207 с.

20. Слюсарев А.С., Леканов В.Г., Отделкин Н.С. Обеспыливание процесса разгрузки судов с пылящими грузами грейферно-бункерными перегружателями. / Труды ГИИВТ, вып. 264, 1991. с. 12-24.

21. Слюсарев А.С., Отделкин Н.С. Борьба с пылью при перегрузке пылящих сыпучих грузов грейферными кранами. / Научно-технич. информац. сборник ЦБНТИ МРФ, вып. 4, 1992. с. 36-49.

22. Грачев Е.Н. Речные затоны. М.: Транспорт, 1990. 85 с.

23. Этин В.Л., Наумов B.C. Оценка антропогенного воздействия на акватории судоремонтных заводов и баз отстоя флота. / Тезисы докл. Межд. научно-практик. форума «Великие реки 2000». Н. Новгород: Изд-во. ННГАСУ. - 2000, с. 264 - 265.

24. Оборотное водоснабжение на судоремонтных заводах. Ю.И. Бланк, В.В. Дябло и др. М.: Транспорт, 1984. - 207 с.

25. Хоникевич А. А. Химия и коррозия в судостроении. — Л.: Судостроение, 1988. 224 с.

26. Коррозия и защита судов. Справочник. / Под ред. Е.Я. Люблинского, В.Д. Пирогова Л.: Судостроение, 1987. - 376 с.

27. Колотыркин Я.М. Электрохимия и проблемы экологии. // Рос. Хим. Журнал. 1993. - т.37, №4. - с. 61 - 66.

28. Дятлова К.Д. Микроэлементы металлы. Биогенный круговорот железа // Биология. - 2000. - №8. - с. 18-22.

29. Израэль Ю.А., Черногаева Г.М., Абакумов В.А. Качество воды крупных рек России / Тезисы докл. Межд. научно промыш. Форума «Великие реки России 2000». - Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2000. -с. 91-93.

30. Иванов В.В., Брызгало В.А. Экологические последствия антропогенного воздействия на низовья и устья крупных северных и

31. Сибирских рек. / Тезисы докл. Международного научн. промыш. Форума «Великие реки России 2000». - Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2000. - с. 88 - 90.

32. Яковлев С.В., Нечаев А.П. и др. Водоохранные аспекты бассейна р.Волги // Водоснабжение и санитарная техника. 1994. -№11.-с. 19-24.

33. Шустов С.Б., Шустова JI.B. Химические основы экологии. М.: Просвещение, 1995. - 239 с.

34. Народное хозяйство СССР за 1985 г.: Стат. ежегодник. М.: Финансы и статистика, 1986. - 655 с.

35. Калининский B.C. Промышленное воспроизводство водных ресурсов в глобальном круговороте // Водные ресурсы. 1982. - №3. - с. 177 -191.

36. Рациональное использование водных ресурсов в бассейне Азовского моря. Математические модели. / И.И. Воронович, А.С. Горелов, А.Б. Горстко. -М.: Наука, 1981. 263 с.

37. Голуб А.А., Струкова Е.Б. Экономика природопользования. М.: Аспект Пресс, 1995. - 188 с.

38. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления. М.: ППК Изд-во стандартов, 1997. - 464 с.

39. Галанский Б.JI., Поляков В.И. Информационные системы. Томск: Изд-во ТГУ, 1989.-155 с.

40. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984,- 375 с.

41. Экоинформатика. Теория, практика. Методы и системы. Под ред. В.Е. Соколова. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. - 520 с.

42. Региональные экологические информационно моделирующие системы. - Новосибирск: Наука, 1993. - 133 с.

43. Смирнов В.Н. Принципы автоматизированного управления природно-промышленными комплексами «химическое производство -окружающая среда».: Автореферат дис. докт. техн. наук. М., 1998. — 32 с.

44. Управление природоохранной деятельностью в Российской Федерации. Ю.Б. Осипов, Д.Е. Дымов, Д.Г. Зилинг, В.В. Куценко, А.В. Шевчук. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2001. - 440 с.

45. Осипов Ю.Б. Вопросы современной экологии и природопользования. — М.: Изд-во «Дело», 1991.-236 с.

46. Беляев В.И. Управление природной средой. Киев.: Наукова думка, 1973.-126 с.

47. Примак А.В., Кафаров В.В., Кашашвили К.И. Системный анализ контроля и управления качеством воздуха и воды. Киев.: Наукова думка, 1991.-357 с.

48. Багриновский К.А., Лемешев М.Я. О планировании экономического развития с учетом требований экологии // Экономика и мат. методы. 1976. -№4.-с. 681 691.

49. Ростопшин Ю.А. Эколого экономические аспекты управления природопользованием. // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1998. Вып. 6. - с. 20-37.

50. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В. и др. Современное состояние проблемы контроля, прогнозирования и управления качеством атмосферноговоздуха. 11 Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2000. Вып. 12. с. 2-75.

51. Строгонов В.И. Методология управления в распределенных организационных системах на основе экологической информации: Автореф. дис. докт. техн. наук. Воронеж, 1999. - 33 с.

52. Полищук Д.М. Концептуальное моделирование в задачах мониторинга окружающей среды // Системы экоинформатики. Проблемы, решения, перспективы. Томск: ТНЦ СО АН СССР, 1989. - с. 4-17.

53. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В. и др. Анализ загрязнения воздушной среды г. Новомосковска с использованием интегрированной автоматизированной системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха. // Химическая технология. 2000 г. №2. — с. 3848.

54. Балин Ю.С., Белан Б.Д. и др. Система оперативного контроля загрязнения воздушного бассейна промышленных центров «город». // Оптика атмосферы и океана, 1994. №2. - с. 163-176.

55. Беляев В.И., Худошина М.Ю. Основы логико информационного моделирования сложных геосистем. - Киев: Наукова думка, 1989. -160 с.

56. Построение экспертных систем / Под ред. Ф. Хейеса Рота, Д. Уотермана, Д. Лепота. - М.: Мир, 1987. - 441 с.

57. Пичурнов Е.В., Таран Т.А., Хомяков А.Т. Система исследования и моделирования загрязнения воздушного бассейна выбросами промышленных предприятий Украины. // Промышленные продукты и системы. 1995. №1. - с. 25-29.

58. Ragland K.W. et. al. Boundary layer Model for Transport of Urban Air Pollutants. AIChE Symp. Ser., 73 № 165 (1977).

59. Бирюков В.Л., Довгуша B.B., Тихонов M.H. Технология интегрированного информационно программного иинструментального обеспечения региональной экологической службы. // «Экология промышленного производства». 1996 г. №3. — с. 18-24.

60. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В. и др. Разработка интегрированной автоматизированной системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха // Химическая промышленность. 1999. №6. - с. 53-64.

61. Закон РФ «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. № 7 ФЗ./ Собрание Законодательства РФ. - 2002 г. - № 2. - Ст. 133.

62. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. -Л.: Энергоиздат, 1982. -288 с.

63. Иванов А.А. Гибкие производственные системы в приборостроении. М.: Машиностроение, 1988. 304 с.

64. Иванов А.А., Кварталов А.Р., Москвичев А.П., Кудрявцев С.А. Моделирование и оптимизация в интегрированных производственных процессах. Н. Новгород: Изд. НГТУ, 2000. 78 с.

65. Бояринова Н.А., Смирнов В.Н. и др. Выбор оптимальной конфигурации косвенных измерений для объектов с распределенными параметрами // АСУ ТП в химии, энергетики, металлургии: Тез. докл. Всесоюзн. конф. 1991. -М. - с. 36 - 44.

66. ГОСТ 17.1.1.01.77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. 24 с.

67. Ситенко Н.А. Критерии поэтапной оптимизации развития очистных сооружений на участке реки // Охрана вод речных бассейнов: Сб. научн. трудов. Харьков, 1987. с. 32-37.

68. Примак А.В. О некоторых общих вопросах оптимального проектирования систем контроля и управления качеством воздушной среды // Проблемы контроля и защита атмосферы от загрязнения, 1984.-Вып. 10.-с. 39-45.

69. Балацкий О.Д., Логвинов А.А. Определение социально-экономического критерия оперативного управления качеством воздушного бассейна. // Проблемы контроля и защита атмосферы от загрязнения, 1976. Вып. 5. - с. 91-97.

70. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1968.- 399 с.

71. Жимерин Д.Г., Мясников В.А. Автоматизированные и автоматические системы управления. М.: Энергия, 1979. - 582 с.

72. Гермейер Ю.Б Игры с непротивоположными интересами. М.: Наука, 1976.- 328 с.

73. Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975.-528 с.

74. Щербань А.Н., Примак А.В. и др. Стратегия автоматизации санитарно-химического контроля атмосферы // Проблемы контроля и защита атмосферы от загрязнения. — 1976. — Вып. 2. с. 3-10.

75. Горелик В.А., Кононенко А.Ф. Теоретико-игровые модели принятия решений в эколого-экономических системах. — М.: Радио и связь, 1982.- 144 с.

76. Примак А.В., Щербань А.Н. Методы и средства контроля загрязнения атмосферы. Киев: Наук, думка, 1980. - 296 с.

77. Примак А.В. Особенности построения АСУ интенсивностью загрязнения воздушного бассейна // Проблемы контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1981. - Вып. 7. - с. 7-12.

78. Примак А.В. Принципы построения кибернетических систем защиты окружающей среды от загрязнения. — Киев: О-во «Знание» УССР, 1982.- 20 с.

79. Наумов B.C. Экологический контроль на Волжском водном пути международных транспортных коридоров. // Тезисы докл. Международного конгресса «Великие реки 2001», 15-18 мая 2001 г. -Н. Новгород: Изд. ННГАСУ, 2002. с. 348 - 349.

80. Этин B.JI., Наумов B.C. Производственный контроль за обеспечением экологической безопасности судов на внутренних водных путях. / В сб. трудов ВГАВТ, № 282, ч. I: Изд. ВГАВТ, 1998. с. 57-63.

81. Методические рекомендации по формализованной комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям. М., 1988. - 42 с.

82. Наумов B.C. Обработка информации в системах управления качеством вод. Там же. с. 90 - 93.

83. Еремеев И.С. Вычислительная техника и обработка данных // Автоматика и телемеханика. 1970. - № 1.-е. 3-14.

84. Елисеева И.И., Рукавишников В.А. Группировка, корреляция, распознавание образов. М.: Статистика, 1977. - 144 с.

85. Ципилева Т.А. Система обработки экологической информации в задачах контроля качества речной воды. В сб. Алгоритмическое и информационное обеспечение систем экоинформации. Томск: Изд-во Томского филиала СО АН СССР, 1989. - с. 46-61.

86. Загоруйко Н.Г., Лбов Г.С., Машаров Ю.П. Пакет прикладных программ для обработки таблиц экспериментальных данных ОТЭКС. -В кн.: Вопросы кибернетики / Материалы Ленингр. симпозиума «Теория адаптивных систем». М.: 1977, ч. 2. - с. 5-9.

87. Полищук Ю.М. Идентификационной метод построения имитационных моделей сложных систем. В кн.: Модели, алгоритмы, принятие решений. М.: Изд-во Акустич. ин-та, 1978. - с. 78-80.

88. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 367 с.

89. Крапивин В.Ф., Свирижев Ю.М., Тарко А.Н. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов. М.: Наука, 1982. - 270 с.

90. Stem H.J., Petrella Р.А., Alfwicker E.R. Modelinq total veniqle emission on a reqional level // J. Environ. Syst. 1974. - V. 4. - № 1. - p. 65-80.

91. Ковальчук П.И. Региональная математическая модель оптимизации водных ресурсов при программировании урожаев // Географические основы регионального природопользования: Тезисы докл. респ. научн. конф. Канев, 1984. - с. 75-76.

92. Рабочая книга по прогнозированию. / Ред. И.В. Бестужев Лада. - М.: Мысль, 1982.- 430 с.

93. Спыпу Е.И., Иванова Л.Н. Математическое прогнозирование и профилактика загрязнения окружающей среды пестицидами. М.: Медицина, 1977. - 168 с.

94. Beqriinte Larmschuntrwande filtern Schadstoffe // Strasse und Aufobahn. -1985.-36.-№ 10.- 444 s.

95. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. - 320 с.

96. Smit I.R. Turbulence in Lakes and Rivers // Scientific Publ. 1975. -№ 29. - p. 79.

97. Смит Дж. Модели в экологии. М.: Мир, 1976. - 184 с.

98. Forrester J. Industrial dynamics. MIT - Press, New York - London, 1961.-p. 464.

99. Флейшман Б.С. Элементы теории потенциальной эффективности сложных систем. М.: Сов. Радио, 1971. - 225 с.

100. Инсаров Г.Э., Семенов С.М. Моделирование роста и размножения организмов на основе принципа оптимальности Холдейна Семевского // Теоретическая и экспериментальная биофизика. — 1978. -Вып. 7.-с. 18-24.

101. Левич Я.П. Экстремальный принцип в теории систем и видовая структура сообществ. В кн., Проблемы экологического мониторинга и мониторинга экосистем. Т. 1. - JL: Гидрометеоиздат, 1978. — с. 36 -48.

102. Семевская В.А., Семевский Ф.Н. Вопрос об устойчивости экологических систем типа «паразит-хозяин», «хищник-жертва» с точки зрения принципа оптимальности // Зоологический журнал. -1977-Т. 56, Вып. 1. — с. 5-9.

103. Вельтищева Н.С. Методы моделирования промышленного загрязнения атмосферы // Обзор. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 1975. -38 с.

104. Шнейдер С., Келлог Y. Химические основы изменения климата. -В кн.: Химия нижней атмосферы. -М.: Мир, 1976. с. 252-310.

105. Ditmars J.D. Mixing and transport // J. Water Pollution Control Federation, 1976. V. 48, N6. - p. 1620-1639.

106. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем. М.: Мир, 1975. - 500 с.

107. Wayne L. et al. Photochemical Smod on Computer for Decision -Making //J. Air Pollution Control Assoc., 1971. V. 21, № 6. - p. 334-340.

108. Takeuchi K. Kimura Г. Numerical Simulation of Photochemical Air Pollution in Tokyo Metropolian Area // Proc. 4-th Int. Clean Air Condr. -Tokyo, 1977.-p. 302-404.

109. Фрид Ж. Загрязнение подземных вод. — М.: Мир, 1981. 304 с.

110. Вызова Н.Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примеси в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным. -М.: Гидрометеоиздат, 1973. 46 с.

111. Допустимые выбросы радиоактивных и вредных химических веществ в приземный слой атмосферы / Под ред. Е. Теверовского и А. Терновского. М.: Атомиздат, 1980. - 240 с.

112. Джеймс А. Моделирование морских загрязнений // Математические модели контроля загрязнения воды. М.: Мир, 1981. -с. 244-261.

113. Turner D.B. Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates // EPA Office of Air Progr. Research Triangle Park. North Carolina, 1970.

114. Jost D., Gutsche B. International Trends in Standartization of Air Pollution Modelling and its Application // Proc. 4-th Int. Clean Air Condr. -Tokyo, 1977.-p. 261-266.

115. Air Pollution / Ed. By A.C. Stern. New York.: Acad. Press, 1976. -V. l.-p. 314.

116. Rayland K.W. et al. Baundary Layer Model for Transport of Urban Air Pollutanst // AIChE Symp. Ser., 1977. -V 73, № 165.

117. Попов H.C., Бодров В.И. К методологии структурного анализа больших систем // ТОХТ. 1986. - Т. 20, № 1. - с. 75-82.

118. Jonson W. В. et. al. European Model of Air Pollution and its Application to Transfrontier Air Pollution. Proc. 4 th Int. Clear Air Congr. Tokyo, 1977, p. 292-298.

119. Анохин Ю.А., Остромогильский A.X. Математическое моделирование и мониторинг окружающей среды. Обнинск: Изд-во ВНИИИГМИМЦД, 1978. - 136 с.

120. Sienfeld S.H. et. al. Simulation of Urban Air Pollution. Photochem. Smog and Ozone React . Two Symp. Los Angebs, California, 1971, Washington, D.C., p. 58-100.

121. Харлоу Ф. Численный метод частиц в ячейках для задач гидродинамики. // Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967.-с. 34-46.

122. Socio -Econ. Plan Sci, 1,N 11,23 (1968).

123. Ragland K.W. et. al. Boundary layer Model for Transport of Urban Air Pollutant. AIChE Symp. Ser., 73 N 165 (1977).

124. Ковальчук П.И., Лахно E.C. Прогнозирование и оптимизация санитарного состояния окружающей среды. — Киев.: Выща школа, -1988.- 187 с.

125. Viskanta R., Johnson R.Q., Bergstrem R.V. Modeling of temperature and Pollutant concentration Distribution in urban atmospheres. Trans. Asnuc. - 1976. - V. 90. - № 4. - p. 662-669.

126. Пененко В.В. Математические модели для задач планирования и управления качеством атмосферы // Оптика атмосферы и океана. — 1997. -№ 6.-с. 572-580.

127. Пененко В.В., Короткое М.Г. Моделирование мезоклиматов и загрязнения атмосферы индустриальных регионов (на примере г. Томска) // Оптика атмосферы и океана. 1997. - № 6. — с. 590-594.

128. Morita Т. et. al. Use of GMDH for Estimation of regional air qualify. Env. Syst. Plan., Design and Contr. // Pergamon. Press, IF AC. - 1977. -p.p. 197-204, 381-388.

129. Ивахненко А.Г. Долгосрочное прогнозирование и управление сложными объектами. — Киев: Техшка, 1975. 312 с.

130. Tamura Н., Kondo Т. Large Spateal Pattern Identification of Air Pollution by a combinef Model of source Receptor Matrix and Revised CMDH. - Env. Syst. Plan., Design and Contr., IF AC, Pergamon Press, 1979, p.p.-373-380.

131. Свешников А. А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968. - 463 с.

132. Воробьев Е.И. Модели состояния окружающей среды распространения вредных примесей в атмосфере. — М., 1982. 196 с.

133. Liu C.Y., Goodin W.R. A Two-Dimensional Model for the transport of pollutants in an Urban Basic // AIChE Symp. 1977. - Ser., 73, № 165.

134. Lukas D. The atmospheric pollution of cities // Int. J. Air Pollution. -1959. -№ l.-p.p. 71-84.

135. Briggs Plume rise USA ES. Division of Tech. Information extension. - 1969. — p. 76.

136. Берлянд M.E. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. — Л., Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

137. Gifford. Turbulent diffusion typing schemes: a review // Nuclear Safety.-V. 17, № l.-p.p. 25-43.

138. Наумов B.C. Управление окружающей средой на промышленных предприятиях водного транспорта: Монография. Н. Новгород: Изд. ВГАВТ, 2002. - 220 с.

139. Бородюк В.П., Лецкий Э.Г. Статистическое описание промышленных объектов. М., 1971. - 224 с.

140. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.: Мир, 1973.-288 с.

141. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды. М.: Мир, 1979.-236 с.

142. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. — М.: Химия, 1976. 464 с.

143. Немировский А.С., Юдин Д.Б. Сложность задач и эффективность методов оптимизации. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. 384 с.

144. Жуковский Е.Е. Метеорологическая информация и экономические решения. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 304 с.

145. Монокрович Э.И. Гидрометеорологическая информация в народном хозяйстве. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 175 с.

146. Кини Р.Л. Райфа X. Принятие решений при многих критериях: (Предпочтения и замещения). М.: Радио и связь, 1984. 560 с.

147. Модели и методы анализа экономических целенаправленных систем / Под ред. К.А. Багриновского. Новосибирск: Наука, 1977. -237 с.

148. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука, 1971.-383 с.

149. Современное состояние теории исследования операций / Под ред. Н.Н. Моисеева. М.: Наука, 1979. - 464 с.

150. Вилкас Э.И., Майминас Б.З. Решения: теория, информация, Моделирование. -М.: Радио и связь, 1981. 328 с.

151. Райфа Г. Анализ решений. — М.: Наука, 1977. 408 с.

152. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето оптимальные решения многокритериальных задач. — М.: Наука, 1982. - 256 с.

153. Моисеев Н.Н. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. — М.: Наука, 1981. — 208 с.

154. Заде JI. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенного решения. М.: Мир, 1976. - 168 с.

155. Prevot М. J. Fuzzy Sets and Systems, 1981. vol. 5.

156. Кафаров B.B., Дорохов И.Н. и др. Формализация переработки качественной информации при управлении сложными химико -технологическими объектами // Доклады АН СССР. 1987. - Том 294, № 1. — с. 171-177.

157. Пискунов А.И. Структурный подход к анализу нечетко формализованных систем. 1. Эквивалентные преобразования структуры нечетко формализованных систем // Автоматика и телемеханика. 1988. - № 4. - с. 128-137.

158. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. и др. Интерактивные задачи экспертных систем управления // Доклады АН СССР. 1989. - Т. 305, №5.-с. 1170-1173.

159. Абрамов В.А., Пискунов А.И., Рубаник Ю.Т. Модификация многошаговой процедуры принятия решений Беллмана Заде в размытых условиях для системы микроэлектроники // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. - 1985. - № 4. - с. 166-173.

160. Каня А.А., Стахович М.С. Робастость операторов нечетких отношений. В кн.: Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения / под. ред. P.P. Ягера. М.: Радио и связь, 1986. -с. 78-87.

161. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. и др. Построение экспертных систем сложных химико-технологических объектов. // Доклады АН СССР. -1989. Том. 304., № 6. - с. 1399-1402.

162. Зуенков М.А. Приближение характеристических функций нечетких множеств // Автоматика и телемеханика. — 1984. № 10. - с. 138.-149.

163. Sygeno V., Terano Т. Kybernetes. 1977/ - vol. 6. - p.p. 157-166.

164. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии.- М.: Химия, 1995. с. 364.

165. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры / Пер. с англ. и пред. Б.И. Шитикова. М.: Финансы и статистика, 1987.- 191 с.

166. Экспертная система. Принципы работы и примеры. / Под ред. Р. Форсайта. -М.: Радио и связь, 1987. 71 с.

167. Маркова Е.Ф. О разработках экспертных систем // Приборы и системы управления. 1989. - № 1. - с. 1-3.

168. Построение экспертных систем. Пер. с англ. / Под ред. Ф. Хейеса-Рота, Д. Уотермана, Д. Лената. М.: Мир, 1987. - 441 с.

169. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.-432 с.

170. Наумов B.C., Карпенко С.Н. Об одном подходе к автоматизации процессов управления качеством сточных вод промышленного предприятия. // Экологические системы и приборы. 2003, № 3. — с. 45 -48.

171. Временная типовая методика определения экономической эффективности природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. М.: Экономика, 1986. 52 с.

172. Моткин Г.А. Основы экологического страхования. М.: Наука, 1996.- 191 с.

Информация о работе

Наумов, Виктор Степанович
доктора технических наук
Нижний Новгород, 2003
ВАК 03.00.16

Диссертация

Предотвращение загрязнения окружающей среды на внутреннем водном транспорте управлением антропогенной нагрузкой - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы