Введение к работе
Актуальность темы. Оценка уровня воздействия на окружающую среду промышленных предприятий и разработка природоохранных мероприятий в последнее время приобретают все большее значение. При этом повышается сложность производств, возрастает степень нестационарности во времени режимов работы технологического оборудования и увеличивается вероятность загрязнения окружающей среды выбросами загрязняющих атмосферу веществ. По этому при разработке промышленных объектов необходимо большое внимание уделять системам, способным определять и прогнозировать уровень загрязнения приземного слоя атмосферы, т.к. именно загрязненность воздуха - наиболее частая причина плохой экологической обстановки в промышленных зонах и прилегающих к ним селитебных территориях. Решить эту проблему можно, используя систему автоматизированного проектирования промышленных объектов, имеющую в своем составе подсистему анализа вредных выбросов в атмосферу.
Существующие подсистемы анализа вредных выбросов не учитывают многих важных факторов, таких как нестационарность выбросов во времени, неполнота исходных данных и т.п. В этой связи актуальной является разработка средств, которые позволяли бы учитывать временные и вероятностные характеристики технологических процессов и связанных с ними источников загрязнения атмосферы. Таким образом, актуальность диссертационной работы заключается в необходимости разработки методов и алгоритмов оценки вредных выбросов в атмосферу промышленными объектами и создании на этой основе подсистемы, позволяющей учитывать вероятностные и временные характеристики их режимов работы.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание средств автоматизированного анализа вредных выбросов в атмосферу и разработка на их основе подсистемы, учитывающей нестационарный характер работы промышленных объектов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
анализ существующих подсистем расчета рассеивания вредных выбросов в атмосфере;
разработка языка описания временных характеристик процесса функционирования промышленного объекта, позволяющего учесть нестационарность работы источников выброса вредных веществ в атмосферу;
формирование оптимизационной модели и разработка алгоритма для поиска худшего, с точки зрения загрязнения атмосферы, временного интервала;
разработка алгоритма построения изолиний по регулярной сетке, для визуализации результатов расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере;
разработка структуры подсистемы анализа вредных выбросов в атмосферу промышленными объектами;
создание информационного и программного обеспечения подсистемы анализа вредных выбросов в атмосферу промышленными объектами и ее апробация.
Методы исследования основаны на использовании теории вероятностей, вычислительной математики, комбинаторного анализа, теории информации, информационных технологий. При разработке программных средств (ПС) использовались методы модульного программирования и технологии визуального объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна основных результатов диссертационной работы заключается в следующем:
разработан язык описания временных характеристик процесса функционирования промышленного объекта, позволяющий учесть нестационарность работы источников выброса вредных веществ в атмосферу;
предложен алгоритм поиска худшего, с точки зрения загрязнения атмосферы, временного интервала на основе методов распространения ограничений и перебора, отличающийся комплексным подходом к учету нестационарных источников выброса ЗВ при формировании обобщенного критерия оптимальности и выборе ограничений;
разработан алгоритм триангуляции расчетной области, отличающийся возможностью учета информации о скоростях и направлениях ветров для более достоверного определения направления триангуляции;
на основе метода параметрической интерполяции разработан алгоритм сглаживания изолиний, отличающийся методом управления формой кривой и процедурами обработки исключительных ситуаций, возникающих при взаимном пересечении интерполированных изолиний.
разработана структура программного комплекса (ПК) подсистемы анализа вредных выбросов в атмосферу при проектировании промышленных объектов, отличающаяся возможностью интеграции в САПР промышленных объектов и позволяющая использовать «внешние» ПС, если в процессе проектирования возникает необходимость обработки сложной пространственно распределенной информации.
Практическая ценность заключается в следующем:
использование предложенных методов и алгоритмов для представления и обработки временных и вероятностных характеристик процесса функционирования промышленного объекта, а также для обработки топологических характеристик объекта проектирования на этапах подготовки исходных данных и визуализации результатов анализа вредных выбросов позволяет повысить качество выполнения проектных работ;
создан ПК, ориентированный на разработку проектной документации при проектировании промышленных объектов;
разработанные средства анализа вредных выбросов могут быть использованы не только для проектирования, но и в научных исследованиях и в учебном процессе.
Реализация результатов работы. Подсистема анализа вредных выбросов в атмосферу для автоматизированного проектирования промышленных объектов используется в Комитете по охране окружающей среды г. Воронежа, проектных организациях - ПКТБ «Промтеплица» и отдел «Экосервис» ВРФСЭП с годовым экономическим эффектом 34,67 млн. рублей в ценах 1997 г. Результаты работы включены в методические рекомендации и указания по выполнению курсового проектирования по курсам «Экологический мониторинг» и «Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза» специальности 320700 «Охрана окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов» на кафедре «Промэкологии» Воронежской государственной технологической академии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж, 1995, 1996, 1997 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 109 с, списка литературы (102 наименования) на 10 с, четырех приложений на 32 с, содержит 22 рисунка, 6 таблиц.
