Автоматизированные системы которые воспринимают окружающую среду контролируют свои действия это

Автоматизированная система экологического мониторинга

Автоматизированная система экологического мониторинга – это совокупность программно-технического обеспечения, предназначенная для решения задач по беспрерывному контролю над состоянием окружающей среды отдельных территорий, промышленных предприятий или региона в целом. Благодаря системе обнаруживаются источники загрязнения экологии, которые можно ликвидировать с помощью управленческих решений.

Автоматизированная система состоит из следующих компонентов:

передвижные экологические лаборатории;
стационарные контрольные посты;
системы мониторинга качества воды;
станции, контролирующие вертикальное изменение температуры;
системы контроля выбросов, организованных промышленными предприятиями;
средства связи;
программное обеспечение для хранения, обработки, распределения и передачи информации;
центры мониторинга сведений;
специальные табло для вывода экологических данных, составляющие сеть пользовательских терминалов.

Для сбора информации система использует физико-химические и аэрокосмические методы, методику биологического мониторинга, методы математической и статистической обработки данных. Для наблюдения за состоянием окружающей среды применяются самолетные и аэростатные средства, спутниковые системы, средства дистанционного зондирования и т.д.

Автоматизированная система способна:

определять характер облачности, вертикальные профили температуры, влажность;
контролировать загрязнение водной поверхности и почвы, динамику ураганов и атмосферных фронтов;
получать карты крупных стихийных бедствий;
фиксировать массу и процентное содержание какого-либо химического элемента или соединения, расположенного в испытуемой пробе;
определять уровень радиационного фона;
находить отклонения в ходе естественных процессов с помощью организмов биоиндикаторов и др.

Экологический мониторинг с помощью автоматизированных систем позволяет получать точные и своевременные данные о состоянии окружающей среды, контролировать деятельность потенциально опасных для природы промышленных предприятий и проводить профилактику катастроф.

Курс лекций

М.В. Горшков
Экологический мониторинг
Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. – 313 с.

Курс лекций

Лекция 12. Автоматизированные системы контроля окружающей среды (АСКОС)

Как известно, первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В 50-е гг. в системе ПВО США уже использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе».

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел почти до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, с всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды. Их развитие в настоящее время сдерживается не техническими, а прежде всего финансовыми трудностями – они все еще стоят очень дорого – и, как ни странно, организационными проблемами многоуровневого управления такими системами, настолько информативными и потенциально мощными, что их создание и эксплуатация приобретают политическое значение. Можно даже сказать, что социально и психологически общество не готово к использованию таких систем, которые по существу опередили свое время, что в современном обществе скорее является правилом, чем исключением.

Основными структурными блоками современных автоматических систем мониторинга являются:

1. Датчики параметров окружающей среды – температуры, концентрации соли в воде, солнечной радиации, ионной формы, металлов в водной среде, концентраций основных загрязнений атмосферы и вод, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фенолы, пестициды, бензапирены и др. Выделяют датчики активные и пассивные.

2. Датчики биологических параметров – прироста древесины, проективного покрытия растительности, гумуса почв и др.

3. Автономное электропитание на основе совершенных аккумуляторов или солнечных батарей, прогресс в разработке которых также был обеспечен в течение последних 20-30 лет щедрым финансированием космических программ.

4. Миниатюризированные радиопередающие и радиоприемные системы, действующие на относительно короткое расстояние – 10-15 км.

5. Компактные радиостанции, передающие на сотни и тысячи километров.

6. Системы спутниковой связи, зачастую связанные с системами глобального позиционирования (например, GPS).

7. Современная вычислительная техника, включая мобильные устройства.

8. Специальное программное обеспечение.

Следует отметить, что почти повсеместно отсутствует эффективная обратная связь между последствиями загрязнения и причинами, его вызвавшими, а это в свою очередь приводит к дисгармонии в системе человек-промышленность-окружающая среда. Перечислим основные причины, снижающие эффективность обратной связи между последствиями загрязнения и причинами, которые его вызывают.

1. Экономические выгоды или потери интересуют больше всего и сегодня, а экономический ущерб от загрязнения окружающей среды не прогнозируется, зачастую не осознается, отложен с момента загрязнения или от момента принятия решения, повлекшего его за собой, и восполняют его часто не те, кто в нем повинен.

2. Результаты экологической экспертизы не доводятся или не доходят до сознания большинства граждан, т.к. влияние загрязнения окружающей среды на здоровье зависит от индивидуальных, возрастных, социальных и психофизиологических особенностей жителей и может быть значительно задержано во времени.

3. Оценки и прогнозы состояния среды промышленного города, необходимые для обоснованного ведения планово-предупредительных природоохранных мероприятий, требуют специальных знаний из области точных и естественных наук, и зачастую далеко выходят за узкие рамки стандартных методик, используемых в практике природоохранных служб.

Таким образом, с точки зрения информационных задач управления качеством окружающей среды основные проблемы состоят в том, что:

отсутствует или затруднен прогноз состояния среды города в зависимости от действий субъектов и состояния объектов управления;

результаты оценки или прогноза не доходят до тех, кому они предназначены либо представлены в том виде, в котором адресат их не воспринимает.

Неэффективная работа традиционных систем получения, обработки и передачи информации приводит к нарушениям и в системах принятия решений и управляющих воздействий. Эту ситуацию нельзя исправить ни законодательными, ни административными мерами на этапе принятия решений без повышения эффективности работы городской информационной инфраструктуры управления качеством окружающей среды. Чтобы успешно управлять территорией и рационально распоряжаться ее ресурсами, нужно хорошо представлять себе обобщенные характеристики ее состояния и иметь возможность оперативно и в наглядной форме получать необходимые для принятия решений детальные сведения об объектах управления.

Сейчас эта проблема решается следующим образом. Создают распределенную информационную систему, в которой иерархическое построение отражает реальную административную подчиненность экологических организаций, регламентирует контроль и управляющие воздействия. Информационно-аналитическая система экологических служб города – это распределенная информационная система, предназначенная для обеспечения средствами телекоммуникации и математического моделирования задач организации контроля, анализа и прогноза состояния окружающей среды и на этой основе обеспечения задач управления качеством среды. Система многоуровневая и строится по иерархическому принципу в соответствии с реальной административной и ведомственной подчиненностью экологических организаций. Элементы системы – это автоматизированные рабочие места экологов (АРМ): на промышленных предприятиях, в экологических службах, в организации здравоохранения, в администрации города и края. Каждый АРМ, с одной стороны, должен обслуживать интересы своего владельца, с другой стороны, содержать в себе свойства и функции, отвечающие корпоративным потребностям тех ведомственных, административных и функциональных подсистем, к которым он относится.

Необходимость обмена информацией и передачи управляющих воздействий объединяет АРМы в целостную общегородскую систему. Распределенная информационная система, в которую входят как природоохранные, так и природопользовательские организации, позволяет создать функциональные (или предметные) информационно-аналитические, экспертные и прогностические подсистемы: экологического мониторинга воздушного и водного бассейнов; мониторинга здоровья жителей; прогностические, справочные и экспертные подсистемы. Они организуются за счет горизонтальных и перекрестных (межведомственных) связей и позволяют использовать экспертный и модельно-прогностический потенциал экологических служб и науки. Эти подсистемы обеспечивают решение задач оценки, анализа и прогноза и на этой основе поддержку принятия решений природоохранных служб и администраций.

В системе восходящие информационные потоки несут контрольную и сводную информацию, локальные оценки и прогнозы, а нисходящие – распоряжения, нормативно-методическое обеспечение управляющих решений, глобальные оценки и прогнозы. Таким образом, можно создать единое информационное пространство с единой нормативно-методической базой, необходимой для проведения эколого-экономических экспертиз, для оценки и прогноза состояния территории и здоровья населения.

Автоматизированные системы мониторинга окружающей среды

Современная наука не стоит на месте. Появляются автоматические системы, способные считывать, анализировать и выдавать готовую информацию обо всех явлениях. И в частности это различные автономные системы, позволяющие отслеживать даже малейшие изменения в окружающей среде. Используя современные автоматизированные системы мониторинга окружающей среды, появляется возможность получения информации относительно экологического состояния в данном регионе, на предприятии или в районе.

При этом сам мониторинг может быть использован в тех местах, где имеют место возможные выбросы вредных веществ. Именно по этой причине услуги компании АНО «Центр экологических экспертиз» являются востребованными. Автоматизированные системы мониторинга окружающей среды позволяют своевременно получать данные относительно ситуации на объекте и принимать меры по ее улучшению. Одновременно с этим можно максимально точно определять степень причиненного природе ущерба.

Основные автоматизированные системы контроля

Компактные и надежные автоматизированные системы мониторинга окружающей среды позволяют решать даже самые сложные операции, связанные с контролем качества природных объектов, отслеживая даже самые малейшие отклонения от принятой нормы. Их компактность позволяет использовать для скрытого ежедневного мониторинга. Их развитие и основное применение полностью будет зависеть от того, насколько мощной, в финансовом плане, будет компания. Связано это непосредственно с довольно высокой стоимостью оборудования для проведения экологических экспертиз.

При этом все системы имеют в своем составе следующие элементы:

различные датчики измерения параметров окружающей среды, которые могут быть как активными, так и пассивными;
датчики измерения биологических параметров;
благодаря автономному питанию, имеют большой ресурс независимой работы;
оснащаются миниатюризированными радиопередающими и радиоприемными системами связи, передающим информацию на расстояние от 10 до 15 км.

Как проходит экологический контроль

При организации систем мониторинга, основная задача которых ― контроль за состоянием природы, одними из наиболее надежных показали себя автоматизированные системы мониторинга окружающей среды. Они позволяют получать сведения о состоянии окружающей среды в данном регионе посредством изучения ее свойств и качества.

Чаще всего для этого используют такие операции, как:

определение объекта наблюдения;
проведение детального обследования;
разработка информационной модели;
изучение способов планирования произошедших измерений;
оценочные действия по отношению к ситуации с данным объектом;
изучение состояния объекта и его сравнение с первоначальной моделью;
осуществление прогнозных действий для выяснения возможных изменений;
передача отчета заказчику.

Дальнейшая обработка полученной информации сводится с детальным изучением состава окружающей среды и вариантов ее загрязнения.

Системы экологического мониторинга: состав, принцип работы

Системы экологического мониторинга – это комплекс мер, законодательных актов, оборудование и программное обеспечение для отслеживания состояния окружающей среды. Существуют системы глобального, регионального, территориального и локального экомониторинга.

К наиболее распространенным относятся локальные системы, использующиеся в производственной сфере, а также территориальные, например, для отслеживания экологической обстановки в городской среде. Из нашего материала вы узнаете о принципах работы и составе систем экологического мониторинга.

Описание системы экологического мониторинга

Сегодня, оценивая качественные показатели окружающей среды, используют два термина: мониторинг и контроль. Под первым понимают комплекс, предполагающий наблюдение, анализ и оценку прогноза изменений в состоянии окружающей среды, которые происходят в результате антропогенных воздействий. Бывает, что дают и такую интерпретацию: мониторинг — наблюдение за какими-либо объектами и явлениями, прилагающимися к жизненной среде.

Описание системы экологического мониторинга

Мониторинг не предполагает возможности управления качеством среды, которая нас окружает, при этом контроль включает в себя не только наблюдение, но и получение данных, а также возможность воздействия и управления состоянием этой среды.

Первостепенная цель системы экологического мониторинга — предоставление новейших, актуальных, проверенных данных о состоянии природной среды и объектов, в том числе прогнозирование возможных изменений экообстановки. Информация, полученная в результате мониторинга, — это базис для того, чтобы принять адекватное решение, расставить приоритеты в деятельности, связанной с охраной природы. Общая цель — выработка экономических и политических решений с опорой и на факторы экологии.

Система экологического мониторинга окружающей среды — это комплекс взаимосвязанных правовых актов, различных управляющих, научных организаций и компаний, а также технических средств и средств информации.

В число объектов государственной системы экологического мониторинга включены:

элементы среды природы, а именно земля, почва, воды под землей и на ее поверхности, недра, воздух, уровневые показатели загрязнения радиации и энергетики. Сюда же входят озоновый атмосферный слой, космическое пространство около Земли, которое обеспечивает благоприятные условия для возможности проживания на ней;
объекты природы — естественные экосистемы, природные ландшафты и элементы, включенные в неё;
объекты, являющиеся природно-антропогенными — объекты природы, измененные в результате какой-либо хозяйственной работы, или объекты, воспроизведенные людьми и имеющие рекреационную функцию или назначение защиты;
источники, которые антропогенно оказывают влияние на окружающую. среду, в том числе опасные объекты.

Процесс мониторинга окружающей среды и объектов производится:

на глобальном уровне, при помощи международных программ и проектов;
на федеральном уровне, в рамках территории нашей страны;
на территориальном уровне, в рамках субъектов РФ;
на локальном уровне, ограниченном определенной природно-техногенной системой.

Классификация систем экологического мониторинга

Распределение автоматизированных систем экологического мониторинга с учетом пространства. С опорой на пространственный принцип выделяют следующие типы мониторинга: точечный, локальный, на уровне региона, национальный и масштабный, глобальный. Глобальная система экологического мониторинга подразумевает экологический анализ взаимодействия людей и природы в рамках биосферы. Национальный мониторинг базируется на проведении таких действий на территории одного государства. Определение региональному мониторингу подобрать достаточно сложно, как и дать границы его масштабам.

В России в нормативных актах экомониторинга регион определяется как субъект РФ. Нельзя не сказать о существовании и более масштабных по пространству мониторингов акваторий и площадей межгосударственного уровня, например, Балтийское и Северное моря, Альпы, внутригосударственного, например, Байкал и Урал. Говоря о локальном мониторинге, отметим, что он предполагает анализ пространства единичного источника, на который оказывают влияние промышленные предприятия, а также предприятия муниципального образования (города и района).

Классификация систем экологического мониторинга
Классификация по природным компонентам. В основе данной классификации информационной системы экологического мониторинга выделяют геологический, гидрологический, биологический, геоботанический, геофизический мониторинги, а также мониторинг атмосферы, почвы, леса и зоомониторинг. Система экологического мониторинга воздуха понимается как комплекс наблюдений за качеством и общим состоянием атмосферного воздуха, уровнем его загрязнения, за природными явлениями, действующими в нём. Кроме того, организация системы экологического мониторинга воздуха включает в себя анализирование, оценку, прогнозирование его состояния и степени загрязненности. В соответствии с вышеперечисленными можно установить и прочие мониторинги других компонентов.

Мобильное оборудование для систем экологического мониторинга

Разберем, что подразумевается под устройствами, выполняющими функцию экологического контроля. Это класс приборов, которые могут определять и измерять показатели определенных физических факторов и параметров среды, которая окружает. Данные факторы и параметры негативно влияют на физическое состояние человека и жизнедеятельность каких-либо организмов.

Мобильное оборудование для систем экологического мониторинга

Они (приборы) требуются специалистам, которые работают в области охраны окружающей среды, выполняют действия по аттестации мест работы, проверяют насколько хорошо выполнены санитарные требования в помещениях, являющихся жилыми, а также местах общественного пользования. Отметим, что такие устройства пользуются популярностью и среди обычных людей, которым нужно проверить безопасность продуктов, а также жизненные условия в быту.

Мобильные устройства, выполняющие функции экологического мониторинга системы наблюдения и контроля, применяются для быстрого проведения измерений и анализа. Из этих приборов пользуются популярностью:

приборы для измерения дозы радиации — дозиметры;
индикаторы полей/излучений;
приборы для определения общего качества воды;
приборы для определения уровня насыщенности жидкостей и продуктов питания вредными нитратами.

Под дозиметрами понимаются контролирующие устройства, цель которых выяснить наличие экспозиционной радиационной дозы. Чаще всего такие приборы имеют встроенные или подключаемые датчики (по примеру счетчиков Гейгера) и применяются для проведения определения эквивалентной и эффективной дозы. Модели, более дорогие по стоимости, выполняют функцию вычисления накопленной дозы.

Устройства, имеющие датчик направленного вида, наиболее точно вычисляют объекты и их элементы, являющиеся зараженными.

Индикаторы излучений дополняются датчиками-детекторами, выполняющими регистрацию электро- и магнитных полей. Эти устройства системы общего экологического мониторинга и контроля также могут дополняться антеннами, которые изменяют уровень электромагнитных излучений и выявляют их опасный порог.

Акватестеры — компактные, портативные устройства, необходимые для быстрой проверки качественных показателей воды по её основным показателям или для определения нахождения в воде веществ токсичного происхождения. Такие устройства могут служить заменой анализаторам жидкости.

Нитратомеры — приборы, имеющие контактный щуп. Они помогают определить уровневый показатель нитратов в овощах и фруктах, напитках, мясной продукции. Результат, который видит специалист, сопоставляется с предельно возможными значениями для определенного типа продуктов.

Приборы комбинированного типа объединяют разнообразные функции, позволяющие проводить измерения. Они могут замещать полноценный комплект устройств, помогают провести оценку безопасности пробы воды, продуктов сразу по нескольких факторам. Они пользуются популярностью среди обычных потребителей и мастеров, которые проводят быструю оценку пищевой продукции или полевые замеры около опасных территорий и объектов.

Состав стационарной системы производственного экологического мониторинга

Системы комплексного экологического мониторинга окружающего воздуха условно делятся на два контролирующих типа: процесс контроля атмосферного воздуха рабочей зоны и жилой зоны, в населенных местах. Основные отличия базируются на показателе уровня концентрации загрязнителей, которые зависит от предела допустимой нормы на этих территориях.

Состав стационарной системы производственного экологического мониторинга

Система мониторинга экологической обстановки проводится предприятиями и прочими территориальными образованиями. Их состав идентичен друг другу, отличия заключаются только в том, куда направляется информация и с какой целью она используется.

Когда мониторинг проводится производством, системы общего экологического мониторинга на предприятии адресуют информацию в заводской Центр Мониторинга с целью сокращения влияния его деятельности на загрязнение среды, которая окружает, а также на здоровье рабочих. При проведении территориального мониторинга информацию адресуют в Центр мониторинга населенного пункта, она необходима для проведения мер, которые выявляют загрязнители и принимают соответствующие решения для их устранения.

Под стационарным постом контроля атмосферы (АСКЗА, ПКЗ) понимают утепленный павильон, подходящие под различные погодные условия. В его состав входят:

Система электропитания
Термостабилизирующая система
Сигнализация, выполняющая пожарно-охранную функцию
Комплексная система аналитики
Прибор, выполняющий функцию сбора и обработки данных
Приборы для связи

В число составных элементов входят:

1. Система электропитания

Она представлена в виде силового щита и источника питания. В её функции включены:

стабилизированные и резервированные приборы поста;
задача защиты сотрудников и приборов от утечек тока;
процесс коммутации нагрузок или сетевые автоматы;
система прогрева павильона до температуры +5 градусов перед моментом включения приборов;

2. Термостабилизирующая система

Она включает в себя блок управления, вытяжной вентилятор, отопители и кондиционеры. В её функции входят:

сохранение требуемого температурного режима внутри павильона;
управление отопителями и кондиционером в автоматическом режиме;
процесс управления вытяжным вентилятором;
отправка телеметрических данных на прибор, собирающий и обрабатывающий информацию;
термостабилизация поста может быть выполнена при помощи настроек отопителей и кондиционера или с использованием терморозеток. В них, как правило, подключены отопители и/или кондиционер.

3. Пожаро-охранная сигнализация (ПОС)

Под ПОС понимают наличие штатных приборов: С2000-4, пожарные извещатели и аналогичные устройства для охраны. Они реализуют следующие функции:

отслеживание пожарных датчиков и датчиков вскрытия;
отправка информации о состоянии устройства ПОС на компьютер;
срабатывание исполнительных устройств при возникновении аварии (например, включение сирены или световых сигналов).

Для быстрого реагирования на возникновение нештатных случаев вместе со штатными ситуациями ПОС предполагается установка дополнительных приборов извещения, которые монтируются к системам аварийных служб.

4. Аналитический комплекс

Под аналитическим комплексом рассматривают набор приборов, а именно газоанализаторы, пылемеры, оборудование для измерения метеопараметров, датчики, определяющие уровень радиации, баллоны.

5. Устройство сбора и обработки информации (УСОИ)

Устройство сбора и обработки информации выглядит как промышленное компьютерное устройство, размещенное в подрессоренной 19-дюймовой стойке. Также на нём расположены коммуникационные интерфейсы и специализированные ПО. Он выполняет следующие функции:

опрос оборудования для проведения измерений
опрос телеметрических систем
составление локальной базы информации
процесс управления каналами измерения
составление локальных отчётов данных
взаимодействие с Центром мониторинга при помощи системы связи

6. Система связи

Под системой связи, как правило, понимают наличие коммуникационного оборудования, которое передает данные под управлением УСОИ и команды, передающиеся между постом и Центром мониторинга. Каналы связи, которые являются основными:

линия, являющаяся выделенной или модем выделенной линии)
телефонная линия коммутации или модем телефонной линии)
связь сотовых операторов или GPRS/3G модем
радиоволна или радиомодем и радиостанция
Ethernet/Internet или встроенный LAN-порт

7. WiFi/WiMax

Наполнение и процесс сбора определенного поста зависит от его функций. Типичный набор элементов для проведения замеров в черте города: Пыль PM10(PM2,5), CO, NO, NO2, SO2, CH4, метеопараметры. Для проведения замеров на территории предприятий особое внимание дается измерению определенных компонентов, присутствующих на производстве.

Определяющие пункты, которые важны в процессе составления технического задания:

список компонентов, которые поддаются измерению, а также пределы таких измерений (рабочая и/или жилая зоны);
покрывающий материал павильона поста (сендвич-панели, сайдинг или металлическое покрытие);
погодные характеристики (например, для территории Крайнего Севера необходимо специальное исполнение);
системы отправки информации (например, сотовая связь, радиоволны).

В состав структуры системы экологического мониторинга включены следующие действия:

Наблюдение.
Оценивание физических характеристик.
Прогноз.
Оценивание данного прогноза.

Четкое следование всем задачам поможет избежать экологических катастроф.