Синтез многосвязной системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна в промышленной зоне города

Под загрязнением атмосферы понимается изменение ее состава в результате наличия в ней примесей. Антропогенная деятельность оказывает все возрастающее негативное влияние на состав атмосферы. Воздушные потоки часто несут целые шлейфы вредных соединений, распространяющихся на значительные расстояния. Это приводит к ухудшению атмосферных свойств, что губительно сказывается на жизнеспособности биосферы.

Сосредоточение на территории Иркутской области крупных экологически опасных промышленных производств, использование отсталых технологий, отсутствие эффективного очистного оборудования привели к возникновению районов с неблагополучной экологической ситуацией, в число которых входят города: Ангарск, Братск, Зима, Иркутск, Усолье-Сибирское, Шелехов, Черемхово.

Из-за наличия на территории области таких метеорологических Факторов, как температурные инверсии, большая повторяемость штилей и слабых ветров, туманов и преобладание незначительных осадков, способствующих накоплению примесей, потенциал загрязнения атмосферы значительно возрастает.

Наиболее напряженная экологическая обстановка сложилась в г. Братске. Город относится к крупным промышленным узлам Восточной Сибири, в нем расположены крупнейшие предприятия различных отраслей, сосредоточенные на незначительной территории. Ряд веществ, присутствующих в атмосфере г. Братска, обладает эффектом суммирования токсического действия. В результате фотохимических процессов в воздушной среде образуется сложная гамма вредных соединений, состав которых изучен недостаточно.

Решением Правительства России г. Братск отнесен к разряду зон экологического бедствия. Сложившаяся экологическая ситуация в Иркутской области, и, в частности, в г. Братске, требует принятия срочных мер по снижению атмосферного загрязнения.

Существующие в мировой промышленной практике способы очистки атмосферного воздуха можно разделить на две основные группы:

— использование газоочистного оборудования:

— выбор технологических режимов функционирования промышленных предприятий при неблагоприятных погодных условиях, затрудняющих рассеивание вредных примесей в атмосфере.

Применение этих способов приведет лишь к частичному восстановлению равновесного экологического состояния воздушного бассейна в городах с высокой концентрацией промышленных объектов.

Одной из задач комплексного исследования окружающей воздушной среды является разработка способов контроля и управления реальным экологическим состоянием приземного слоя атмосферы, определяемым естественными метеорологическими и геофизическими параметрами, а также антропогенными возмущениями от промышленных предприятий.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы очистки воздушного бассейна в зонах экологического бедствия путем направленного локального изменения состояния атмосферных параметров с помощью технических устройств.

Цель диссертационной работы: проведение синтеза многосвязной системы управления С СУ), обеспечивающей поддержание экологического состояния приземного слоя атмосферы в городах с высокой концентрацией промышленных объектов на уровне стандартного санитарного состояния.

В процессе синтеза многосвязной системы управления экологической обстановкой использовались основные положения физики приземного слоя атмосферы, методы теории систем многосвязного управления. теории автоматического регулирования и управления, теории графов, матричного исчисления, а также аппарат цепных дробей. Некоторые результаты работы получены с помощью моделирования на ЭВМ.

Научная новизна работы:

— разработана формализованная методика синтеза многосвязной системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна;

— экологическое состояние приземного слоя атмосферы в зонах антропогенной нагрузки предлагается рассматривать как многосвязный объект управления с распределенными параметрами:

— предложен метод аналитического синтеза алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна:

— предложен метод реализации алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна.

Решены частные вопросы, возникшие в процессе синтеза многосвязной системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна: выведена Формула порядка матрицы произведения: предложен способ понижения порядка матричного уравнения системы: предложен способ исключения неустойчивых звеньев из структуры системы.

Положения, выносимые на защиту:

— постановка задачи синтеза системы управления экологическим состоянием приземного слоя атмосферы в зоне антропогенной нагрузки;

— методика синтеза многосвязной системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна;

— результаты исследования экологического состояния воздушного бассейна в промышленной зоне города как многосвязного объекта управления с распределенными параметрами;

— метод аналитического синтеза алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна;

— метод реализации алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна.

Исследования автора выполнялись в рамках госбюджетной тематики «Топологические методы идентификации и синтеза систем управления многосвязными объектами» (код ГАСНТИ 10В02), выполняемой в Братском индустриальном институте по направлению «Теория, методы и средства автоматизации систем переработки информации и управления» .

Результаты диссертационной работы позволили оценить возможность организации управления экологическим состоянием воздушного бассейна, они могут служить теоретической основой для решения задач экологической безопасности г. Братска, согласно Постановлению Правительства РФ от 23.04.1994 г. N 376 «Федеральная целевая программа неотложных мер по улучшению состояния окружающей среды, санитарно-эпидемиологической обстановки и здоровья населения г. Братска», а также построения системы территориального управления экоситуацией.

Результаты проведенных теоретических исследований используются в учебном процессе Братского индустриального института.

Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Братского индустриального института С14 научно — техническая конференция — Братск, 1993: 17 — Братск, 1996: 18 — Братск, 1997: 19 — Братск, 1998).

Выполняемые на базе Братского индустриального института научные разработки, связанные с практическими приложениями предлагаемой методики по управлению экологическим состоянием воздушного бассейна, экспонировались на следующих выставках: 4-й международной универсальной выставке-ярмарке (Братск, 13−16 Февраля 1996 г.): выставке-ярмарке «Наука, образование и новые технологии» (Иркутск, 10−13 апреля 1996 г.): Братской универсальной ярмарке (Братск, 16−21 декабря 1997 г.). За рубежом: в составе экспозиции Братского индустриального института — «Разработка методов управления воздушным бассейном промышленных зон городов» — Англия, апрель 1994 г.: в составе экспозиции Иркутской области — «Организация экологического мониторинга в зонах промышленных выбросов (система управления экологическим состоянием воздушного бассейна промышленных городов)» — г. Сеул (Корея), декабрь 1994 г.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

14. Основные результаты диссертации опубликованы в 9-ти печатных работах и могут быть использованы при разработке и исследовании сложных систем управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненная работа соответствует области исследования, определенной в паспорте специальности под шифром 05.13.01.

Целью автора являлось проведение синтеза многосвязной системы управления, осуществляющей локальное поддержание экологического состояния приземного слоя атмосферы в городах с высокой концентрацией промышленных объектов на уровне стандартного санитарного состояния.

Основные научные положения и результаты диссертационного исследования:

1. Обоснована необходимость синтеза системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна в зонах расположения крупных промышленных предприятий.

2. Разработана формализованная методика синтеза многосвязной системы управления экологическим состоянием воздушного бассейна, основанная на топологической теории синтеза систем.

3. Сформулирована концепция управления экологическим состоянием воздушного бассейна: искусственное локальное поддержание величины напряженности электростатического поля в области допустимых значений позволит снизить содержание вредных примесей в атмосфере до уровня предельно-допустимых концентраций, а также оказать благотворное влияние на процессы жизнедеятельности организмов.

4. Искусственное локальное воздействие в желаемом плане на направление и величину напряженности электростатического поля предлагается осуществлять по следующим основным каналам:

— потенциал ионосферы-напряженность электростатического поля;

— влажность воздуха — проводимость воздуха — напряженность электростатического поля;

— уровень радиационного Фона — проводимость воздуха — напряженность электростатического поля;

— интенсивность промвыбросов в точке их выхода — проводимость воздуха — напряженность электростатического поля;

5. Получена в общем виде математическая модель алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна, содержащая как операторы, так и сигналы объекта.

6. Предложен метод аналитического синтеза алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна.

7. В результате аналитического синтеза получена в общем виде математическая модель алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна, не содержащая сигналов объекта, что является ее преимуществом.

8. Предложен метод реализации алгоритма управления экологическим состоянием воздушного бассейна.

9. Разработаны рекомендации по использованию результатов синтеза, где, в частности, предлагается ряд технических средств для направленного локального воздействия на атмосферные параметры.