Алексеев В.В.

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет,

кафедра Информационно-измерительных систем и технологий

Abstract - Monitoring Information measurement systems for environmental monitoring plays an important role environmental quality estimation and ecological situation analysis. Difficulties of such estimation are connected with m ultiple object’s features, great number of information types and target function. A problem of getting the true assessment can be solved only when measurements meet the requirement of accordance connected with detailed metrological analysis of all data.

Информационно-измерительная система мониторинга (ИИСМ) окружающей природной среды (ОПС) - это распределенная система контроля важных параметров в различных средах и объектах экологической структуры района, сбора и обработки данных, архивирования и представления результатов.

Применение информационных технологий значительно расширило возможности современных ИИСМ. Они, как правило, строятся на базе геоинформационных систем (ГИС), широко применяются методы математического моделирования развития процессов в ок ружающей природной среде с целью проектирования территорий, прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций, экологического управления для рационального природопользования, решаются вопросы оценки состояния окружающей природной среды, ее качества.

Последняя задача является сложной и плохо проработанной в силу следующих причин. Оценка состояния ОПС требует определения основных показателей качества для каждого элемента экологической системы в соответствии с его ролью, свойства ми и целевой функцией анализа. Для каждого показателя качества необходимо определить функциональную и критериальную основу для получения его значений. Исходной информацией для формирования оценок являются результаты контроля характеристик в различных сре дах (результаты измерения уровня радиации, концентрации примеси вредных веществ, площади загрязнения и др.) или оценки экспертов, которые часто носят качественный характер.

Методы получения достоверной информации и обработки исходных данных имеют свою специфику. Получение достоверных результатов контрольных измерений связано с оптимизацией измерительного эксперимента и структуры информационной измерительн ой системы мониторинга. Получение достоверной экспертной оценки связано с методологией проведения экспертизы и методами обработки ее результатов.

Место ИИСМ ОПС в системе управления и рационального природопользования района представлено на рис.1.

Система принятия решений использует результаты контрольных измерений различных параметров ОПС, результаты обследований и экспертизы, а также результаты моделирования различных ситуаций техногенного или прир одного происхождения. Управление потоками информации и способами обработки является одной из ключевых задач в ИИСМ. Эта задача успешно может быть решена на базе ГИС - геоинформационной системы, которая обеспечивает эффективную работу с различными базами данных, архивной и текущей информацией, моделирование процессов, природных и техногенных объектов, удобное представление и документирование мониторинговой информации.

На рис.2 показана информационная структура ИИСМ.

Получение потоков достоверной информации на основании контрольных измерений, исследований, опросов и экспертных оценок связано с рядом проблем.

Задача эффективной организации системы сбора измерительной контрольной информации заключается в обеспечении надежного контроля характеристик ОПС (с заданной достоверностью обнаружения) при минимальных материальных затратах.

Возможен вариант построения распределенной измерительной системы с размещением станций контрольных измерений вокруг района вредных производств. Однако, в этом случае очевидна аппаратная избыточность.

Поэтому создание распределенной системы контроля качества ОС требует решения оптимизационной задачи организации пространственного измерительного эксперимента.

В местах, где необходимо проводить постоянный контроль (зона сброса из очистных сооружений предприятий) целесообразна организация стационарных постов, в других - возможно применение мобильных средств и методов дистанционного контроля , так как они имеют возможность проводить измерения в различных точках района. Заданные точки измерения могут определяться в каждой конкретной ситуации в процессе формирования рабочего маршрута передвижной лаборатории с учетом графика работы производств, метеорологических условий и др. При этом мобильная лаборатория должна комплектоваться средствами, обеспечивающими все виды измерения характерные для производств заданного района. Мобильная система обладает методическим преимуществом и экономически эффек тивна [1,2].

Степень достоверности полученных результатов [3] зависит от погрешностей средств измерения, используемого метода измерения и принятой модели процесса и может быть определена известными способами.

Описанные оценки являются простыми направленными на определение или регистрацию того или иного факта. Оценка же экологической обстановки является сложной функциональной задачей, как по форме, так и по содержанию.

Экологическая обстановка это сложное понятие. Поэтому прежде всего необходимо определить, что в каждом конкретном случае оценивается: состояние ОПС, степень нанесенного ущерба, степень риска и др. Каждое из упомянутых понятий может быть описано множеством целевых функций, зависящих от большого числа факторов и контролируемых параметров. Например, факторы воздействия на ОПС: химические, биологические, радиационные, энергетические, электромагнитные, физические (механические) и др. К аждый фактор также описывается сложной функцией воздействия (например, химические вещества в воде образуют группы токсичности, композиция которых должна анализироваться определенным образом) и имеет разное значение при оценке того или иного качества. При этом сами показатели качества чаще всего носят относительный характер (например, в разных случаях оценка качества воды может характеризоваться: 1) предельно чистая, чистая, удовлетворительно чистая, загрязненная, грязная; 2) условно чистая, слабо загряз ненная, загрязненная, грязная, очень грязная; 3) слабо загрязненная, средне загрязненная, сильно загрязненная, очень грязная; или загрязнение воздуха: 1) допустимое, слабое, умеренное, сильное, очень сильное; 2) допустимое, умеренно опасное, высоко опас ное, чрезвычайно опасное и др.).

Таким образом, оценка экологической обстановки связана с формированием целевых критериальных функций, объединяющих для каждого конкретного случая простые и комплексные характеристики контролируемых параметров ОПС, учитывающих степень в лияния того или иного фактора. При этом оценки носят разный характер, имеют разные характеристики достоверности и степени доверия.

Такие оценки могут быть получены, только если ко всем данным и операциям над ними будут предъявлены и соблюдены требования единства измерений.

Это может быть достигнуто, если все множество оценок организовать в виде нормированного многопараметрического пространства [4], с обязательным формированием характеристик достоверности (неопределенности) для каждого значения контролиру емых параметров

Таким образом, при выполнении указанных условий комплексная оценка экологической обстановки на различных объектах экосистемы может быть получена.

Литература

1. Алексеев В.В. Мобильная аналитическая лаборатория - эффективное средство мониторинга. С.-Пб., 1995, Мониторин, №1.
1. Применение мобильных лабораторий в системах мониторинга окружающей приро-дной среды/ Алексеев В.В. и др. научные доклады 3 международной конференции ”Экология и развитие северо-запада России”. С.-Пб., МАНЭБ, 1998.
1. Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях. Перевод документа EURACHEM. - С.-Пб., Крисмас+, 1997.

Алексеев В.В. Проблемы получения информации и оценки экологической обстановки в ИИС мониторинга окружающей природной среды/ Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций/ Тез. докл. НТК. С.-Пб., СПГЭТУ, 1998.