Разработка системы непрерывного идентификационного мониторинга передвижных источников выброса вредных веществ в атмосферу транспортно-строительных зон города тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Сухоносов, Евгений Александрович

• Сухоносов, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сухоносов, Евгений Александрович

1. Анализ влияния передвижных источников выбросов на экологическую ситуацию г. Ростова-на-Дону.

1.1. Тенденции развития строительного и дорожно-транспортного комплексов города.

1.2. Анализ и прогноз изменения объемов выбросов загрязняющих веществ поступающих в атмосферу города.

1.3. Влияние вредных выбросов на окружающую среду.

1.4. Современная концепция обеспечения экологической безопасности.

1.5. Выводы. Цели и задачи исследования.

2. Разработка системы непрерывного идентификационного мониторинга передвижных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ТСЗ города.

2.1. Особенности разрабатываемой системы.

2.2. Обоснование необходимости уникальной идентификации ПИВ в системе непрерывного мониторинга.

2.3. Обоснование набора функций и подсистем, реализуемых в системе мониторинга.

2.4. Выводы.

3. Разработка подсистемы аналитической обработки информации о потоках передвижных источников выбросов вредных веществ.

3.1. Формулирование основных требований, предъявляемых к методам расчета масс выбросов вредных веществ в атмосферу ТСЗ от ПИВ.

3.2. Разработка методики расчета масс выбросов вредных веществ от ПИВ в пределах ТСЗ города.

3.2.1. Требования к разрабатываемой методике.

3.2.2. Описание аналитической модели расчета эпюры изменения режимов движения ПИВ в заданных условиях.

3.2.3. Совершенствование методики расчета количества расходуемого топлива потоком ПИВ при движении в заданных условиях.

3.2.4. Расчет масс выбросов и рассеивания токсичных веществ.

3.3. Выводы.

4. Разработка подсистемы поддержки принятия решений при осуществлении управления экологической безопасностью в системе планирования градостроительной деятельности.

4.1. Особенности и основные характеристики разрабатываемой подсистемы.

4.2. Классификация основных подходов к оценке текущего и прогнозного состояния ТСЗ.

4.3. Описание расчета длительности и состава работ в ТСЗ.

4.4. Исследование проблемы формализации критериев для принятия управленческих решений.

4.5. Разработка методики принятия управленческих решений в системе управления экологической безопасностью при осуществлении планирования градостроительной деятельности.

4.6. Автоматизация предложенной модели поддержки принятия решений при планировании выполнения работ по обслуживанию ТСЗ города.

4.7. Внедрение.

4.8. Выводы.

5. Разработка подсистемы сбора, передачи и накопления информации о потоках передвижных источников выбросов вредных веществ.

5.1. Разработка модуля сбора и передачи данных о потоке передвижных источников выбросов.

5.2. Разработка модуля накопления данных.

5.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы непрерывного идентификационного мониторинга передвижных источников выброса вредных веществ в атмосферу транспортно-строительных зон города»

В городах, в условиях постоянно растущих объемов городского строительства, формируются транспортно-строительные зоны (ТСЗ), зачастую функционирующие в режиме повышенной экологической опасности, возникающей из-за движения на них потоков передвижных источников выбросов (ПИВ) высокой плотности. В процессе производства строительных работ выбросы строительной, дорожно-строительной техники (СиДСТ) носят кратковременный характер, но валовые выбросы зачастую достигают достаточно больших величин. При этом СиДСТ создают дополнительные сложности для движения потока ПИВ в целом, что является фактором значительного повышения уровня атмосферного загрязнения ТСЗ. Помимо негативного воздействия на атмосферу, вредные вещества, оседающие в ТСЗ, приводят к чрезмерному насыщению вод поверхностного стока и почвы известью, нефтепродуктами, солями, химическими веществами, которые затем попадают в водостоки. Вредные вещества воздействуют также на инфраструктуру города и его экологические системы.

В данной работе основное внимание уделено разработке системы, позволяющей с достаточной степенью точности осуществлять непрерывный идентификационный мониторинг ПИВ вредных веществ в атмосферу и контролировать изменение таких показателей, как плотность, интенсивность и состав этих источников в течение длительного времени, а также изменение объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Ключевым вопросом данной работы является проблема качества планирования градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ в ТСЗ города на основе данных систем непрерывного идентификационного контроля.

В настоящее время процесс повышения качества функционирования транспортно-строительных зон не включает процесс управления качеством окружающей среды. Набор критериев, по которым в настоящее время осуществляется выбор и расстановка приоритетов среди объектов выполнения строительно-ремонтных работ, не может дать качественную объективную оценку ситуации, так как он не включает критерий экологической целесообразности.

В работе делается попытка создания методики принятия управленческих решений, учитывающей критерий экологической целесообразности, а также других критериев, при выборе и расстановке приоритетов среди ТСЗ в процессе планирования градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ.

Ключевым этапом в решении поставленной задачи является качественный предварительный анализ состава и условий движения источников вредного воздействия на атмосферу.

Цель работы - снижение загрязнения атмосферы на основе совершенствования методов управления экологической безопасностью транспортно-строительных зон города, применяемых при планировании градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ, на основе системы непрерывного идентификационного мониторинга ПИВ вредных веществ.

Для достижения цели решались следующие задачи:

- анализ существующей и прогнозируемой величины экологического вреда, формируемого ПИВ вредных веществ в ТСЗ;

- разработка способа сбора и накопления информации о ПИВ с возможностью идентификации каждого из них;

- разработка алгоритма расчета массы выбросов вредных веществ ПИВ, позволяющего учесть их технические характеристики, а также факторы, оказывающие влияние на условия движения;

- обоснование правил формализации критериев для принятия решений при осуществлении градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ;

- разработка методики выбора и расстановки приоритетов среди объектов ТСЗ при планировании в них работ, основанной на применении критерия экологической целесообразности.

Объект исследования — система непрерывного идентификационного мониторинга ПИВ вредных веществ в атмосферу для управления экологической безопасностью ТСЗ города.

Основная идея работы - совершенствование системы непрерывного мониторинга ПИВ вредных веществ, позволяющей оценить текущее состояние экосистемы и предотвратить его возможное ухудшение, а также совершенствование методов планирования градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ.

Достоверность научных положений и выводов диссертации обоснована применением классических положений прикладной экологии, теории принятия решений, использованием современных методик исследования, сходимостью аналитических и экспериментальных данных (относительная погрешность до 15% при доверительной вероятности - 95%).

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое моделирование, обработку д?,нных экспериментов специализированными аналитическими методами с применением персонального компьютера (ПК), сопоставление полученных результатов экспериментальных исследований, с результатами, полученными другими авторами.

Научная новизна:

- предложен новый способ оценки наносимого экологического вреда на основе информации о ПИВ;

- усовершенствована методика определения масс выбросов вредных веществ от ПИВ в атмосферу, учитывающая технические особенности каждого источника выбросов и условия передвижения в конкретной транспортно-строительной зоне;

- разработана модель принятия управленческих решений по управлению экологической безопасностью при планировании градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ;

- обоснован принцип формализации предложенных критериев для принятия управленческих решений на основе их условной величины.

Практическое значение работы:

- разработана на уровне патента (патент № 37237) автоматизированная система непрерывного идентификационного экологического мониторинга загрязнения атмосферы города от ПИВ, обеспечивающая сбор и накопление информации, необходимой для проведения качественного анализа текущей ситуации в ТСЗ;

- усовершенствована инженерная методика определения масс выбросов вредных веществ от ПИВ в атмосферу, учитывающая состав, плотность и интенсивность потока подвижных источников, текущее и прогнозное техническое состояние конкретных транспортно-строительных зон;

- разработана и апробирована система принятия решений по управлению экологической безопасностью при осуществлении планирования градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ.

Реализация результатов работы. Научные положения, материалы исследований, модель принятия решений, программы на ПК использованы в архитектурно-проектной деятельности архитектурного отдела Октябрьского района г. Ростова-на-Дону, планово-производственной деятельности ОАО СПФ «ДОН-СПАРК», а также в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета по курсу «Охрана воздушного • бассейна».

На защиту выносятся:

- алгоритм определения объемов выбросов и концентраций вредных веществ от ПИВ, учитывающий технические особенности каждого источника и условия движения в заданной ТСЗ;

- модель принятия управленческих решений при расстановке приоритетов и выборе оптимальной очередности выполнения работ по содержанию, ремонту и реконструкции ТСЗ с точки зрения минимизации величины экологического вреда.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

- международных научно-практических конференциях в Ростовском государственном строительном университете: «Строительство -2003», «Строительство - 2004», «Строительство - 2005»;

- Всероссийских научно-практических конференциях: «Безопасность, надежность, энергосбережение» в 2003, 2004 и 2005 годах;

- научных семинарах кафедры «Пожарная и производственная безопасность» Ростовского государственного строительного университета;

- техническом совете администрации Октябрьского района г. Ростова-на-Дону.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в девяти работах и одном патенте.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 172 е., в том числе: основной текст - 160 е.; 24 таблицы; 23 рисунка; список литературы из 127 наименований.

Заключение диссертации по теме «Экология», Сухоносов, Евгений Александрович

Основные выводы по работе:

1. Проведен анализ данных о качестве атмосферного воздуха города Ростова-на-Дону и тенденциях его изменения, установлено, что вклад СиДСТ в общий фон атмосферного загрязнения относительно общего объема выбросов ПИВ в пределах мегаполиса незначителен, при этом удельный вклад в пределах отдельных ТСЗ с наиболее высокой концентрацией ПИВ может достигать больших величин, при неблагоприятных метеоусловиях ТСЗ могут принимать статус зон с чрезвычайной экологической ситуацией.

2. Усовершенствована методика определения масс выбросов вредных веществ от передвижных источников выбросов вредных веществ в атмосферу, учитывающая технические особенности каждого источника выбросов и условия его передвижения в конкретной транспортно-строительной зоне.

3. Разработана модель принятия управленческих решений по управлению экологической безопасностью при выполнении градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ.

4. Предложены критерии для определения условной величины экологического ущерба, возникающего из-за снижения пропускной способности транспортно-строительных зон города, обоснован принцип их формализации.

5. Разработана на уровне патента (патент №37237) автоматизированная система непрерывного идентификационного экологического мониторинга загрязнения атмосферы города от передвижных источников выбросов, обеспечивающая непрерывный сбор и накопление информации, необходимой для проведения качественного анализа текущей ситуации в транспортно-строительных зонах города.

6. Разработано программное обеспечение для поддержки предложенного алгоритма принятия решений при осуществлении планирования градостроительной деятельности и строительно-ремонтных работ в транспортно-строительных зонах города.

Для получения описанных результатов использованы методы аналитического обобщения научных и технических результатов, математическое моделирование, обработка данных эксперимента аналитическими методами с применением ПК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научная работа посвящена актуальной проблеме экологического загрязнения атмосферы города, вызванного эксплуатацией ПИВ. Для формирования комплексной оценки данной проблемы был проведен комплекс предварительных работ:

- проведен анализ данных о качестве атмосферного воздуха города Ростова-на-Дону и тенденциях его изменения;

- проанализированы существующие методы и средства экологического мониторинга;

- проведен анализ существующих методов определения масс выбросов вредных веществ в атмосферу города от потоков ПИВ;

- проведен анализ существующих методов оценки вреда, наносимого ПИВ экосистеме города;

- детально рассмотрен вопрос планирования проведения строительно-ремонтных работ в ТСЗ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сухоносов, Евгений Александрович, 2005 год

1. Артамонов. М.Д. Теория автомобиля и автомобильного двигателя. Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1968. - 298 с.

2. Ахметов Л.А. и др. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды // ВИНИТИ. Автомобильный и городской транспорт. 1994. № 2. - С. 32 - 36.

3. Базовые нормативы платы за выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников. Указание Госкомэкологии России от 20.11.97 No 01-14/29-3621.

4. Бадалян Л.Х. Токсичность выбросов карбюраторных двигателей: Методика расчета // Межвуз. сб. науч. тр. РГАСХМ. Ростов н/Д., 2000 г, вып.4., С.19 - 22.

5. Бадалян Л.Х. Методика расчета выбросов токсичных веществ автотранспортных дизелей // Методика расчета. Межвуз. сб. науч. тр. РГАСХМ. Ростов н/Д., 2000 г, вып.4., С.70 - 74.

6. Бадалян Л.Х., Киреева В.В., Зубков Н.А. Биокинетическая модель экономической оценки ущерба экосистеме города // Межвуз. сб. науч. тр. РГАСХМ. Ростов н/Д., 2000 г, вып.5., С.91 - 94.

7. Бабков В.Ф. Дорожные условия и режимы движения. Учебное пособие М.: «Транспорт», 1971. - 256 с.

8. Бабков В.Ф. Реконструкция автомобильных дорог. М.: Высш. шк., 1973.-212с.

9. Белов И.В., Беспалов М.С. Транспортная модель распространения газообразных примесей в атмосфере города // Мат. моделирования, 2000-Т. 12 № и С.38-46.

10. Вельский А.Е. Расчеты скоростей движения на автомобильных дорогах. М.: «Транспорт», 1966. - 192 с.

11. Беспамятов Г.П., Коротков Ю.А. Предельно допустимая концентрация химических веществ в окружающей среде. Справочник СПб.: Химия, 1995.-528 с.

12. Благородова Н.В. Распределение концентраций газовых примесей в приземном слое атмосферы населенных мест с учетом застройки. Автореферат дис.на соиск.учен.степ.канд.тех.наук, Ростов-н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 1998. 23 с.

13. Богуславский Е.И., Сухоносов Е.А., Сухоносов А.А. Патент на полезную модель №37237 «Система экологического контроля загрязнения атмосферы города от транспортных потоков», РГСУ 2003 г., 10.04.2004. Бюл. № 10.

14. Брайловский Н.О., Грановский Б.И. Моделирование транспортных систем. М.: Транспорт, 1978 - 125 с.

15. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. ГК РФ по охране окружающей среды от 9.03.99.

16. Васин В.А., Власов И.Б., Егоров Ю.М. Информационные технологии в радиотехнических системах. М.: МГТУ им. Баумана, 2004. - 768 с.

17. ВСН 24-88 Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог.

18. Герасимов И.П. Научные основы мониторинга окружающей среды. -Д.: Гидрометеоиздат, 1987.- 215 с.

19. Гарманова Е.Н. Дорожное строительство. Организация, планирование, управление. М.: Транспорт, 1981. - 223 с.

20. Голубев И.Р., Новиков А.В. Окружающая среда и транспорт. М.: Транспорт, 1987 -96с.

21. Горелик Д.О., Конопелько JI.A. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов. Аэроаналитические измерения. М.: Издательство стандартов, 1992. - 311 с.

22. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с.

23. Грунауэрс А.А. Снижение токсичности и повышение эксплуатационной экономичности транспортных агрегатов. М.: «Мир», 1981.-144 с.

24. ГН 2.1.6.695-98 Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

25. ГОСТ Р 50597-93 Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения.

26. ГОСТ 17.2.1.04-77 Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения.

27. ГОСТ Р 17.2.2.06-99 (2000, с поправкой 2001) Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобалонных автомобилей.

28. ГОСТ 30412-96 Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерений неровностей оснований и покрытий.

29. Гурьянов Д.И. Экологически чистый транспорт: направления развития // Инженер, технолог, рабочий. 2001. — № 2. - С. 12-14.

30. Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура // Материалы Междунар. науч.-практ. конф., Омск : Изд-во СибАДИ. - 2003 г. - С. 24 - 28.

31. Дрю Д.Р. Теория транспортных потоков и управления ими. Перевод с англ. М.: «Транспорт», 1972. - 224 с.

32. Дьяков А.Б., Игнатьев Ю.В. Экологическая безопасность транспортных потоков. М.: Транспорт, 1989. - 128 с.

33. Евгеньев И.Е. Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. М.: ООО «Трансдорнаука», 1997. - 215 с.

34. Золотарь И. А. Экономико-математические методы в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1974. - 246 с.

35. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей среды. Приказ Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации от 26.01.93.

36. Иванов М.Т. Теоретические основы радиотехники. М.: Наука и техника, 2005. - 306 с.

37. Канин А. П., Карай Н. А. Моделирование производственных процессов строительства и ремонта автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1990. - 271 с.

38. Кавтарадзе Д.Н. Автомобильные дороги в экологических системах. -М.: ЧеРо, 1999.-240 с.

39. Каганов В.И. Радиопередающие устройства. СПб.: Питер, 2003. -288 с.

40. Козлов Ю.С. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. М.: Агар: Рандеву-Ам, 2000. - 176 с.

41. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов, — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа, 1980. 400 с.

42. Корчагин В.А., Филоненко Я.М. Экологические аспекты автомобильного транспорта: Учебное пособие, — М.: МНЭПУ, 1997. -100 с.

43. Косых П.Г. Некоторые.вопросы экологии и техногенной опасности при строительстве. М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. - 52 с.

44. Криницкий Е.И. Экологичность автотранспорта должен определять Федеральный закон.// Автомобильный транспорт, — 2000. № 9. -С. 34-37.

45. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Яшина М.В. Автотранспортные потоки и окружающая среда 2: Учеб. пособие для вузов/Под ред. В.Н. Луканина. - М.: ИНФРА-М, 2001. - 646 с.

46. Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян А.С. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.1. Теория рабочих процессов: Учебное пособие; Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. шк., 1995. - 386 с.

47. Луканин В.Н., Трофименко Ю.Ф. Промышленно-транспортная экология. Учеб. для вузов/Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. шк, 2001.-273 с.

48. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта // Итоги науки и техники. ВИНИТИ, Автомобильный транспорт. 1996. -С. 44-47.

49. Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. СПб.: НПК «Атмосфера», 1996. - 58 с.

50. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. — М.: НИИАТ,1993.-32 с.

51. Методика тягового расчета. Под ред. В.А. Сивцева Саратов.: 1978. -99 с.

52. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Автомобили и тракторы». Расчет динамической характеристики автомобиля. Ростов-на-Дону: РГСУ 1998. 42 с.

53. Методика расчета тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля. Учебное пособие — М.: «Наука», 1996. -39 с.

54. Назаров И.М., Николаев А.Н., Фридман Ш.Д. Основы дистанционных методов мониторинга загрязнения природной среды. JL: Гидрометеоиздат. 1983. - 148 с.

55. Никифорова Г.Е. Экология в строительстве: Учеб. пособие. -Комсомольск-на-Амуре, 2002. — 102 с.

56. Шевцов К.К. Охрана окружающей природной среды в строительстве: Учеб. пособие для студентов строит, спец. вузов. М.: Высш. шк.,1994.-240 с.

57. Постановление Российской Федерации от 2 марта 2000 года № 183. «О нормах платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вредных физических воздействий на него».

58. Пригожин А.В. Загрязнение окружающей среды строительной площадки // Проблемы экологии в строительстве. Волгоград. - 2000. -С. 45-51.

59. Прокопов Н.Г. Проблемы экологии автомобильного транспорта России // Прикладная экология. 2001. — С. 43 - 49.

60. Проект Оздоровления воздушного бассейна г.Ростова-на-Дону Разработан комиссией администрации г.Ростова-на-Дону по заданию первого главы администрации Е.М. Шепелева, 2001 г.