Технические и технологические проблемы экологического мониторинга

К настоящему времени в России и за рубежом создан большой парк специальной и универсальной контрольно-измерительной и аналитической техники, образцовых средств, технологий проведения анализа, контроля, оценки, обработки информации. Поэтому задача технико-технологического обеспечения экологического мониторинга сводится к выбору оптимального комплекта технических средств наблюдения и контроля из числа серийно выпускаемых различными предприятиями и ведомствами на основе нормативной базы экологического мониторинга.

Результаты экологического мониторинга составляют информационную базу (банк данных) ООС, что позволяет использовать ЭВМ для сбора, хранения, обработки и анализа информации. Информационное обеспечение ООС, в свою очередь, является основой для управления природоохранной деятельностью, проведения ресурсосберегающей политики. Информативность мониторинга во многом зависит от уровня технических средств (оснащенности службы), поэтому при комплектовании парка приборов необходимо руководствоваться всем комплексом нормативов контроля, регламентирующим объемы, периодичность, требуемую точность и достоверность, а также полноту наблюдений. Обязательное условие обеспечения требуемой информативности - использование ЭВМ и средств мониторинга на их основе.

Ведомственная служба экологического мониторинга должна иметь полный комплект необходимых технических средств для контроля всех основных параметров загрязнений окружающей среды. Обычно состав загрязнителей воздуха, воды, почв достаточно точно прогнозируется (оксиды азота, углеводороды и др.) и поэтому задача экологического контроля сводится к количественному определению концентраций известных загрязнений. Для этого ведомственные службы экологического контроля достаточно оснастить комплексными передвижными лабораториями анализа качества воздуха, воды, почв.

Организации экологической службы, ее техническому оснащению для контроля какой-либо определенной территории с находящимися на ней источниками техногенеза должны предшествовать научно-исследовательские работы, необходимые для исследования и прогнозирования возможных загрязнений (по составу и объемным концентрациям). Результаты исследований служат основанием для комплектования контрольных служб техническими средствами измерений и анализа состава и концентраций загрязнителей.

Инспекционные службы применяют разные методы и средства экологического контроля. Все они равноправны по критериям информативности, точности и достоверности.

В общую структуру аппаратных средств входят три уровня сети наземных измерений.

Низовой уровень мониторинговой сети представлен стационарными постами по воздуху и воде, передвижными и стационарными лабораториями по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега, передвижными станциями контроля выбросов и сбросов, инспекционными службами, службами получения данных от населения.

Число стационарных и передвижных станций и постов определяется результатами исследований, расчетов на имеющихся моделях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территориального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой.

На среднем уровне сети работают центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.

Высший уровень сети - пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки. Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды.

К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы, устройства загрузки данных, устройства передачи данных и др.

В иерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит их первичную обработку. В локальных и центральном вычислительных центрах определяются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т.п.

Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:

· управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности;

· сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;

· ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа;

· обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.;

· подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т.п.;

· передача информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр.

Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга обеспечивает регулярную (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т.п.) передачу данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий, передачу данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях и от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т.п.) по каналам связи.

Информация, передаваемая от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелика по объему (сотни байт), но передается достаточно часто. Скорость передачи данных невелика - сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие в атмосфере и воде процессы имеют высокую скорость распространения.

Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (до нескольких десятков килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.

Информационное обеспечение системы комплексного экологического мониторинга должно содержать следующие элементы:

· упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных);

· инфраструктуру собственно информационной базы данных;

· методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;

· методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;

· методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды;

· методики определения источников выбросов;

· структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Состав программного обеспечения сети комплексного экологического мониторинга следующий:

· развитые операционные системы;

· стандартные базы данных;

· картографическое и графопостроительное обеспечение;

· мониторы для управления сбором данных.

Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при проектировании или выборе структуры базы данных является модель представления данных.

По способу организации баз данных различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных. Первые строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. База данных при этом представляет собой совокупность таблиц. В иерархических базах данных, соответствующих иерархической модели, данные имеют структуру простого дерева, база данных в целом - совокупности деревьев. Сетевые базы данных организованы как ориентированная сеть, где данные имеют вид ориентированного графа.

Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общими задачами сети наземных измерений должны быть созданы основные базы данных по следующим объектам: воздух, выбросы и отходы, вода и др. Большинство из них целесообразно строить как реляционные. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархического типа.