Sb94862

УДК 502.175(07): 681.518.3(07)

ББК Б1с11я7+З973.233.02я7

К94

Кустов Т. В., Ковалевская А. С.

К94 Информационные системы для мониторинга окружающей среды: учеб.- метод. пособие к выполнению МДП. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 48 с.

ISBN 978-5-7629-1830-5

Содержит основные рекомендации по выбору темы междисциплинарного проекта, а также правила и требования к выполнению и оформлению всех разделов и структурных частей проекта.

Предназначено для студентов 2 курса магистратуры, обучающихся на направлении 201000.68 «Биотехнические системы и технологии» по профилю «Биотехнические системы и технологии защиты окружающей среды».

УДК 502.175(07): 681.518.3(07) ББК Б1с11я7+З973.233.02я7

Рецензент: нач. науч.-техн. центра АО «Морские неакустические системы и комплексы», д-р техн. наук Д. Л. Гуральник.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важных этапов учебного процесса для студентов является разработка междисциплинарного проекта.

Междисциплинарный проект представляет собой самостоятельную учебно-исследовательскую работу и предполагает углубленное изучение студентами отдельных проблем профессиональной деятельности.

Тематика междисциплинарного проекта «Информационные системы для мониторинга окружающей среды» определяется целями и задачами подготовки студентов в области инженерной защиты окружающей среды.

Исследования по охране окружающей среды ведутся практически во всех областях науки и техники, однако практическое использование результатов этих исследований для решения экологических проблем сдерживается несистемным применением экологических информационных систем. В частности, для решения многоцелевых экологических задач мониторинга нужны экологические информационные системы как глобального, так и регионального масштаба.

Говоря о функции сбора информации необходимо отметить большую роль экологического мониторинга. Для оптимизации отношений человека с природой и экологической ориентации хозяйственной деятельности появилась многоцелевая информационная система долгосрочных наблюдений – мониторинг. Мониторинг можно определить как «процесс постоянно повторяющихся замеров одного или более элементов или характеристик окружающей среды». Замеры выполняются с точно определенными целями и в точно определенные моменты времени с использованием сравнимых и воспроизводимых приемов, которые характеризуют элементы окружающей среды или индикаторы. И для решения таких многоцелевых экологических задач и нужны экологические информационные системы, предназначенные для целенаправленного контроля состояния окружающей среды и прогнозирования мероприятий по ее охране.

Предлагаемое пособие разработано в помощь студентам в вопросах выбора темы, выполнения и оформления разделов и структурных частей междисциплинарного проекта, а также в подготовке к защите проекта.

3

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1Цели и задачи междисциплинарного проектирования

Междисциплинарный курсовой проект является обязательной работой студента, направленной на развитие практических навыков комплексного применения полученных знаний.

Проект должен выполняться на новейшем теоретическом и фактическом материале, что требует тщательной подготовки для работы над проектом и его последующей защиты.

При выполнении проекта следует опираться на материал, использованный в курсовых работах и рефератах по дисциплинам специальности, а также на материалы, собранные и разработанные студентами во время производственных практик: специальную техническую литературу (учебники, монографии, справочники), периодические издания (научнотехнические журналы, сборники экспресс-информации, сборники НИР и ОКР), нормативную техническую литературу (руководящие технологические материалы, стандарты, нормали, каталоги).

Цель междисциплинарного курсового проекта – приобретение умений и навыков интеграции и систематизация приобретенных знаний.

Задачи проекта:

−формирование способности составить обзор и обосновать выбор путей решения поставленной задачи на основе знаний, полученных в смежных областях науки и техники;

−формирование способности применения знаний, умений и навыков, полученных в смежных дисциплинах, для анализа (синтеза) предлагаемых решений.

Сфера профессиональной деятельности специалистов в области инженерной защиты окружающей среды включает в себя обеспечение безопасности человека в современном мире, уменьшение вредного влияния человека на природную среду, сохранение жизни и здоровья человека за счет использования современных технических средств, методов контроля и прогнозирования.

Междисциплинарный проект обеспечивает закрепление знаний, полученных умений и навыков и направлен на формирование следующих компетенций:

4

−способности к познавательной деятельности (ОК-10);

−использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук для решения профессиональных задач

(ОК-11);

−использовать основные программные средства, пользоваться глобальными информационными ресурсами, владеть современными средствами телекоммуникаций, использовать навыки работы с информацией из различных источников для решения профессиональных и социальных за-

дач (ОК-13);

−ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного и природного характера (ПК-1);

−использовать методы расчетов элементов технологического оборудования по критериям работоспособности и надежности (ПК-5);

−ориентироваться в основных методах и системах обеспечения техносферной безопасности, обоснованно выбирать известные устройства, системы и методы защиты человека и природной среды от опасностей (ПК-8);

−ориентироваться в основных нормативно-правовых актах в области обеспечения безопасности (ПК-9);

−использовать методы определения нормативных уровней допустимых негативных воздействий на человека и природную среду (ПК-14);

−проводить измерения уровней опасностей в среде обитания, обрабатывать полученные результаты, составлять прогнозы возможного развития ситуации (ПК-15);

−определять опасные, чрезвычайно опасные зоны, зоны приемлемого риска (ПК-17);

−принимать участие в научно-исследовательских разработках по профилю подготовки: систематизировать информацию по теме исследований, участвовать в экспериментах, обрабатывать полученные данные

(ПК-20);

−решать задачи профессиональной деятельности в составе научноисследовательского коллектива (ПК-21).

5

Для этого будущий специалист должен знать: 1) общие вопросы проведения экологического мониторинга, 2) особенности информационных систем экологического назначения, 3) основные принципы проектирования информационных систем, предназначенных для целенаправленного улучшения состояния окружающей среды и прогнозирования мероприятий по ее охране.

Уровень выполнения проекта позволит оценить степень профессиональной зрелости студента как будущего специалиста.

Работа над проектом поможет приобрести навыки сочетания вопросов теории с практической деятельностью и опыт работы с литературой и нормативными документами.

1.2. Тематика работ

Тематика междисциплинарного проекта «Информационные системы для мониторинга окружающей среды» определяется целями и задачами подготовки магистров в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта по данному направлению подготовки. Она определяется кругом вопросов, которые рассмотрены при изучении дисциплин, на которых базируется междисциплинарный проект:

−управление техносферной безопасностью;

−методы и приборы контроля ОС;

−основы моделирования процессов в окружающей среде;

−информационные технологии в задачах природопользования.

Темы междисциплинарного проекта выбираются студентами самостоятельно на основе представленных заданий на курсовое проектирование, выданное руководителем междисциплинарного проекта.

Например, тема МДП может быть связана с обеспечением контроля конкретных загрязняющих веществ на промышленных предприятиях и объектах окружающей среды или относиться к использованию экоинформационных систем, предназначенных для анализа и обработки сведений, получаемых в процессе мониторинга степени загрязнения воздуха, воды и почвы, выбросов в окружающую среду транспорта и промышленных предприятий.

Перечень примерных тем междисциплинарного проекта:

6

1.Разработка алгоритма проведения мониторинговой оценки экологического состояния объекта.

2.Исследование особенностей сбора и обработки информации в системе экологического мониторинга на объекте.

3.Разработка информационной системы учета основных источников загрязнения окружающей среды на объекте.

4.Разработка автоматизированной информационной системы принятия решений для задач экологического контроля на объекте.

5.Анализ современных программных сред для решения задач экологического мониторинга на объекте.

6.Разработка базы данных современных методов и средств контроля качества окружающей среды на объекте.

7.Разработка информационной системы анализа результатов экологических наблюдений за состоянием окружающей среды.

1.3. Методологические основы работы над междисциплинарным проектом

Междисциплинарный проект является квалификационным учебнонаучным трудом студента, предполагающим самостоятельную разработку избранной проблемы. Ее характеризуют все черты научно-технической работы, где:

−четко сформулированы проблема и исследовательские вопросы;

−обоснована их актуальность, степень изученности, состояние исследовательности;

−при исследовании используются методологические знания. Проект выполняется на основе теоретических подходов к анализируемым проблемам, содержит научные выводы, имеющие значение для дальнейшего изучения актуальных вопросов деятельности;

−в завершенном виде проект представляет целостное однородное исследование и разработку.

В процессе работы над междисциплинарным курсовым проектом студент овладевает технологией научной деятельности, а также знакомится с этикой научной работы: тщательный подбор литературы, осознанное освоение и составление библиографии. Все вместе вырабатывает методику от-

7

ветственного подхода к творчеству и профессиональной созидательной деятельности.

Самостоятельность научного творчества возможна, когда студент хорошо владеет понятийным аппаратом, отражающим предметную область изучаемых дисциплин. Это имеет принципиальное значение для развития исследовательского мышления, которое базируется на более широком и полном аспекте понятий и своеобразной логике конкретных рассуждений.

Методология поможет выбрать наиболее эффективный и перспективный путь дальнейшего исследования по теме работы. Именно теория и методология являются фундаментом, систематизирующим научное знание.

Только теория делает акцент на аккумуляцию результатов познания, а методология – на принципы и пути получения нового достоверного знания.

2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2.1. Особенности современных информационных систем для мониторинга окружающей среды

2.1.1. Экологические информационные системы

Осознание недостаточности знаний об окружающей среде в конце двадцатого века совпало с бурным развитием информатики и вычислительной техники. В восьмидесятых годах двадцатого века, практически в течение одного десятилетия, во всех развитых странах мира были созданы национальные экоинформационные системы, которые включают национальные системы мониторинга атмосферы, водных ресурсов, почв и других компонентов природной среды, а также системы сбора и анализа географически привязанной информации об антропогенной нагрузке и состоянии здоровья населения. В девяностых годах за счет появления новых информационных технологий и развития сети Internet эти системы оказались объединенными в глобальную экологическую информационную систему, на серверах которой хранятся громадные объемы информации о состоянии окружающей среды планеты Земля, полученные с помощью систем экологического мониторинга.

Таким образом, информационные системы экологического назначения должны быть ориентированы на комплексное использование результатов

8

экологического мониторинга, обеспечивая преобразование первичных результатов измерений в форму, пригодную для поддержания принятия решений, способствующих устойчивому развитию отдельных регионов и планеты в целом. При этом по мере перехода от первичных результатов экологического мониторинга к знаниям о состоянии окружающей среды меняются методы работы с информацией [7], [10].

2.1.2. Экологический мониторинг

Проблема охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов рассматривается во всем мире как одна из важнейших.

Научные и практические разработки по этой глобальной проблеме в связи с ее комплексностью и междисциплинарным характером требуют привлечения огромного числа различных данных, передового отечественного и зарубежного опыта, широкого международного сотрудничества, использования мировых информационных ресурсов.

Внастоящее время как в нашей стране, так и за рубежом широко развертывается комплексное изучение процессов, происходящих в биосфере,

втом числе и под влиянием антропогенных факторов. Изучение этих процессов невозможно без применения экологического мониторинга.

Вразличных видах научной и практической деятельности человека издавна применяется метод наблюдения – способ познания, основанный на относительно длительном целенаправленном и планомерном восприятии предметов и явлений окружающей действительности. Блестящие образцы организации наблюдений за природной средой описаны еще в первом веке нашей эры в «Естественной истории» Гая Секунда Плиниястаршего. Тридцать семь томов, содержавших сведения по астрономии, физике, географии, зоологии, ботанике, сельскому хозяйству, медицине, истории, служили наиболее полной энциклопедией знаний до эпохи средневековья [3], [11].

Много позднее, уже в XX веке, в науке возник термин «мониторинг» для определения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени.

9

Впоследние десятилетия общество все шире использует в своей деятельности сведения о состоянии природной среды. Эта информация нужна в повседневной жизни людей, при ведении хозяйства, в строительстве, чрезвычайных обстоятельствах для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы и проч. Однако изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воздействием биосферных процессов, связанных с деятельностью человека. Определение вклада антропогенных воздействий представляет собой специфическую задачу.

Всоответствии со ставшим уже каноническим определением экологический мониторинг – это информационная система наблюдений, оценки

ипрогноза изменений состояния окружающей среды, созданная для выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов. [5]

Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью на основе своевременной и достоверной информации, позволяющей:

−оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

−выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия изменений, а также определить корректирующие меры в случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

−заранее предусмотреть меры по исправлению и предотвращению негативных ситуаций, не допуская кризисов.

К задачам экологического мониторинга относят:

−повторяющиеся в пространстве и во времени наблюдения за состоянием окружающей среды и природных объектов и антропогенными воздействиями на них;

−оценка по данным наблюдений интегральных показателей воздействия на окружающую среду и экологических рисков;

−прогнозирование последствий хозяйственных решений, а также вероятностей катастрофических природных явлений, как обусловленных антропогенными воздействиями, так и не связанных с ними;

−информационное обеспечение подготовки и принятия управленческих решений по охране природы и здоровья человека.

10