2. Теоретическая часть

На топографическую карту города (Донецк, Макеевка, Мариуполь, Горловка) наносятся потенциально опасные предприятия согласно перечню потенциально опасных объектов Донецкой области [1]. Отмечается также стационарные посты наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. Их месторасположение устанавливается по следующему принципу. Обязательно один автоматизированный пост контроля размещается в чистой зоне (контрольный пост). Остальные автоматизированные посты (в количестве от 2 – х до 4-х в зависимости от варианта задания – см. табл. 3.3) размещаются вблизи потенциально опасных промышленных предприятий и крупных микрорайонах. Перечень основных измеряемых ингредиентов на автоматизированных постах определяется месторасположением постов наблюдения за состоянием атмосферного воздуха относительно промышленных предприятий и магистралей. Для упрощения расчета количество замеряемых ингредиентов на каждом посту определяется из таблицы 3.3 и составляет от 1 до 4.

2. Задание

Описательная модель автоматизированной системы. Исходная модель “Объект контроля” представляет собой систему, состоящую из двух подсистем – подсистема “Поле” (распределение полей загрязняющих веществ в атмосфере над городом) и подсистема “Автоматизированная система” - контроль параметров загрязнения среды на ряде автоматизированных постов города, а также сбор, передача, накопление, обработка и представление данных.

Подсистема “Поле” представляет собой ряд исходных точек (постов), выбранных на карте города, которые характеризуют изменения концентраций определенных ингредиентов, моделирующих загрязнение атмосферы, в виде временных рядов. В исходных точках задаются ингредиенты в соответствии с выданным вариантом задания (таблица 3.3) и требованиями раздела 3.1. Исходными данными для построения полей концентраций ингредиентов являются параметры атмосферного воздуха в чистой зоне. Параметры для остальных исходных точек определяются местами размещения постов и заданными связями с характеристиками в чистой зоне.

Около крупных магистралей концентрация монооксида углерода (СО) в среднем превышает на 30 – 50 % концентрацию СО в чистой зоне.

Возле коксохимических и металлургических заводов концентрация диоксида серы (SO₂) может превышать более чем на 50 % его значения в чистой зоне, а оксидов азота – 50 – 100 %.

Около коксохимических заводов концентрация сероводорода (Н₂S) и аммиака (NH₃) превышает значения в чистой зоне на 60 – 70 %. В районе химических предприятий концентрации формальдегида и фенола на 40 – 60 % больше значений в чистой зоне. Среднемесячные значения концентраций ингредиентов в чистой зоне следует выбирать в диапазоне 0,6 - 1,0 ПДК_с.с. для веществ NO₂, SO₂ и CO. Для остальных веществ соответствующие ряды в виде текстовых файлов следует взять у преподавателя.

Характер изменения трендов значений концентраций различных веществ в чистой зоне представлен на рисунках 3.2 – 3.4.

Двуокись азота (NO₂):

Рис. 3.2 Характер изменения трендов значений концентраций диоксида азота (NO₂) в чистой зоне.

Тренд представляет собой синусоиду с максимумом в середине недели, минимумом в выходные дни и периодом в 1 неделю.

Диоксид серы (SO₂):

Рис 3.3 Характер изменения трендов значений концентраций диоксида серы (SO₂) в чистой зоне.

Тренд представляет собой постоянную величину в диапозоне 0,6 - 1,0 ПДК_с.с.

Окись углерода (СО):

Рис 3.4 Характер изменения трендов значений концентраций оксида углерода (CO) в чистой зоне.

Тренд представляет собой ступенчатую функцию с периодом сутки и максимумом днем (c 8⁰⁰ утра до 20⁰⁰ часов) и минимумом ночью (с 20⁰⁰ до 8⁰⁰ часов утра).

Разброс значений концентраций веществ около трендов подчиняется нормальному распределению с нулевым средним и среднеквадратичным отклонением, приведенным в таблице 3.3.

Временные ряды должны генерироваться с шагом в 1 минуту (60x24x30 = 43200 точек в течение месяца).

Подсистема “Автоматизированная система”. Данный объект состоит из подсистемы “Автоматизированный пост”, который размещается в выбранных исходных точках в соответствии с вариантами заданий и подсистемы “Диспетчерский пункт”, который размещается у субъекта мониторинга. Подсистема “Автоматизированный пост” представляет собой несколько датчиков, микропроцессор и радиомодем с радиостанцией. Датчики являются контрольными приборами, имеющими ошибки измерения, которые подчиняются нормальному распределению с нулевым средним и среднеквадратичным отклонением, равным 10 – 20 % измеряемой величины.

Микропроцессор осуществляет следующие функции: считывает данные с датчиков с частотой 1 минута, усредняет полученные данные за 20 минут, записывает полученный средний сигнал в файл и передает этот сигнал на радиомодем с радиостанцией, которые в свою очередь отсылают сигнал на диспетчерский пункт. Сигнал с радиомодема через радиостанцию передается на диспетчерский пункт каждые 20 минут.

Подсистема “Диспетчерский пункт” получает сигналы, усредняет и представляет их графиком в виде среднесуточных значений в течении месяца для каждого ингредиента. Кроме того, диспетчерский пункт выбирает все концентрации, превышающие ПДК_м.р. и каждый месяц определяет вероятность возникновения опасных событий, которая выводится на дисплей.