Автоматизированные системы экологического мониторинга: интегрированный подход

Эко­ло­ги­чес­кий мо­ни­то­ринг: на пу­ти про­грес­са

Ни для ко­го не сек­рет, что за пос­лед­ние де­ся­ти­ле­тия эко­ло­ги­чес­кая об­ста­нов­ка во мно­гих про­мыш­лен­ных ре­ги­о­нах Рос­сии зна­чи­тель­но ухуд­ши­лась. При­чи­ны то­му — не толь­ко в бес­кон­троль­ной тех­но­ген­ной де­я­тель­нос­ти, но и в от­сут­ст­вии до­сто­вер­ных дан­ных о со­сто­я­нии ок­ру­жа­ю­щей сре­ды. По-­лу­че­ние, об­ра­бот­ка и рас­пре­де­ле­ние этой ин­фор­ма­ции по за­ин­те­ре­со­ван­ным ор­га­ни­за­ци­ям и ор­га­нам влас­ти вхо­дят в за­да­чи сис­тем эко­ло­ги­чес­ко­го мо­ни­то­рин­га.

На­блю­де­ния за эко­ло-­ги­чес­ким со­сто­я­ни­ем ок­ру­жа­ю­щей сре­ды и, в час­тнос­ти, ат­мос­фер­но­го воз­ду­ха ве­лись в на­шей стра­не мно­гие го­ды, од­на­ко де­ла­лось это, в ос­нов­ном, в руч­ном ре­жи­ме (от­бор проб воз­ду­ха — тран­спор­ти­ров­ка в ла­бо­ра­то­рию — вы­пол­не­ние ана­ли­зов — за­пись в жур­нал — офор­мле­ние ито­го­вых от­че­тов), что не поз­во­ля­ло по­лу­чать и ис­поль­зо­вать дан­ные в ре­аль­ном мас­шта­бе вре­ме­ни.

В 70-х го­дах раз­ви­тые стра­ны За­па­да так­же стол­кну­лись с этой про­бле­мой и для ее ре­ше­ния на­ча­ли ак­тив­но ис­поль­зо­вать са­мые пос­лед­ние до­сти­же­ния мик­ро­э­лек­тро­ни­ки, вы­чис­ли­тель­ной и из­ме­ри­тель­ной тех­ни­ки. В ре­зуль­та­те ста­ли по­яв­лять­ся го­род­с­кие, а за­тем и ре­ги­о­наль­ные се­ти ав­то­ма­ти­чес­ких пос­тов кон­тро­ля за­гряз­не­ний ат­мос­фе­ры, вы­ро­сшие к на­сто­я­ще­му вре­ме­ни в мощ­ные ин­фор­ма­ци­он­но-из­ме­ри­тель­ные сис­те­мы, поз­во­ля­ю­щие опе­ра­тив­но по­лу­чать до­сто­вер­ные дан­ные о ка­чес­т­ве воз­ду­ха и при­ни­мать на их ос­но­ве не­об­хо­ди­мые ре­ше­ния по уп­рав­ле­нию эко­ло­ги­чес­кой об­ста­нов­кой.

Пять лет на­зад не­боль­шой кол­лек­тив эн­ту­зи­ас­тов ре­шил пред­при­нять по­пыт­ку ис­поль­зо­ва­ния за­ру­беж­но­го опы­та и его раз­ви­тия. Так ро­ди­лась на­уч­но-про­из­вод­ствен­ная фир­ма ДИ­ЭМ (Ди­аг­нос­ти­ка, Ин­фор­ма­ти­ка, Эко­ло­ги­чес­кий Мо­ни­то­ринг), спе­ци­а­ли­зи­ру­ю­ща­я­ся на со­зда­нии сис­тем эко­ло­ги­чес­ко­го мо­ни­то­рин­га.

В ос­но­ву кон­цеп­ции эко­ло­ги­чес­ко­го мо­ни­то­рин­га был пол­ожен ин­тег­ри­ро­ван­ный под­ход, что оз­на­ча­ет со­зда­ние сис­тем, вы­пол­ня­ю­щих весь ком­плекс не­об­хо­ди­мых опе­ра­ций, вклю­чая:

• пер­вич­ные из­ме­ре­ния;
• сбор, пе­ре­да­чу, на­копле­ние и об­ра­бот­ку из­ме­ри­тель­ных дан­ных;
• ана­лиз эко­ло­ги­чес­кой си­ту­а­ции;
• под­дер­ж­ку при­ня­тия ре­ше­ний по уп­рав­ле­нию эко­ло­ги­чес­кой об­-ста­нов­кой;
• рас­пре­де­ле­ние ре­зуль­та­тов мо­ни­то­рин­га меж­ду поль­зо­ва­те­ля­ми.

За про­шед­шие го­ды спе­ци­а­лис­ты на­шей фир­мы раз­ра­бо­та­ли ряд сис­тем про­мыш­лен­но­го и тер­ри­то­ри­аль­но­го эко­ло­ги­чес­ко­го мо­ни­то­рин­га для раз­лич­ных ре­ги­о­нов Рос­сии. В их чис­ле Мос­к­ва, Баш­кор­тос­тан, Яку­тия, Ас­тра­хан­с­кая об­ласть.

В на­сто­я­щей статье опи­сы­ва­ет­ся ба­зо­вая сис­те­ма тер­ри­то­ри­аль­но-про­из­вод­ствен­но­го мо­ни­то­рин­га ат­мос­фер­но­го воз­ду­ха. Боль­шин­ст­во при­ве­ден­ных тех­ни­чес­ких ре­ше­ний ре­а­ли­зо­-ва­но в сис­те­ме мо­ни­то­рин­га, раз­ра­бо­тан­ной по за­ка­зу пред­при­ятия «Ас­тра­хань­газ­п­ром».

Ар­хи­тек­ту­ра сис­те­мы

Сис­те­ма эко­ло­ги­чес­ко­го мо­ни­то­рин­га вклю­ча­ет (рис. 1):

• ин­фор­ма­ци­он­но-из­ме­ри­тель­ную сеть;
• сеть пе­ре­да­чи дан­ных;
• центр мо­ни­то­рин­га (ЦМ);
• сеть поль­зо­ва­тель­с­ких тер­ми­на­лов.
  
  

Ин­фор­ма­ци­он­но-из­ме­ри­тель­ная сеть объ­еди­ня­ет ав­то­ма­ти­чес­кие стан­ции мо­ни­то­рин­га ат­мос­фе­ры (АСМ) и ста­ци­о­нар­ную ана­ли­ти­чес­кую ла­бо­ра­то­рию, обо­ру­до­ван­ную тер­ми­на­ла­ми вво­да в сис­те­му ре­зуль­та­тов ла­бо­ра­тор­ных ана­ли­зов.

Сеть пе­ре­да­чи дан­ных обес­пе­чи­ва­ет сбор из­ме­ри­тель­ной ин­фор­ма­ции, по­сту­па­ю­щей от АСМ, по ра­дио и/или те­ле­фон­ным ка­на­лам свя­зи.

Центр мо­ни­то­рин­га пред­став­ля­ет со­бой ряд объ­еди­нен­ных в ло­каль­ную вы­чис­ли­тель­ную сеть IBM PC со­вмес­ти­мых компь­юте­ров, вы­пол­ня­ю­щих фун­к­ции при­ема, на­коп­ле­ния, об­ра­бот­ки и рас­пре­де­ле­ния дан­ных.

Поль­зо­ва­тель­с­кие тер­ми­на­лы (ло­каль­ные и уда­лен­ные) ус­та­нав­ли­ва­ют­ся в под­раз­де­ле­ни­ях и служ­бах, ре­ша­ю­щих за­да­чи кон­тро­ля и уп­рав­ле­ния эко­ло­ги­чес­кой об­ста­нов­кой, и обес­пе­чи­ва­ют их пер­со­нал дан­ны­ми мо­ни­то­рин­га в ре­аль­ном мас­шта­бе вре­ме­ни.

Ав­то­ма­ти­чес­кие стан­ции мониторин­га ат­мос­фер­но­го воз­ду­ха

Ос­нов­ная за­да­ча АСМ — опе­ра­тив­ное по­лу­че­ние и пе­ре­да­ча в ЦМ ин­фор­ма­ции о ка­чес­т­ве ат­мос­фер­но­го воз­ду­ха и ме­те­о­ро­ло­ги­чес­кой об­ста­нов­ке в кон­тро­ли­ру­е­мой точ­ке тер­ри­то­рии.

АСМ вы­пол­ня­ет сле­ду­ю­щие фун­к­ции:

• по­лу­че­ние и пер­вич­ная об­ра­бот­ка из­ме­ри­тель­ной ин­фор­ма­ции;
• пе­ре­да­ча из­ме­ри­тель­ных дан­ных в ЦМ по его за­про­су ли­бо по со­бствен­ной ини­ци­а­ти­ве;
• опе­ра­тив­ная иден­ти­фи­ка­ция ава­-рий­ных си­ту­а­ций (пре­вы­ше­ние пред­ель­но до­пус­ти­мых кон­цен­тра­ций при­ме­сей в ат­мос­фе­ре, по­жар, вскры­тие, от­ка­зы обо­ру­до­ва­ния) и из­ве­ще­ние об этом ЦМ;
• при­ем и ис­пол­не­ние ко­манд те­ле­уп­рав­ле­ния, пос­ту­па­ю­щих из ЦМ (ус­та­нов­ка ре­жи­мов из­ме­ре­ний, син­хро­ни­за­ция вре­ме­ни, вклю­че­ние/вы­клю­че­ние из­ме­ри­тель­ной ап­па­ра­ту­ры, ка­либ­ров­ка при­бо­ров).

Стан­ция мо­ни­то­рин­га фун­кци­о­ни­ру­ет в пол­ностью ав­то­ма­ти­чес­ком ре­жи­ме, мон­ти­ру­ет­ся в за­кры­том па­виль­оне (рис. 2) и со­сто­ит из сле­ду­ю­щих фун­к­ци­о­наль­ных под­сис­тем:

• под­сис­те­ма жиз­не­о­бес­пе­че­ния;
• из­ме­ри­тель­ная под­сис­те­ма;
• ин­фор­ма­ци­он­но-уп­рав­ля­ю­щая под­сис­те­ма;
• под­сис­те­ма свя­зи.
  
  

Струк­тур­ная схе­ма АСМ при­ве­де­на на рис. 3.

Подсистема жизнеобеспечения пред­на­зна­че­на для под­дер­жа­ния внут­ри па­виль­она не­об­хо­ди­мо­го тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма, от­ра­бот­ки ава­рий­ных си­ту­а­ций (воз­го­ра­ние внут­ри па­виль­о­на, вскры­тие вход­ной две­ри), а так­же для иден­ти­фи­ка­ции от­клю­че­ния элек­тро­пи­та­ния и уп­рав­ле­ния пус­ком стан­ции при его пов­тор­ном вклю­че­нии. Под­дер­жа­ние пос­то­-ян­ной тем­пе­ра­ту­ры (+20 ± 4°C) внут­ри стан­ции обес­пе­чи­ва­ет­ся элек­трон­ным бло­ком тем­-пе­ра­тур­ной ста­би­ли­за­ции, ра­бо­та­ю­щим по двум тем­пе­ра­тур­ным по­ро­гам: ни­жне­му и вер­хне­му. Ес­ли тем­пе­ра­ту­ра опус­ка­ет­ся ни­же пер­во­го, то вклю­ча­ют­ся на­гре­ва­те­ли, ес­ли вы­ше вто­ро­го, то кон­ди­ци­о­нер.

Измерительная подсистема вклю­ча­ет на­бор ав­то­ма­ти­чес­ких га­зо­а­на­ли­за­то­ров (в сис­те­ме «Ас­тра­хань-­газ­п­ром» это два при­бо­ра: FID520 и AF20M фран­цуз­с­-кой фир­мы Envi­ron­ment SA, из­ме­ря­ю­щих ат­мос­фер­ные кон­цен­тра­ции H₂S, SO₂, сум­мар­ных уг­ле­во­до­ро­дов) и дат­чи­ков ме­те­о­па­ра­мет­ров: тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха, влаж­нос­ти, ско­рос­ти и на­прав­ле­ния вет­ра. Га­зо­а­на­ли­за­то­ры, а так­же дат­чи­ки тем­пе­ра­ту­ры и влаж­нос­ти вы­да­ют ана­ло­го­вые то­ко­вые сиг­на­-лы (4...20 мА), дат­чи­ки ско­рос­ти и на­прав­ле­ния вет­ра име­ют циф­ро­вые вы­хо­ды ТТЛ (0...5 В). Те­ку­щие зна­че­ния по на­прав­ле­нию вет­ра вы­да­ют­ся в ви­де пос­ле­до­ва­тель­но­го ко­да Грея.

Информационно-управляющая подсистема пос­тро­е­на на ба­зе IBM PC со­вмес­ти­мо­го компь­юте­ра и вы­пол­ня­ет все фун­к­ции, свя­зан­ные с об­ра­бот­кой дан­ных и уп­рав­ле­ни­ем стан­цией:

• оп­рос при­бо­ров из­ме­ри­тель­ной под­сис­те­мы;
• уп­рав­ле­ние ре­жи­ма­ми из­ме­ре­ний;
• вы­пол­не­ние опе­ра­ций по пер­вич­ной об­ра­бот­ке из­ме­ри­тель­ных дан­ных;
• ор­га­ни­за­ция пла­но­вых и эк­стрен­ных по­ве­рок и ка­либ­ро­вок при­бо­ров;
• вы­яв­ле­ние и от­ра­бот­ка ава­рий­ных си­ту­а­ций;
• ор­га­ни­за­ция се­ан­сов свя­зи с ЦМ;
• при­ем и вы­пол­не­ние те­ле­ко­манд;
• обес­пе­че­ние ра­бо­ты опе­ра­то­ра;
• ве­де­ние ло­каль­ной ба­зы дан­ных.

Под­бор кон­фи­гу­ра­ции уп­рав­ля­ю­ще­го компь­юте­ра про­из­во­дил­ся по по­ка-­за­те­лям над­еж­нос­ти и пот­реб­ля­е­мой мощ­нос­ти. В ре­зуль­та­те был вы­бран про­мыш­лен­ный компь­ютер MicroPC фир­мы Octagon Systems, об­ла­да­ю­щий, кро­ме все­го про­че­го, ши­ро­ким ди­а­па­-зо­ном ра­бо­чих тем­пе­ра­тур -40°С... +85°С. Пот­реб­ля­е­мая мощ­ность со­став­ля­ет все­го око­ло 20 Вт. Кон­фи­гу­ра­ция компь­юте­ра вклю­ча­ет в се­бя:

• про­цес­сор­ную пла­ту 5025A (про­цес­сор 486) с опе­ра­тив­ной па­мятью 4 Мбайт;
• пла­ту ана­ло­го­во­го вво­да и циф­ро­во­го вво­да/вы­во­да 5710;
• флэш-диск фир­мы M-Systems раз­ме­ром 4 Мбайт;
• ви­де­оп­ла­ту VGA 5420;
• на­коп­итель на гиб­ком дис­ке 5814;
• VGA-мо­ни­тор и кла­ви­а­ту­ру для обес­пе­че­ния ра­бо­ты опе­ра­то­ра АСМ.

Все пла­ты смон­ти­ро­ва­ны в стан­дар­т­ном шас­си 5206. Пла­та 5710 пред­на­з-на­че­на для оп­ро­са при­бо­ров и дат­чи­ков, а так­же для вы­да­чи уп­рав­ля­ю­щих сиг­на­лов. Все про­грам­мное обес­пе­че­ние и ло­каль­ная ба­за из­ме­ри­тель­ной ин­фор­ма­ции хра­нят­ся на флэш-дис­ке.

Подсистема связи пред­на­зна­че­на для об­ме­на из­ме­ри­тель­ной и слу­жеб­ной ин­фор­ма­цией с ЦМ по ра­дио­ка­на­лу и вклю­ча­ет в се­бя шты­ре­вую ан­тен­ну, ра­дио­стан­цию M-120 фир­мы Motorola и кон­трол­лер па­кет­ной ра­дио­свя­зи KPC-3 аме­ри­кан­с­кой фир­мы Kan­tro­nics. Ис­поль­зу­ет­ся УКВ-ди­а­па­зон (144-174 МГц) при мощ­нос­ти 25 Вт, что обес­­пе­чи­ва­ет ус­той­чи­вую пе­ре­да­чу дан­ных на рас­сто­я­нии до 40 км. Об­мен ин­фор­ма­цией меж­ду ЦМ и все­ми АСМ сис­те­мы ве­дет­ся на од­ной час­то­те по про­то­ко­лу AX.25.

Про­грам­мное обес­пе­че­ние стан­ции мо­ни­то­рин­га

На про­грам­мное обес­пе­че­ние (ПО) стан­ции воз­ло­же­ны ре­ша­е­мые в ре­аль­ном вре­ме­ни за­да­чи как чис­то тех­ни­чес­ко­го (ра­бо­та с ап­па­ра­ту­рой), так и ин­фор­ма­ци­он­но­го ха­рак­те­ра. При со­зда­нии ПО раз­ра­бот­чи­ки стол­кну­лись с не­воз­мож­ностью его ре­а­ли­за­ции в од­но­за­дач­ной сис­те­ме MS-DOS. Про­грам­ми­ро­ва­ние клас­си­чес­ким спо­со­бом при­во­ди­ло к чрез­мер­но­му ус­лож­не­нию про­грам­мы и зна­чи­тель­ным вре­мен­ным за­дер­ж­кам в уп­рав­ле­нии ап­па­ра­ту­рой.

Воз­ни­кла идея при­ме­не­ния мно­го­за­дач­ной опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы. При этом тре­бо­ва­ния к вы­чис­ли­тель­ным ре­сур­сам (быс­тро­дей­ст­вию про­цес­со­ра, объ­ему дис­ко­вой па­мя­ти) со сто­ро­ны опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы до­лж­ны бы­ли быть ми­ни­маль­ны­ми, так как в при­ня­той ап­па­рат­ной кон­фи­гу­ра­ции MicroPC от­сут­ству­ет вин­чес­тер, а про­из­во­ди­тель­ность про­цес­со­ра 486SLC пла­ты 5025A не пре­вы­ша­ла 40 еди­ниц по про­грам­ме SysInfo (вхо­дит в па­кет Norton Utilities). Край­не же­ла­тель­ной бы­ла так­же со­вмес­ти­мость про­грамм с MS-DOS в це­лях обес­пе­че­ния об­щнос­ти про­грам­м­ных средств сис­те­мы в це­лом.

Для ре­а­ли­за­ции ПО бы­ла вы­бра­на мно­го­за­дач­ная опе­ра­ци­он­ная сре­да DESQview фир­мы Quarterdeck, поз­во­ля­ю­щая за­пус­кать в пред­елах фи­зичес­кой па­мя­ти компь­юте­ра лю­бое чис­ло па­рал­лель­ных про­цес­сов ­обычных DOS-про­грамм. Все про­цессы ра­бо­та­ют в ре­жи­ме раз­де­ле­ния вре­ме­ни и яв­ля­ют­ся со­вер­шен­но рав­ноп­рав­ны­ми и не­за­ви­си­мы­ми друг от дру­га. 

При этом DESQview пред­ос­тав­ля­ет воз­мож­ность об­ме­на дан­ны­ми меж­ду ни­ми по спе­ци­аль­но­му про­то­ко­лу че­рез сис­те­му «поч­то­вых ящи­ков».

Уп­рав­ля­ю­щая про­грам­ма АСМ за­пус­ка­ет­ся в ви­де че­ты­рех па­рал­лель­но ра­бо­та­ю­щих про­цес­сов: из­ме­ри­тель­но­го, ком­му­ни­ка­ци­он­но­го, уп­рав­ля­ю­ще­го и опе­ра­тор­ско­го. Все про­цес­сы ра­бо­та­ют цик­ли­чес­ки и об­ме­ни­ва­ют­ся со­об­ще­ни­я­ми друг с дру­гом (рис. 4).

Измерительный процесс вы­пол­ня­ет эле­мен­тар­ные дей­ст­вия по об­слу­жи­ва­нию пла­ты 5710 — оп­рос ана­ло­го­вых и циф­ро­вых вхо­дов, вы­да­ча сиг­на­лов на циф­ро­вые вы­хо­ды и т. п. Коммуникационный процесс обес­пе­чи­ва­ет пе­ре­да­чу дан­ных. Кон­трол­лер па­кет­ной ра­дио­свя­зи KPC-3 под­клю­ча­ет­ся к од­но­му из пос­ле­до­ва­тель­ных пор­тов пла­ты 5025A. Операторский процесс за­пус­ка­ет­ся по не­об­хо­ди­мос­ти и об­слу­жи­ва­ет ра­бо­ту поль­зо­ва­те­ля-опе­ра­то­ра. Все дей­ст­вия син­хро­ни­зи­ру­ют­ся уп­рав­ля­ю­щим про­цес­сом, ко­то­рый по­сы­ла­ет коман­ды дру­гим про­цес­сам и при­ни­ма­ет от них дан­ные и со­об­ще­ния о вы­пол­не­нии ко­манд. В управляющий процесс за­ло­же­ны ал­го­рит­мы ре­ше­ния всех за­дач из­ме­ре­ния, под­дер­ж­ки жиз­нес­по­соб­нос­ти стан­ции, ре­ак­ции на раз­лич­ные со­бы­тия и об­ме­на ин­фор­ма­цией с Цен­т­ром мо­ни­то­рин­га. Ре­жи­мы ра­бо­ты про­грам­м­но­го обес­пе­че­ния стан­ции за­да­ют­ся на ос­но­ве сис­те­мы кон­фи­гу­ра­ци­он­ных фай­лов.

Опи­сан­ная ар­хи­тек­ту­ра про­грам­мно­го ком­плек­са стан­ции мо­ни­то­рин­га поз­во­ли­ла ре­а­ли­зо­вать гиб­кий ме­ха­низм уп­рав­ле­ния стан­цией, по­вы­сить над­еж­ность ее ра­бо­ты и да­ла ши-­ро­кие воз­мож­нос­ти мо­ди­фи­ка­ции и раз­ви­тия про­грам­мно­го обес­пе­че­ния стан­ции, в час­тнос­ти, его опе­ра­тив­ной на­строй­ки на раз­лич­ные кон­фи­гу­ра­ции из­ме­ри­тель­ной ап­па­ра­ту­ры.

Ин­фор­ма­ци­он­ные тех­но­ло­гии цен­т­ра мо­ни­то­рин­га

Центр мо­ни­то­рин­га раз­во­ра­чи­ва­-ет­ся в ви­де се­мей­ст­ва ин­фор­ма­ци­он­но-вы­чис­ли­тель­ных про­грам­мно-ап­па­рат­ных ком­плек­сов, объ­еди­нен­ных в ло­каль­ную вы­чис­ли­тель­ную сеть (рис. 1). В их чис­ле:

• ком­му­ни­ка­ци­он­ный ком­плекс (КК), обес­пе­чи­ва­ю­щий при­ем ин­фор­ма­ции от из­ме­ри­тель­ной се­ти;
• дис­пет­чер­с­кий ком­плекс (ДК), пред­на­зна­чен­ный для опе­ра­тив­ной об­ра­бот­ки при­ня­той ин­фор­ма­ции, ото­бра­же­ния те­ку­щей эко­ло­ги­чес­кой си­ту­а­ции и уп­рав­ле­ния ра­бо­той из­ме­ри­тель­ной се­ти;
• ар­хив­ный ком­плекс (АК), пред­на­зна­чен­ный для ве­де­ния до­лгов­ре­мен­ных ар­хи­вов из­ме­ри­тель­ной ин­фор­ма­ции и ее ста­тис­ти­чес­кой об­ра­бот­ки;
• гео­ин­фор­ма­ци­он­ный мо­де­ли­ру­ю­щий ком­плекс (ГМК), на ко­то­ром по из­ме­ри­тель­ным дан­ным про­во­дит­ся ма­те­ма­ти­чес­кое мо­де­ли­ро­ва­ние те­ку­щей эко­ло­ги­чес­кой си­ту­а­ции на кон­тро­ли­ру­е­мой тер­ри­то­рии и со­став­ля­ют­ся про­гно­зы ди­на­ми­ки ее раз­ви­тия.

Ап­па­рат­ное обес­пе­че­ние ком­плек­сов, вхо­дя­щих в со­став Цен­т­ра мо­ни­то­рин­га, ба­зи­ру­ет­ся на IBM PC со­вмес­ти­мых компь­юте­рах клас­са 486 или Pentium. Ло­каль­ная сеть стро­ит­ся на ко­ак­си­аль­ном ка­бе­ле и адап­те­рах Ethernet (NE2000) с ис­поль­зо­ва­ни­ем од­но­ран­го­вой се­те­вой опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы LanSmart 3.22. Обо­ру­до­ва­ние Цен­т­ра вклю­ча­ет в се­бя так­же ап­пара­ту­ру свя­зи и ряд пе­ри­фе­рий­ных ус­тройств: при­н­те­ры, ис­точ­ни­ки бес­пе­ре­бой­но­го пи­та­ния и др.

Кон­цеп­ция ин­фор­ма­ци­он­ных тех­но­ло­гий цен­т­ра мо­ни­то­рин­га ос­но­ва­на на тре­бо­ва­ни­ях к сис­те­мам ре­аль­но­го вре­ме­ни. Се­те­вой об­мен меж­ду пе­ре­чис­лен­ны­ми ком­плек­са­ми про­ис­хо­дит на двух уров­нях: пос­ред­ст­вом пе­ре­да­чи фай­лов на раз­де­лен­ном дис­ко­вом про­стран­ст­ве и пу­тем пе­ре­да­чи элек­трон­ных со­об­ще­ний сред­ства­ми се­те­во­го про­то­ко­ла NetBIOS. Пер­вый ис­поль­зу­ет­ся для об­ме­на со­дер­жа­тель­ной ин­фор­ма­цией, а вто­рой — для пе­ре­да­чи со­об­ще­ний о со­бы­ти­ях и уп­рав­ля­ю­щих ко­манд меж­ду ком­плек­са­ми в ре­аль­ном вре­ме­ни (рис. 5).

Ком­му­ни­ка­ци­он­ный ком­плекс обес­пе­чи­ва­ет ор­га­ни­за­цию свя­зи ЦМ с АСМ и уда­лен­ны­ми тер­ми­на­ла­ми по ра­дио и/или те­ле­фон­но­му ка­на­лу с воз­мож­ностью двус­то­рон­не­го ини­ци­и­ро­ва­ния се­ан­сов. В штат­ном ре­жи­ме они ини­ци­и­ру­ют­ся КК по рас­пи­са­нию.

В слу­чае воз­ни­кно­ве­ния на АСМ ава­рий­ной си­ту­а­ции се­анс ини­ци­и­ру­ет­ся са­мой АСМ не­мед­лен­но. По окон­ча­-нии лю­бо­го се­ан­са по­лу­чен­ные дан­ные и со­от­вет­ству­ю­щие элек­трон­ные со­об­ще­ния пе­ре­да­ют­ся на ДК.

Дис­пет­чер­с­кий ком­плекс пред­став­ля­ет со­бой ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ное ра-бо­чее мес­то дис­пет­че­ра ЦМ, ве­ду­ще­го те­ку­щий кон­троль эко­ло­ги­чес­кой си­ту­а­ции на тер­ри­то­рии. ДК при­ни­ма­ет от КК и об­ра­ба­ты­ва­ет дан­ные сле­ду­ю­щих ти­пов:

• те­ку­щая из­ме­ри­тель­ная ин­фор­ма­ция;
• со­об­ще­ния о пре­вы­ше­ни­ях до­пус­ти­мых кон­цен­тра­ций;
• со­об­ще­ния об ава­рий­ных си­ту­а­ци­ях на стан­ци­ях;
• за­про­сы от поль­зо­ва­те­лей уда­лен­ных тер­ми­на­лов на по­лу­че­ние сво­док и про­гно­зов.

ДК ин­фор­ми­ру­ет дис­пет­че­ра о те­ку­щей си­ту­а­ции в кон­тро­ли­ру­е­мом ре­ги­о­не, пе­ре­сы­ла­ет при­ня­тые дан­ные и за­про­сы на АК и ГМК, пе­ре­да­ет опе­ра­тив­ную ин­фор­ма­цию о ка­чес­т­ве воз­ду­ха на ло­каль­ные тер­ми­на­лы.

Про­грам­мное обес­пе­че­ние ДК пред­о­с­тав­ля­ет дис­пет­че­ру Цен­т­ра воз­мож­ность фор­ми­ро­вать и пе­ре­сы­лать на КК коман­ды те­ле­уп­рав­ле­ния стан­ци­я­ми мо­ни­то­рин­га. Пос­ле при­ема оче­ред­ной коман­ды КК ини­ци­и­ру­ет се­анс свя­зи с со­от­вет­ству­ю­щей стан­цией и пе­ре­да­ет ей те­ле­коман­ду, а впос­лед­ст­вии при­ни­ма­ет кви­тан­цию о ее вы­пол­не­нии.

Под­дер­ж­ка за­про­сов уда­лен­ных тер­ми­на­лов ре­а­ли­зо­ва­на по сле­ду­ю­ще­му ал­го­рит­му. Поль­зо­ва­тель уда­лен­но­го тер­ми­на­ла, под­клю­чен­но­го к ЦМ, с по­мощью спе­ци­аль­ных про­грам­мных средств фор­ми­ру­ет за­прос на по­лу­че­ние ин­фор­ма­ции (те­ку­щей или рет­ро­спек­тив­ной) об эко­ло­ги­чес­кой си­ту­а­ции. За­прос от­сы­ла­ет­ся в ЦМ, где он при­ни­ма­ет­ся КК, рас­поз­на­ет­ся ДК и ста­вит­ся в оче­редь на вы­пол­не­ние у АК и/или ГМК. Ре­зуль­тат вы­пол­не­ния за­про­са вновь пе­ре­да­ет­ся на КК и от­сы­ла­ет­ся на со­от­вет­ству­ю­щий тер­ми­нал. По­ми­мо об­ра­бот­ки за­про­сов КК по своей ини­ци­а­ти­ве пе­ре­да­ет на тер­ми­на­лы те­ку­щие свод­ки в со­от­вес­т­вии с за­дан­ны­ми рег­ла­мен­та­ми.

С целью по­вы­ше­ния над­еж­нос­ти рабо­ты всей сис­те­мы и обес­пе­че­ния со­хран­нос­ти ин­фор­ма­ции был ре­а­ли­зо­-ван ме­ха­низм сквоз­ной бу­фе­ри­за­ции дан­ных пу­тем пе­ре­да­чи их че­рез сис­те­му «поч­то­вых ящи­ков». Пер­вич­ные из­ме­ре­ния хра­нят­ся на стан­ци­ях мо­ни­то­рин­га в те­че­ние ус­та­нов­лен­но­го сро­ка (обыч­но 30 дней) и од­нов­ре­мен­но за­пи­сы­ва­ют­ся в ди­рек­то­рию-поч­то­вый ящик для от­прав­ки в Центр. Пос­ле ус­пеш­ной пе­ре­да­чи по ка­на­лу свя­зи поч­то­вый ящик очи­ща­ет­ся. На КК в цен­т­ре из при­ем­но­го поч­то­во­го ящи­ка дан­ные пе­ре­пи­сы­ва­ют­ся в поч­то­вый ящик ДК. Поч­то­вый ящик КК очи­ща­ет­ся толь­ко пос­ле ус­пеш­ной пе­ре­за­пи­си фай­лов по ло­каль­ной се­ти. Ана­ло­гич­ный ме­ха­низм ре­а­ли­зо­ван и на ДК при пе­ре­да­че об­ра­бо­тан­ных дан­ных дру­гим ком­плек­сам Цен­т­ра.

Ар­хив­ный ком­плекс пред­став­ля­ет со­бой сис­те­му ве­де­ния баз из­ме­ри­тель­ных дан­ных с ши­ро­ки­ми воз­мож­нос­тя­ми их ста­тис­ти­чес­кой об­ра­бот­ки, ин­фор­ма­ци­он­но­го по­ис­ка, ге­не­ра­ции от­че­тов, фор­ми­ро­ва­ния гра­фи­ков и т. п. в ди­а­ло­го­вом и па­кет­ном (по за­про­сам тер­ми­на­лов) ре­жи­мах.

Гео­ин­фор­ма­ци­он­ный мо­де­ли­ру­ю­щий ком­плекс вклю­ча­ет в се­бя об­шир­ную кар­тог­ра­фи­чес­кую ба­зу дан­ных о тер­ри­то­рии (кар­ты рас­по­ло­же­ния ис­точ­ни­ков и ре­ци­пи­ен­тов за­гряз­не­ний, при­ро­дных лан­дшаф­тов, рель­ефа, почв, реч­ной се­ти и др.) и поз­во­ля­ет в ре­аль­ном вре­ме­ни на ос­но­ве ме­то­дов ма­те­ма­ти­чес­ко­го мо­де­ли­ро­ва­ния пу­тем ре­ше­ния пря­мых и об­рат­ных за­дач пе­ре­но­са со­став­лять кар­ты те­ку­щих и про­гно­зи­ру­е­мых за­гряз­не­ний кон­тро­ли­ру­е­мой тер­ри­то­рии (рис. 6). Кро­ме то­го, ГМК поз­-во­ля­ет ра­зыг­ры­вать в ди­а­ло­ге с поль­зо­ва­те­лем раз­лич­ные сце­на­рии раз­ви­тия эко­ло­ги­чес­кой об­ста­нов­ки в слу­чае при­ня­тия тех или иных уп­рав­лен­чес­ких ре­ше­ний.

Все про­грам­мные сред­ст­ва КК, ДК и ГМК ре­а­ли­зо­ва­ны на язы­ке C++ в сре­де Borland C++ 3.1 (КК — для DOS,  ДК иГМК — для Windows 3.1), АК ре­а­ли­зо­ван в сре­де FoxPro 2.5.

В це­лом ЦМ пред­став­ля­ет со­бой со­вре­мен­ную рас­пре­де­лен­ную сис­те­му об­ра­бот­ки дан­ных, фун­кци­о­ни­ру­ю­щую в ре­аль­ном мас­шта­бе вре­ме­ни.

За­клю­че­ние

Ре­ше­ние за­дач эко­ло­ги­чес­ко­го мо­-ни­то­рин­га не­воз­мож­но без при­ме­не­ния со­вре­мен­ных средств из­ме­ре­ния и свя­зи, но­вых компь­ютер­ных тех­но­ло­гий. Прак­ти­ка эк­сплу­а­та­ции сис­тем мо­ни­то­рин­га по­ка­за­ла эф­фек­тив­ность и жиз­нес­по­соб­ность как об­щей кон­цеп­ции ДИ­ЭМ, так и от­дель­ных тех­ни­чес­ких ре­ше­ний в ре­аль­ных ус­ло­ви­ях.

Ин­тег­ри­ро­ва­ние всех со­став­ных час­тей мо­ни­то­рин­га в еди­ной тех­но­ло­гии ми­ни­ми­зи­ру­ет за­тра­ты на их сты­ков­ку, со­кра­ща­ет вре­мя об­ме­на и пре­об­ра­зо­ва­ния дан­ных, ис­клю­ча­ет по­те­ри ин­фор­ма­ции, по­вы­шая тем са­мым над­еж­ность и эф­фек­тив­ность со­зда­ва­е­мых сис­тем.

От­кры­тая ар­хи­тек­ту­ра ап­па­рат­но-­го и про­грам­мно­го обес­пе­че­ния поз­во­ля­ет на­ра­щи­вать со­став из­ме­ри­тель­ной ап­па­ра­ту­ры и вво­дить но­вые ал­го­рит­мы кон­тро­ля со­сто­я­ния ок­ру­жа­ю­щей сре­ды, раз­ви­вать и мо­дер­ни­зи­ро­вать уже внед­рен­ные сис­те­мы. ●

С.И. Колтыпин — начальник отдела програм­ми­рования НПФ ДИЭМ.
А.А. Петрулевич — начальник отдела математи­ческого моделирования НПФ ДИЭМ.