Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

СПОСОБ И СИСТЕМА УЧЕТА ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ПРОИЗВОДИМЫХ ТЕХНОГЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Омаров А.Д. 1 Киселева О.В. 2 Султангазинов С.К. 1 Харитонов П.Т. 1
1 Казахский университет путей сообщения
2 Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева
Огромный и всевозрастающий парк техногенных объектов (ТО), в том числе и транспортных средств, на земле, на море, в атмосфере и космосе оказывает крайне негативное воздействие на окружающую среду. При этом практически отсутствуют эффективные методы воздействия на мотивацию владельцев ТО к снижению загрязнений окружающей среды. В данной статье предложена система дифференцированного по техногенным объектам учета и контроля загрязнений окружающей среды. В систему входит множество техногенных объектов, оснащённых объектовыми блоками с датчиками параметров загрязнений окружающей среды. Выходы объектовых блоков связаны через беспроводную информационную систему с районными групповыми блоками, которые обеспечивают фискальный контроль загрязнений окружающей среды и формируют для владельцев техногенных объектов документы на оплату за фактические загрязнения, произведенные их техногенными объектами.
техногенный объект
окружающая среда
загрязнения
система контроля
групповой блок
контроль и учет
1. А.с. 963054 СССР, МПК G08C 19/28. Информационно-измерительная система для контроля загрязнения окружающей среды. Федоров Ю.В. (СССР) – 3213289, заявлено 09.12.1980 опубл. 30.09.1982, Б.И. № 36.
2. Аналиева А.У., Харитонов П.Т. Интегрированная система ON-LINE контроля метеоусловий / А.У. Аналева, П.Т. Хаоритонов // Экология и ресурсо-энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства. – 2011. – С. 70–72.
3. Киселева О.В., Харитонов П.Т., Ахметов Б.С., Балгабаева Л.Ш. Интегрированная информационная система коллективного пользования возобновляемыми источниками энергии // Инженерное образование и наука в XXI веке: проблемы и перспективы: материалы междунар. форума, посвященного 80-летию КазНТУ имени К.И. Сатпаева. – Алматы, 2014. – Т. 2. – С. 29–46.
4. Омаров А.Д., Харитонов П.Т., Султангазинов С.К., Рустамбекова К.К., Чукенова Э.С. Способ и система загрязнений окружающей среды, производимых техногеннными объектами. Заявка на инновационный патент KZ № 2016/1055.1 от 14.11.2016 г.
5. Коробкин В.И. Экология и охрана окружающей среды: Учебник / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – М.: КноРус, 2013. – 336 c.
6. Егоренков Л.И. Охрана окружающей среды: Учебное пособие / Л.И. Егоренков. – М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2013. – 256 c.

Огромный и всевозрастающий парк техногенных объектов (ТО), в том числе и транспортных средств, на земле, на море, в атмосфере и космосе оказывает крайне негативное воздействие на окружающую среду. При этом практически отсутствуют эффективные методы воздействия на мотивацию владельцев ТО к снижению загрязнений окружающей среды. Одним из вариантов мотивации владельцев ТО к снижению загрязнений окружающей среды является накопительный /интегральный/ учет загрязнений, производимых ТО, дифференцированно по каждому ТО за тот или иной временной интервал. Наличие этого контроля позволит организовать взимание налога за загрязнения с каждого владельца ТО пропорционально величине и виду фактически произведенных загрязнений его техногенными объектами.

Известна информационно-измерительная система для контроля загрязнения окружающей среды [1], содержащая передающую сторону с набором датчиков параметров окружающей среды, преобразователи сигналов датчиков в коды, блок кодирования и программно-временной блок /процессор/. Информация с передающей стороны передается по проводному каналу связи на приемную сторону, содержащую линейный блок, арифметический блок /процессор/, функциональный преобразователь, буферный блок памяти.

Существенными недостатками известной системы являются:

– отсутствие функции интегрального учета загрязнений окружающей среды каждым ТО путем вычисления и запоминания значений загрязнений за заданный интервал времени;

– непригодность системы для работы в мультиобъектовом режиме контроля, когда число передающих сторон достаточно велико и они пространственно разнесены на значительные расстояния;

– отсутствие на передающей стороне блока хранения значений контролируемых параметров во временной свертке, за тот или иной значительный интервал времени;

– отсутствие возможности радиопередачи информации с передающей части системы при ее установке с датчиками на подвижном техногенном объекте – том или ином транспортном средстве.

Известен вариант построения интегрированной метеосистемы на основе радиопередающих флюгеров [2], в которой, однако, не предусмотрены операции накопительного контроля параметров ТО и не обеспечена защита от несанкционированного отключения и блокировки датчиков контроля загрязнений, а также не обеспечен интегральный учет загрязнений окружающей среды (УЗОС) путем вычисления и запоминания значений загрязнений за заданный интервал времени дифференцированно по каждому ТО в мультиобъектовом режиме контроля, когда число передающих сторон несколько, с возможностью установки передающих сторон на подвижных техногенных объектах.

Для решения технической задачи авторами разработана система [4], в которой на каждый техногенный объект стационарно устанавливают объектовый блок контроля и учета ЗОС (ОБКУ ЗОС), к которому через адаптер с обеспечением защиты от несанкционированного отключения и блокировки датчиков подключают датчики УЗОС, производят через определенные интервалы времени запись измеренных значений УЗОС в энергонезависимую память ОБКУ УЗОС с возможностью считывания и (или) передачи хранящейся в этой памяти информации с ОБКУ УЗОС на групповой блок контроля и учета УЗОС (ГБ УЗОС). В ГБ УЗОС периодически формируют коды идентификационных номеров ОБКУ УЗОС и передают эти коды на ОБКУ УЗОС, а в ОБКУ УЗОС по принятому идентификационному номеру передают хранящуюся в энергонезависимой памяти информацию о УЗОС, произведенных данным техногенным объектом с привязкой к астрономическому времени, на ГБ УЗОС, в котором полученная информация заносится в сегмент энергонезависимой памяти, отведенный для соответствующего техногенного объекта.

Кроме того, обмен информацией между ГБ УЗОС и ОБКУ УЗОС осуществляется через средства мобильной телефонной сети, оснащенные модемами и портами для приема и передачи информации в системе контроля УЗОС, а ГБ УЗОС выдает платежный документ на оплату налога владельцу техногенного объекта за фактически произведенные ЗОС соответствующим техногенным объектом за учетный временной интервал, при этом ОБКУ УЗОС и (или) ГБ УЗОС формируют информацию о величине и динамике ЗОС за учетный период, произведенных соответствующим техногенным объектом.

В предложенной системе датчики контроля УЗОС подключены к объектовому блоку контроля и учета ЗОС через адаптер с защитой от несанкционированного отключения и блокировки и установленному стационарно на техногенном объекте вместе с датчиками, а каждый ОБКУ УЗОС содержит кроме процессора с клавиатурой и дисплеем энергонезависимую память для записи и хранения результатов контроля через определенные интервалы времени вместе с кодами астрономического времени, в интервалы времени которого произведены соответствующие измерения, причем система содержит ряд ОБКУ УЗОС, в каждый объектовый блок введен модуль энергонезависимой памяти и приемопередатчик с антенной, причем каждый ОБКУ УЗОС связан с ГБ УЗОС радиоканалом связи и содержит съемный порт с размещенной в нем энергонезависимой памятью, а ГБ УЗОС содержит процессор с клавиатурой и блоком индикации/сигнализации, принтер, приемопередатчик с антенной и вход для подключения съемных портов ОБКУ УЗОС.

Введенный в систему групповой (районный) блок мониторинга УЗОС содержит приемопередатчик, процессор с энергонезависимой памятью, клавиатуру, монитор, порт для передачи / приема информации и принтер для распечатки протоколов, платежных документов и т.д.

Предлагаемый способ индивидуального учета УЗОС включает в себя следующие операции:

– суммирующий многопараметровый контроль за тот или иной интервал времени УЗОС, производимых техногенными объектами с помощью комплекта соответствующих датчиков, присоединенных к объектовым блокам системы;

– обработка выходных сигналов датчиков с расчетом размеров загрязнений по каждому параметру ЗОС через определенные интервалы времени;

– запись, пополнение и хранение информации о величине и составе ЗОС, производимых конкретным техногенным объектом, в энергонезависимой памяти с привязкой ко времени их измерения;

– считывание накопленной информации с объектовых блоков мониторинга ЗОС техногенными объектами в ГБ ЗОС по запросам последнего по идентификационному номеру ОБКУ ЗОС.

omar1.tif

Рис. 1. Общая структура системы контроля ЗОС

Общая структура системы [3] приведена на рис. 1.

Типовая структура ОБКУ УЗОС приведена на рис. 2. Система состоит из одного группового и нескольких ОБКУ УЗОС 2-1…2-N, между собой связанных по проводному каналу или радиоканалу с групповым блоком. В состав группового блока – 1 мониторинга УЗОС входит формирователь адресов ОБКУ УЗОС – 3, процессор – 4 с энергонезависимой памятью – 6, клавиатура – 5, монитор – 7, устройство приема/ передачи – 8, антенный комплекс – 9, порт – 10 и устройство вывода – 11 [3].

Каждый объектовый блок контроля и учета загрязнения окружающей среды состоит из радиолокационного устройства (антенна) – 12, порта для подключения внешних устройств – 13, устройства приема/передачи с антенной – 14, процессора – 15, клавиатуры – 16, энергонезависимой памяти – 17, блока индикации и сигнализации – 18, датчиков контроля УЗОС 19-1…19-N, адаптера – 20 для подключения датчиков учета загрязнения окружающей среды и автономный источник бесперебойного питания – 21 [3].

На каждый техногенный объект (транспортное средство, дымовая труба котельной, сточный коллектор и т.д.) устанавливается объектовый блок контроля и учета загрязнения окружающей среды, который имеет индивидуальный идентификационный номер.

Конструктивно ОБКУ ЗОС защищены от несанкционированного изменения режима работы и от их отключения. Все объектовые блоки контроля и учета загрязнения окружающей среды снабжены источником бесперебойного питания – 21 на все время работы техногенного объекта. В зависимости от вида и номенклатуры загрязнений, производимых тем или иным техногенным объектом, определяется номенклатура и число датчиков – 19. Запись информации о загрязнении окружающей среды, производимом техногенными объектами, и период опроса датчиков определяется режимом работы объекта и динамики выбросов [3]. С датчиков 19-1…19-N поступают информативные сигналы о величине ЗОС в адаптер 20, преобразуются адаптером в цифровую форму и передаются в процессор – 15. В процессоре производится цифровая обработка поступающих сигналов. С процессора поступает в энергонезависимую память 17 фискальная информация, с привязкой к астрономическому времени.

В каждой ячейке энергонезависимой памяти хранится значение параметра ЗОС и астрономическое время, когда это измерение было выполнено. Накопленная в энергонезависимой памяти соответствующего ОБКУ информация передается на ГБ УЗОС при считывании с порта 13 внешнего устройства по поступившему с порта 13 или с приемопередатчика 14 идентификационным номерам ОБКУ УЗОС. Информация, необходимая для пользователя техногенного объекта, воспроизводится в блоке 18, структура этой информации задается пользователем с клавиатуры 16.

Алгоритм работы объектового блока системы контроля УЗОС.

Шаг 1. Информативные сигналы о величине УЗОС с датчиков 19-1…19-N поступают в адаптер 20.

Шаг 2. Сигналы преобразуются адаптером 20 в цифровую форму и подаются в процессор 15.

Шаг 3. Процессор 15 производит цифровую обработку поступающих сигналов и выдает в энергонезависимую память 17 с привязкой к астрономическому времени фискальную информацию.

Шаг 4. Накопленная в энергонезависимой памяти соответствующего ОБКУ информация передается на ГБ УЗОС.

Шаг 5. С клавиатуры 16 пользователем задается структура необходимой информации.

Шаг 6. Информация, необходимая для пользователя техногенного объекта, воспроизводится в блоке 18.

Каждый ОБКУ УЗОС работает в автономном режиме, причем в программу работы процессора может быть заложен алгоритм внеочередной автоматической записи в энергонезависимую память 17, выдачи на индикацию / сигнализацию в блок 16 и /или/ радиопередачи (с помощью приемопередатчика 14 и антенны 12) на ГБ УЗОС информации о недопустимых режимах загрязнений, производимых техногенным объектом.

omar2.tif

Рис. 2. Типовая структура объектового блока системы контроля ЗОС

В качестве автономного блока 21 бесперебойного электропитания ОБКУ УЗОС могут служить электрические аккумуляторы, например [3].

Запрос фискальной информации с того или иного ОБКУ УЗОС формирователем 3 ГБ УЗОС производится выдачей соответствующего идентификационного номера, по которому процессор 4 через приемопередатчик 8 и антенну 9 (или через порт 10) передает на выбранный ОБКУ УЗОС код запроса о выдаче необходимой информации. Этот код принимается антенной 12 и приемопередатчиком 14 (или портом 13) соответствующего ОБКУ УЗОС как команда на считывание фискальной информации из энергонезависимой памяти 17 и передачу этой информации через приемопередатчик 14 и антенну 12 (или через порт 13) в ГБ УЗОС. Информация, принятая антенной 9 и приемопередатчиком 8 (или портом 10), заносится в соответствующий сегмент энергонезависимой памяти 6, отведенный для данного ОБКУ УЗОС.

С помощью принтера 11 обеспечивается (по запросу с клавиатуры 5) распечатка протоколов контроля или извещений / квитанций на оплату налога за загрязнение окружающей среды конкретным техногенным объектом за определенный интервал времени.

Алгоритм запроса фискальной информации с ОБКУ УЗОС:

Шаг 1. Запрос фискальной информации с ОБКУ УЗОС формирователем 3 ГБ производится выдачей соответствующего идентификационного номера.

Шаг 2. По идентификационному номеру процессор 4 через приемопередатчик 8 и антенну 9 (или через порт 10) передает на выбранный ОБКУ УЗОС код запроса о выдаче необходимой информации.

Шаг 3. Этот код принимается антенной 12 и приемопередатчиком 14 (или портом 13) соответствующего ОБКУ УЗОС;

Шаг 4. Из энергонезависимой памяти 17 считывается фискальная информация и передается через приемопередатчик 14 и антенну 12 (или через порт 13) в ГБ УЗОС.

Шаг 5. Информация, принятая антенной 9 и приемопередатчиком 8 (или портом 10), заносится в соответствующий сегмент энергонезависимой памяти 6, отведенный для данного ОБКУ УЗОС.

Шаг 6. По запросу с клавиатуры 5 с помощью принтера 11 обеспечивается распечатка протоколов контроля или извещений / квитанций на оплату налога за загрязнение окружающей среды конкретным техногенным объектом за определенный интервал времени.

Число ОБКУ УЗОС, связанных ГБ УЗОС в системе может быть от одного до нескольких десятков и сотен тысяч. Возможна реализация второго, третьего и четвертого уровней иерархии, когда, на втором уровне иерархии, несколько ГБ УЗОС связаны с одним (например, региональным) блоком контроля УЗОС по аналогичной, изображенной на рис. 1 схеме организации взаимодействия, В свою очередь, на третьем уровне иерархии, региональные блоки УЗОС могут быть связаны с межрайонным или межрегиональным блоком контроля и учета УЗОС. Четвертый – глобальный уровень иерархии – позволит обеспечить контроль и учет загрязнений УЗОС в мировом масштабе и упростить контроль соблюдения государствами условий Киотского протокола [3].

Повсеместное оснащение техногенных объектов блоками контроля и учета УЗОС позволит осуществить:

– индивидуальное налогообложение владельцев техногенных объектов, пропорциональное структуре и величине фактических УЗОС, произведенных каждым конкретным техногенным объектом за определенный интервал работы [5];

– стимулировать и поощрять модернизацию техногенных объектов с целью снижения УЗОС;

– своевременно выявлять техногенные объекты с опасными концентрациями УЗОС.

При практической реализации системы в качестве основы приемопередатчиков и антенн групповых и объектовых блоков могут служить мобильные телефоны и сети мобильной связи [6]. Сетевая структура системы позволяет оснащать объектовыми блоками УЗОС любые техногенные объекты – автомобили, котельные, тепловозы и теплоходы, химические предприятия и т.д.

Введение предложенной системы в практику возможно через соответствующие законодательные решения и приоритетные национальные проекты.


Библиографическая ссылка

Омаров А.Д., Киселева О.В., Султангазинов С.К., Харитонов П.Т. СПОСОБ И СИСТЕМА УЧЕТА ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ПРОИЗВОДИМЫХ ТЕХНОГЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 10-3. – С. 502-506;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41865 (дата обращения: 22.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074