Стратегічний аналіз техногенних ризиків, інформаційні і системні компоненти проблеми створення структур екомоніторингу

Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine Ukrainian Academy of Printing, Lviv, Ukraine

STRATEGIC ANALYSIS OF INDUSTRIAL RISKS, INFORMATION AND SYSTEM COMPONENTS PROBLEMS OF ESTABLISHMENT OF ECOLOGICAL MONITORING STRUCTURES

The authors have justified information systems and components in order to fulfil the tasks of creating a system for monitoring energetically active objects in the structure of industrial systems. Energetically active objects transform the active resources (coal, gas, oil, gasoline, kerosene, and natural components of biological origin such as wood, fruit and vegetable products) during processing thermodynamic, kinetic, which become electricity through the electromagnetic interaction. In the course of energetically active processes, new energy and emissions streams are generated in such energy blocks from resource flows, which pollute the soil, water, and the atmosphere of the region environment. The current situation in the world regarding pollution of the environment with anthropogenic systems with an energy-active resource structure and a high level of harmful emissions of combustion products is described. The directive of the European Parliament 2012/18 ES harmful components in the atmosphere and the project EuropeAid № 2010 / 232-231 "Air Quality Management in the Countries of the Eastern Region" are analyzed. It is shown that the provisions and articles of the directive should be taken into account when designing environmental systems at local, regional and national levels. The method and problem of the study, which are necessary for creating an environmental monitoring system at the local, regional and national levels in accordance with state laws and government regulations, are substantiated. The method of information technologies to support the adoption of governmental decisions in the environmental system, the goal, the problem, the hierarchical scheme of structuring the system is substantiated. It is shown that the problem of environmental pollution, anthropogenic systems of vast regions is typical for all industrialized countries. Exceeding the loads of food causes their emergence to extreme conditions, which creates the prerequisites for the occurrence of major technological accidents of anthropogenic type associated with emissions of harmful substances for people and ecosystems of products of chemical reaction in the combustion process. The integration of methods of system analysis, information technologies and information and measurement systems provides a solution to the problem of managing border regimes of energetically active facilities, and in the case of industrial accidents, control of emissions of hazardous substances and measures of elimination.

Keywords: risk; accident; monitoring; system; data; information; control.

Вступ

Техногенна ситуація у сучасному світі щодо стану безпеки забруднення екологічного середовища викидами шкідливих продуктів у граничних та аварійних режимах постійно ускладнюється внаслідок впливу на життєдіяльність людей, стан екології середовища як у локальному, так і глобальному вимірах (Ber- toks, & Radd, 1980; Zerkalov, 2007). Прийнятті методи контролю ситуації з режимами енергоблоків та систем природокористування повною мірою не забезпечують необхідний рівень захисту (Kukhar, 1989; Bespamiatkov, & Krotov, 1985).

Міжнародні організації у структурі ООН, Європейський парламент почали звертати увагу на розроблення відповідних програм та директив щодо контролю масштабних аварій, пов'язаних з породженням у ході аварійного процесу небезпечних речовин, які мають локальну і регіональну просторову структуру впливу на атмосферні потоки, воду і ґрунти.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Для розроблення програмного підвищення безпеки функціонування техногенних систем у структурі регіону, потрібно використати комплексний підхід на підставі фундаментальних наук і прикладних методів аналізу, контролю, діагностики, відбору й опрацювання потоків даних, які характеризують граничні режими і є основою для оцінювання ризиків та рівня безпеки (Bertoks & Radd, 1980; Lysa, 2017).

Основним документом, який є обов'язковим для всіх підприємств різних форм власності і енергонасиченості, є директиви (2012/18/ЕС) Європейського парламенту від 4 червня 2012 р., які повинні виконуватись і в Україні (Kukhar, 1989; Direktiva, 2012).

Важливість вирішення проблеми висвітлено у працях (Durniak et al., 2017; Lysa, 2017), де наголошено на актуальності розроблення інформаційної технології створення систем екомоніторингу на підставі нових типів сенсорів з використанням методу прямого лазерного зондування екосередовища (Bespamiatkov & Krotov, 1985; Zdanovsktii, 1990).

Мета і завдання дослідження

Розробити та обґрунтувати системно- інформаційну та ресурсну концепцію створення системи екомоніторингу техногенних енер- гоактивних систем з високим рівнем шкідливих викидів в екологічне середовище та ризиками виникнення аварійних ситуацій.

Для досягнення поставленої мети завданням дослідження є розроблення, на підставі інформаційних і системних технології, методів створення систем екологічного і технологічного моніторингу середовища енерго- активних об'єктів з використанням лазерних та опто- гальванічних сенсорів відбору даних.

Для цього потрібно виконати такі завдання:

1. Проаналізувати наявні методи, моделі представлення енергоактивних об'єктів управління з підвищеним ризиком їх функціонування (Durniak et al., 2017; Lysa, 2017);

2. Проаналізувати постанови Верховної Ради та Уряду України (Durniak et al., 2017);

3. Проаналізувати програми та директиви Європарламенту;

4. Побудувати дерева проблем, цілей;

5. Розробити схему структуризації енергоактивних об'єктів з високим рівнем шкідливих викидів в екосередовище;

6. Розробити структурну схему етапів створення системи екомоніторингу;

7. Розробити метод синтезу інформаційних технологій для розв'язання задач відбору та опрацювання даних в умовах невизначеності і ризику;

8. Розробити і обґрунтувати методи створення лазерних і оптоелектронних сенсорів для відбору різнотипних даних і способи оброблення потоків на їх підставі, оцінки параметрів і інформативності;

9. Розробити концепції і методи екологічного моніторингу повітря і водосховищ технологічних енергоактивних об'єктів на підставі лазерного зондування проб води і повітряного простору, обробити потоків даних та їх інтерпретацію в спеціалізованому понятійному просторі когнітивною системою особи-оператора;

10. Розробити метод оцінювання ризиків та виявлення причинно-наслідкових зв'язків активних факторів впливу на інформаційну і технологічну структури виробничої системи (Lysa, 2017).

Викладення основного матеріалу дослідження

Аналіз директив, основні положення.

Директиви 2012/18/ЕС Європейського парламенту від 4 червня 2012 р. " Про контроль великих аварій, зв'язаних з небезпечними речовинами, взамін директиви 96/82/ЕС Ради ЕС".

Початкова директива 4:

1) Директива Ради 96/82/ЕС від 9 листопада 1996 р. про контроль за виникнення великих аварій, яка встановлює правила недопущення таких аварій, які можуть виникнути внаслідок діяльності промислових об'єктів, що може вплинути на діяльність і життя людей.

1) Великі промислові аварії. Севезо, Тохопал, Швайцерха- ле, Тулуза, Чорнобиль, Енсхеде, Бенсфілд, що вимагає гарантій виконання потрібних заходів небезпеки, щоб забезпечити високий рівень захисту міст, сіл, екосере- довища регіонів.

1) Основні положення директиви Європарламенту.

Базова директива Ради ЕС [67/548/ЕЄС] від 27 червня 1967 р. та [199/45/ЕС]. Пункти директив:

1. Потреба контролю стану безпеки щодо виникнення великих промислових аварій;

2. Наслідки великих аварій;

3. Роль директиви на зниження ймовірних тяжких наслідків аварій;

4. Формування спільних комісій з безпеки промислових підприємств;

5. Аналіз трансграничних наслідків великих аварій;

6. Положення про охорону праці, виробничу безпеку, умови праці;

7. Аналіз ризиків від промислової діяльності (шкідливі викиди);

8. Класифікація, упакування, маркування небезпечних речовин погоджена з відповідальними структурами ООН (визначення класів і категорій небезпеки впливу речовин);

9. На суб'єкти промислової діяльності покладено обов'язки забезпечити всі заходи, необхідні для недопущення великих аварій, міри ліквідації і пом'якшення наслідків. Суб'єкти діяльності повинні надати компетентному органу влади достатній обсяг інформації, щоб можна було визначити рівень загроз:

• про шкідливі речовини;

• аналіз шкідливих речовин, які утворюються під час техногенного процесу й у разі техногенних аварій;

• структури системи АСУ-ТП і засоби контролю режимів;

• граничні режими функціонування;

• оцінку аварійності режимів;

• стратегію недопущення аварій;

• систему управління безпекою;

• стратегію безпечного управління;

• загальну стратегію виробництва;

• заходи управління безпекою;

• політику недопущення аварій;

• засоби екологічного моніторингу.

1. Зниження ризику виникнення послідовних аварій у регіоні;

2. Екологічна відповідальність підприємств за забруднення середовища техногенними системами і наслідки аварій;

3. Для недопущення великих аварій:

• підготувати плани протиаварійних дій;

• розробити заходи відповідних реакцій на виробництві. Суб'єкт підприємства повинен надати всю необхідну інформацію:

• звіт про заходи безпеки;

• інформацію про структуру об'єктів;

• наявність небезпечних речовин;

• спосіб збереження реагентів;

• можливі сценарії аварій;

• аналіз ризиків;

• заходи профілактики;

• дані про структуру системи управління;

• управління ризиками;

• методи зменшення наслідків (стратегія, тактика, плани, дії);

• оцінку ймовірності природних дій на зону об'єкта.

Підготовка до ліквідації аварійних ситуацій:

• розроблення внутрішніх і зовнішніх планів дій в аварійних ситуаціях;

• встановлення процедури (діагностики) і способів дій, які забезпечують необхідні випробування обладнання, повірку планів дій у разі аварій;

• ознайомлення персоналу із внутрішнім планом протиава- рійних дій;

• ознайомлення суспільства зі зовнішнім планом дій в аварійних ситуаціях.

1. Наявність інформації про контроль і системи моніторингу та про нові методи безаварійної експлуатації.

2. Оцінка ризиків під час планування просторового розміщення підприємств в інфраструктуру регіону.

3. Доступ до Екологічної інформації, прав, обов'язків, відповідальності, прав людей, які постраждали в аваріях.

4. Спосіб управління інформацією про підприємства, рівня ризиків, аварійність, стан екологічного середовища.

5. Способи формування рішень у вирішенні екологічних проблем.

6. Обов'язкове повідомлення про аварійну ситуацію органам влади.

7. Загрози, координація дій на регіональному і міждержавному рівнях.

8. Комісії державного контролю екологічних ситуацій.

9. Заходи до підприємств, які не виконують приписи директиви.

10. Врахування можливостей технічного прогресу.

11. Механізми контролю згідно з директивами.

12. Штрафні санкції за порушення.

13. Повноваження директиви.

14. Державне законодавство і узгодженість з директивою.

Статті директиви:

Статті [1-3] - загальне положення про безпеку життєдіяльності.

Стаття [4] - оцінка концентрації шкідливих викидів.

Статті [5-9] - аналіз аварійних ситуацій і їх ліквідація. Статті [9-11] - політика забезпечення протиаварійних дій, звіт про заходи безпеки виникнення аварій.

Рис. 1 Дерево цілей

Стаття [12] - плани дій в аварійних ситуаціях, їх інформаційне, системне та ресурсне забезпечення.

Статті [16-21] - інформаційне забезпечення протиава- рійних дій, обмін даними та забезпечення доступу до інформації про структуру об'єктів підприємств. Інформаційні технології для підтримки прийняття протиаварійних управлінських рішень у системі моніторингу

Процедури управління у складних системах з енер- гоактивними процесами в технологічних об'єктах включають як інформаційні компоненти, так і інтелектуальні оброблення даних класифікації, оцінки змісту, розгортання сценарію подій та прогноз зміни стану об'єкта, ризики та результати управлінських дій (Kukhar, 1989; Lysa, 2017; Sikora et al., 2017).

Якщо комп'ютерні технології оброблення даних і прийняття рішень мають жорстку логічну й алгоритмічну організацію процесу управління, то рішення особи, як когнітивної інтелектуальної системи, не завжди адекватні.

Загальний висновок щодо проблеми створення інформаційних технологій, необхідних для розроблення систем моніторингу, ґрунтується на створенні дерева цілей і дерева проблем (рис. 1 і 2).

Рис. 2 Дерево проблем

Інформаційно-системна концепція відбору даних від об'єктів, їх оцінка, інтерпретація для прийняття цільових рішень ґрунтується на таких положеннях, згідно з деревами цілей і проблем та схеми структуризації (Kuk- har, 1989; Lysa, 2017; Sikora et al., 2016, 2017) енергоак- тивного об'єкта, який має n-рівневу ієрархічну структуру. Рівень 1 - наліз фізичних і хімічних ефектів як підстава створення сенсорів.

Рівень 2 - цільові задачі і проблеми створення сенсорів для ІВС - АСУ, їх класи, типи, моделі, інформативність.

Рівень 3 - фізико-енергетичні інформаційні аспекти процесу відбору даних від об'єктів різної природи.

Рівень 4 - процес відбору даних як підстава методів створення вимірювальних перетворювачів (пасивні, активні зондування, модуляція) їх нормування і шкалювання, індикація.

Рівень 5 - алгоритми оброблення й оцінювання сигналів як переносників відомостей про фізичні ефекти і стан об'єкта.

Рівень 6 - особливості підготовки операторів для правильного використання сенсорів у структурі ІВС, сприйняття когнітивною системою в полі уваги, вимоги до інтелектуального рівня, психічної та інтелектуальної стійкості при інтерпретації складних ситуацій в умовах ризиків і факторів завад.

Рівень 7 - створення ІВС вищого рівня, мультимедійних стін відображення структури, динаміки, особливих ситуацій, як підстава розробки АСУ стратегічного рівня.

У процесі виробництва виникають проблеми інформаційно-логічного характеру, які потрібно розв'язати у термінальному часі:

• складність розв'язуваних проблем перевищила можливість обробляти потоки даних людиною і процесом АСУ-ТП;

• нездатність людини приймати ефективні рішення у граничних і аварійних режимах внаслідок когнітивного й інтелектуального перенапруження.

Це призвело до потреби створення інформаційних систем (як інструменту підвищення обґрунтованості й ефективності прийняття керівних рішень) та технологій синтезу стратегій досягнень мети, тактики, системного планування дії на об'єкт у нормальних і аварійних режимах (рис. 3).

Рис. 3 Ієрархічна схема структуризації АСУ енеогоактивними об'єктами і шкідливими викидами в екосередовище

У процедурі побудови стратегії вирішення складних проблем маємо такі рівні ієрархій (Kukhar, 1989; Lysa, 2017; Sikora et al., 2016, 2017).

Етап 1:

• ієрархія нижнього рівня структури об'єкта на розбитті модулів і агрегатів;

• ієрархія структури управління n-го порядку залежно від цілей орієнтації та рівня опрацювання інформації (сенсори, блоки оброблення, формувачі образів динамічних ситуацій);

• ієрархія дерева рішень і розбиття цільового простору на кластери та представлення простору цілей і станів;

• ієрархія структури стратегічного рівня та її розбиття на функціональні страти;

• ієрархія управлінського персоналу за ступенем повноважень та прийняття управлінських, технологічних, оперативних, стратегічних рішень.

Відповідно, на верхньому рівні адміністративно-управлінського формування рішень виступають проблеми, які характеризуються:

• ієрархію пріоритетів у процедурах рангування альтернатив на розбитті простору цілей стратегічного рівня (страти);

• ієрархію в побудові множин дерев цілей та відповідних класів стратегій та оцінку їх ефективності відносно еталонного способу реалізації цілі в умовах ризику, криз і аварійних ситуацій.

Як наслідок, важливим у процедурі пошуку способу вирішення проблем є здобування даних і моделі виявлення знань в активному діагностичному та експертному режимах, виявлення їх логічної і когнітивної структури.

Етап 2. Наступним кроком є виділення об'єкта управління зі середовища техногенної системи та означення його границь, функціональної та інформаційної структури, побудови формалізованої моделі, оцінка її адекватності, виявлення граничних і аварійних режимів та, відповідно, спостережливості і керованості. Такою процедурою є схема агрегування об'єкта та побудова математичної моделі спостереження, управління, алгоритмів опрацювання даних, моделей ознак нормальних і аварійних.

Рис. 4 Структура етапів розроблення системи моніторингу

Для вирішення проблемних ситуацій на міжрівнево- му рівні в ієрархії системи потрібно провести де композицію проблеми на ситуаційні задачі.

Відповідно формується ряд задач, які потрібно розв'язати для забезпечення антикризового управління технологічною системою, які можна класифікувати як інтелектуальні, когнітивні, інформаційні. Для мінімізації ризиків і аварій, відповідно, потрібно розробити інформаційні і системні технології та засоби, які забезпечували б процеси відбору й опрацювання даних, формування образів ситуацій у техногенних і екологічних структурах, їх класифікацію, оцінювання стану відносно цільової області для прийняття рішень умовах невизначеності і дії загроз. Задачі прийняття ефективних рішень розв'язуються, якщо виконана умова узгодження складності з інтелектом оператора (рис. 4).

Вирішення проблемних задач зазначеного вище класу вимагає використання широкого спектра теоретичних і прикладних методів, системного аналізу та інформаційних технологій для створення каркасу побудови стратегій, які виконували б роль інтелектуального агента в процедурах логічного методу вирішення задач (Bertoks & Radd, 1980; Sikora еї аі., 2017).

Відповідно, потрібно розробити основи інформаційної технології для комплексного моніторингу техногенної системи та її екологічного середовища (ґрунти, води, водосховища і ріки) (Bertoks & Radd, 1980; Direk- їща, 2012; Dumiak еї аі., 2017; Sikora еї аі., 2017).

Обґрунтування концепції екомоніторингу. Інформаційна технологія повинна мати відповідну структуру (див. рис. 4), основи яких розроблено у працях і які пов'язують теорію сигналів зі системним аналізом і теорією ієрархічних систем, інформаційним забезпеченням у процесі моделювання, теорії оброблення даних як основи створення моніторингу на підставі інформаційно-ресурсної концепції.

Стратегія контролю за забрудненням екологічного середовища ґрунтується на методах:

• системного аналізу структури середовища та його динаміки (техногенної і природної);

• системного і категорного аналізу ресурсних, інформаційних зв'язків між компонентами;

• аналіз потоків матеріалів і баланс ресурсів у техногенній системі та нагромадження знань, фактів, які дають уявлення про масштаб і характер проблеми забруднення екосистеми;

• аналіз потоків енергії, на підставі якого можна прогнозувати вплив техногенних активних систем на екологію;

• аналіз структури і складу хімічних відходів виробництва і життєдіяльності людини та їх розділення за хімічними і фізичними властивостями.

Для реалізації концепції потрібно:

• розробити комплекс систем контролю за станом екологічного середовища та оцінки впливу техногенних структур на підставі використання інформаційних технологій відбору і опрацювання даних та інтелектуальних систем інтерпретації і представлення ситуації;

• сформувати стратегічну політику в галузі охорони екологічного середовища, розробити законодавчі акти про принципи діяльності підприємств;

• підготувати кадри високої класифікації для служб контролю МНС й інших державних організацій;

• розробити теоретичні засади і методи створення нових технічних засобів контролю і оброблення даних (сенсори, контролери, мережі передачі даних, мультимедійні системи відображення динамічної ситуації в екотехногенних структурах і системах).

Висновок

Для розроблення інформаційної технології створення систем екологічного моніторингу енерго- активних техногенних систем, які функціонують у граничних та передаварійних режимах з високим рівнем шкідливих викидів у довкілля, потрібно враховувати державні директивні документи України, Директиви Європарламенту щодо техногенної безпеки у рамках наукових програм досліджень та програм НАТО.

Комплексне використання теорії ієрархічних систем, інформаційних технологій, теорії прийняття рішень у кризових ситуаціях є підставою розроблення структур регіонального і глобального екомоніторингу.

Перелік використаних джерел