Опыт внедрения инновационной технологии для управления экологической безопасностью территорий потенциально опасных объектов

растительности и динамика валового содержания мышьяка в почве. Установлена нелинейность реакции биообъектов на действие загрязнителя. Токсический эффект в организме не прямо пропорционален дозе внесенного раствора, растение «не видит» определенных дозировок загрязнителя [1, 3]. Классическими методами такие зависимости на указанном объекте выявлены не были. В условиях полигона оценивалось воздействие ЗВ, проявляющееся в способности постепенно накапливать мышьяк в почве и живых тканях, вызывая токсические эффекты во втором, третьем поколениях [5]. Возникает проблема достоверного анализа данных биомониторинга, так как влияние малых и сверхмалых доз загрязняющего вещества (ЗВ) не учитываются инструментальными и классическими методами, и являются для них подпороговыми. Поэтому необходимо не просто сравнить данные по биоиндикаторам в зоне влияния ПОО с эталонами биоиндикаторов полигона, но и определить уровень влияния ПОО по выявленным нелинейным зависимостям «доза-эффект» для биоиндикаторов.

Для расчета уровня влияния ПОО, анализа информации, выявления взаимосвязи поступающих данных первичного мониторинга и установления факторов, позволяющих дать объективную оценку экологической ситуации на ПОО, разработана экспертноаналитическая система (ЭАС) [2], структура которой приведена на рис. 1. На вход блока первичного анализа и обработки поступает информация о результатах проведения биомониторинга на экологических идентификационных полигонах в зоне влияния ПОО.

Поступающая информация переводится в формализованные описания, классифицируется по видам биомониторинга. В этом блоке также определяются пути ее обработки. В подсистеме расчета удельного фонового содержания (УФС) определяются уровень УФС ЗВ по параметрам исследуемых биообъектов на полигонах в зоне влияния объекта и вне полигонов. По выявленным зависимостям определяется степень влияния ПОО в количествах фонового содержания мышьяка с учетом перерасчета уровня в зависимости от параметров окружающей среды.

База данных системы

Идентификационный экологический полигон

Подсистема расчета УФС

Хнмнко-аиалнтнчвск ая лаборатория

Блок первичного анализа и обработки

Рис. 1. Структурная схема экспертно-аналитической системы биомониторинга

Подсистема логического вывода по изменению регламента бномоннторннга

Подсистема анализ а ситуации

Подсистема прогноза и генер ацнн с ценар нвв

Подсистема классификации и выбора управленческих решений

База пр аг ил НЗМВ1КННЯ регламента

ситуации

База правил по ППР

После формирования и записи в базу данных эталонов определяют зависимости «доза-эффект» «время-реакция» для каждого исследуемого биоиндикатора. Эксперименты показали, что данные зависимости имеют нелинейный двухфазный характер. Для расчета содержания мышьяка в перерасчете на уровни фона с учетом зависимостей использованы алгоритм многомерной классификации и методы интерполяции [1]. Как неотъемлемый атрибут системы обработки данных биомониторинга спроектирована и программно реализована база данных биомониторинга (рис. 2.) [4].

Для визуализации данных экологического мониторинга на карте местности с привязкой к месту взятия пробы биообъекта по результатам расчетно-аналитических операций расчета УФС мышьяка в исследуемых биоиндикаторах вблизи ПОО применяется геоин-формационная система. Пример экологической карты, построенной по данным биомониторинга липы мелколистной, приведен на рис. 3.

Наз вани е_в ида_биои ндикатор а

Вид биоиндикатора

Ю_в ида_б иоиндик агора

Н азв а ние_п арам етра_б иоиндик агора

Единицв_измерения

10_м етода_аналита (Fk)

Параметр биоиндикатора

1В_пар аметр а_биои ндикатора

--у Н8звание_метода_анализа

Метод анализа

1В_метода_анализа

Вид биоиндикатор а пара метр 10_в ида_би оиндик агора (F К) ~* 1О_параметра_биоин ди кагора (FK)

Эталон

ID эталона

1В_сезона (FK)

1О_перио да_в ре мен и (F К)

1В_кида_б иоиндик агора (FК)

ID_OB (FK)

УФС_ОВ

Наблюдение 1В_наблюдения

Дата_наблюдения Ю_лункта(РК) Ю_сезона (FK)

I D_neриода_времени(F К) 1В_в и да_биои ндикато pa (F q

Значение_параметра

Наблюдение-значение

Ю_наблюдения (FK)

I О_пар аметр а_био индик агора (F К)

Знач ение_параметра

Эталон-значение _________________

1О_эталона(ГК)

1 ID_na рам етра_би оиндик агора (F К)

Период времени 1В_периода_в ремени

Долгота Широта Описание

Пункт пробоотбора

1В_пункта

Название_периода_времени

Отравляющее вещ,ество

J

П) — идентификационный параметр (код), УФС - уровень фонового содержания отравляющего вещества

Рис. 2. Логическая модель данных

С целью управления процессом анализа и обработки данных с целью расчета реальных выбросов, интегральных показателей загрязнения среды предусмотрена возможность визуализации данных биомониторинга в виде графика за любой временной период мониторинга объекта, так и построение области распределения данных в виде экологической карты.

Логический модуль ЭАС включает в себя четыре подсистемы: логического вывода по изменению регламента биомониторинга, анализа ситуации, прогноза и генерации сценариев, классификации и выбора управленческих решений. В подсистеме логического вывода по изменению регламента биомониторинга происходит анализ данных, и на основании этого анализа осуществляется изменение регламента измерений параметров биообъектов. В подсистему анализа поступает информация о внезапном отклике биообъектов. Внезапный отклик - это резкое увеличение значения УФС отравляющего вещества. Необходимо проанализировать данные экологического мониторинга и данные аналитической лаборатории, полученные с идентификационного полигона на предмет вероятного выброса отравляющего вещества за анализируемый период времени.

Подсистема прогноза и генерации сценариев на основе полученной информации должна классифицировать ситуацию, т.е. отнести ее к определенному классу ситуаций, с известным вероятным прогнозом развития.

Рис. 3. Пример экологической карты

База знаний и правил предназначена для хранения долгосрочных данных и правил, описывающих целесообразные преобразования данных. В базе знаний хранятся правила изменения регламента биомониторинга, условия перехода от диагностического к оперативному биомониторингу, перечень возможных ситуаций, совокупность данных и правил анализа ситуации, перечень необходимых решений в зависимости от вида сложившейся ситуации.

Подсистема классификации и выбора управленческих решений - выбирается алгоритм управленческого решения и его уточнение. На основании сложившейся ситуации выбираются возможные предпринимаемые меры. Если нет типовой ситуации в базе знаний - то производится построение алгоритма (записывается ситуация и эксперт определяет ее возможное решение). Поддержка принятия решений должна осуществляться по двум направлениям в зависимости от выявленного характера влияния ПОО: по переходу к оперативному биомониторингу и в дальнейшем внеочередному проведению мониторинга почвы, воздуха и водных объектов; по результатам воздействия объекта на окружающую среду в контролируемых зонах и комплексной оценки состояния контролируемых объектов выбор из сформированной заранее библиотеки рекомендуемого набора мероприятий, обеспечивающих безопасность населения и персонала. На данном этапе исследований программно реализована большая часть блоков экспертно-аналитической системы [2]. Конечным результатом работы алгоритма экспертной системы должен быть перечень мероприятий для управления системой экологического мониторинга ПОО в сложившейся на данный момент времени ситуации.

Выводы: предложен и частично реализован инструмент повышения степени достоверности обработки, анализа и визуализации данных биомониторинга, а, следовательно, и обеспечения безопасности экологической обстановки в зоне влияния ПОО. В рамках экспертно-аналитической системы разработаны и внедрены в практику новые технологии проведения биомониторинга, использующие экологические идентификационные полигоны для выявления зависимостей параметров биообъектов от дозы внесенного отравляющего вещества. Использование полученных зависимостей в расчете уровня влияния объекта позволит не только получить сравнительную оценку с эталоном, но и анализировать ситуацию на объекте и принимать решения по управлению системой экологического мониторинга ПОО.