Прогнозирование и сервисная диагностика безопасности автотранспорта при неблагоприятных дорожных и метеорологических условиях

Введение. В соответствии с документом Европейского Союза «Миссия к 2050 году» [1], в Европе ожидается сократить число дорожно-транспортных происшествий (ДТП) с погибшими и тяжелоранеными участниками дорожного движения на 50% к 2020 году, а к 2050 году приблизить число пострадавших на дорогах к нулю. Загрязнение воздуха поллютантами автотранспорта в городах Европы введением с 2016 года требований Евро-6, практически, сегодня соответствует гигиеническим требованиям [2].

C 1 января 2015 года вступило в силу Решение Комиссии Таможенного Союза Евразийского Экономического Сообщества № 877 от 9 декабря 2011 года по принятию Технического регламента «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011) с из- менениями в редакции Решения Совета Евразийской экономической комиссии № 6 от 30 января 2013 года. Следует положительно отметить, что Требования Технического регламента таможенного союза оказались строго гармонизированы с требованиями [1, 2]:

• -    Правил Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций, принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах, и об условиях взаимного признания официальных утверждений, выдаваемых на основе этих предписаний», заключенного в Женеве 20 марта 1958 года [2];

• -    Глобальных технических правил, принимаемых на основании «Соглашения о введении Глобальных технических правил для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах», заключенного в Женеве 25 июня 1998 года [2];

• -    Предписаний, принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных условий для периодических технических осмотров колесных транспортных средств и о взаимном признании таких осмотров», заключенного в Вене 13 ноября 1997 года.

Таким образом, Россия в составе Евразийского экономического союза остается открытой для передовых технологий прогнозирования техносферной безопасности автотранспорта

[1 – 3], в частности, в сфере сервиса нейтрализаторов [4], на федеральном и региональном (Санкт-Петербург) уровнях.

Методология и результаты. Прогнозирование техносферной безопасности автотранспорта в Санкт-Петербурге выполняется нами на основе анализа выявленных закономерностей изменения численности (рис. 1), возрастной структуры (рис. 2), коррелируемых с техническим и гигиеническим состоянием (рис. 3) эксплуатируемого парка транспортных средств. Последние данные получены расчётом в долях (%) автотранспорта на конец исследуемого периода.

1741,3

_1388,8   1462,4   _1537,5

1670,8 _1638,2

тыс. ед.

1284,6

1165,6

1063,5

1013,8

1421,2

1326,0

сф О?          О

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

легковые грузовые автобусы

Рисунок 1 - Изменение численности автомобильного транспорта в Санкт-Петербурге с 2004 по 2015 гг.

Методологическим базисом теоретического исследования проблемы организации безопасного движения автомобильного транспорта является системный подход (рис. 4), раз- работанный научной школой профессора ФГБОУ СПбГАСУ П.А. Кравченко [1].

до 5 от 5 до 10 более 10

Рисунок 2 - Изменение соотношения транспортных средств по возрасту в Санкт-Петербурге с 2004 по 2015 гг.

ЕВРО - 0  ЕВРО - 1  ЕВРО - 2

ЕВРО - 3  ЕВРО - 4  ЕВРО - 5

Рисунок 3 - Вероятное распределение автотранспорта в Санкт-Петербурге по экологическим классам, %

В функциональной структуре (рис. 1) выделяются следующие принципиально значимые системные блоки и элементы: Х вх – законодательно установленные цели функционирования системы, принципы ее организации, правовые механизмы достижения цели и желаемый результат общесистемной деятельности; Ц, Х1 – федеральный закон как целевой результат законотворческой деятельности и входной сигнал в систему его исполнения (право применения), соответственно; В2 – ввод команды к ис-полненению; Х2 – выходной сигнал исполнительного органа 2 управления системой – команда нижестоящему субъекту в иерархии системы ОБДД (обеспечения безопасности дорожного движения).

Рисунок 4 – Функциональная структура системы обеспечения безопасности дорожного движения, разработанная проф. Кравченко П.А. [1]

Х3 – выходной сигнал блока 3 – достигнутый уровень ОБДД, измеренный в «опасных» причинах возникновения ДТП; Х4 = Х вых – валовый статистический уровень оценки пропущенных причин опасности в ДД (число погибших и травмированных); СФД1, СФД2, СФД3 – субъекты (структуры) системной функциональной деятельности (законодательный и исполнительные органы управления системой; системный хозяйствующий субъект); ОС1, ОС2, ОС3 – каналы обратной связи (контроля) собственной деятельности субъектов; БС1, БС2, БС3 – блоки сравнения желаемого и достигнутого результатов собственной (внутрипроизводственной) деятельности субъектов; ИОО – идентификаторы опасных отказов – нарушений нормативов системной деятельности; СМИ – средства массовой информации; Х1 – Х2 – величина отклонения результата деятельности от его требуемого уровня; Δ1, Δ2 и Δ3 – соответственно, - входные сигналы к трем объектам управления БДД (безопасностью дорожного движения); Н1, Н2, Н3, Н4 – нормативы деятельности; 1–3 – объекты управления собственной деятельностью; 4 – система ДД (дорожного движения); 5 – информация СМИ в эфире; 6 – канал мониторинга общественного мнения; 7 – канал передачи информации об опасных отказах региональному органу управления системой; ГОС – главная обратная связь ГИБДД.

На теоретическом базисе [1] Институтом безопасности дорожного движения при ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» при участии ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России» создана и успешно эксплуатируется «Автоматизированная информационная система контроля технического состояния и экологической безопасности автотранспорта (АИС)». По разработанной нами уточненной аналитической модели катализа отработавших газов [4] на АИС функ- ционирует инструментальная программа сервисного диагностирования экологически и по-жарно-взрыво опасных режимов эксплуатации автомобильных нейтрализаторов.

Контроль качества атмосферного воздуха на улично-дорожной сети Санкт-Петербурга осуществляется 21-ой стационарной станцией, 2-мя метеостанциями и мобильными лабораториями на автомобильных шасси в соответствии с ФЗ РФ № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.1999 аналогично требованиям Директивы 96/62/EC по оценке и управлению качеством атмосферного воздуха. Система сбора и обработки измерений работает в реальном масштабе времени.

Данные собираются в Центре информации органов государственной власти Санкт-Петербурга и используются в региональных прогнозах изменения качества атмосферного воздуха по разработанной с нашим участием «Методике расчета годовых выбросов автотранспорта на автомагистралях Санкт-Петербурга» Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга (с 2012 года).

Следует отметить, что методика гармонизирована с европейскими ездовыми циклами по Директиве 2007/46/EC – утверждение типа транспортных средств и имеют программное обеспечение фирмы «Интеграл» (Санкт-Петербург [3].

Закономерности распространения и пространственно-временного распределения автомобильных поллютантов в окрестности автодорог Санкт-Петербурга при неблагоприятных дорожных (часы «пик») и метеорологических (штиль, температурные атмосферные инверсии) ситуациях исследуются нами на основе решения уравнения атмосферной диффузии в частных производных в реализации физического закона сохранения потока вещества по методике профессора Берлянда М.Е. (Главная геофизическая обсерватория им А.И. Воейкова, Санкт-Петербург) [2, 3]:

∂q    3     ∂q     3   ∂∂

— + Е ui — =Е —Ki—-aq,(1)

• ∂t     =1    ∂x      =1 ∂x∂

где: q - рассчитываемая концентрация примеси, г/м³; t - время, с; X i - координаты распространения поллютанта (в дальнейшем обозначаются через х , у и z ), м; U i - скорость ветра по х, у, z , м/с; K i - составляющие коэффициента турбулентного массообмена, относящиеся к направлениям оси X i ( i = 1, 2, 3); а - коэффициент, определяющий изменение концентрации за счет атмосферного метаболизма (химических превращений поллютантов, в частности, - под воздействием солнечной радиации), безразмерный.

На рис. 5 показана схема маршрутов методологии расчета загрязнения атмосферы в окрестности автомагистралей при нормально неблагоприятных метеорологических и транспортно-градостроительных условиях с использованием ГИС.

На рис. 6, в качестве примера реализации нами разработанной методологии, визуали- зированы результаты расчета концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе вблизи Невского проспекта (на участке от площади Восстания до Литейного проспекта) с использованием Программного обеспечения «Эколог-4» фирмы «Интеграл».

Начиная с 1999 года данная проблема для Санкт-Петербург исследуется нами в рамках нескольких совместных международных европейских проектов [1-3]:

• 1)    1999 - 2002 гг. Проект Комитета транспорта Администрации Санкт-Петербурга и Министерства транспорта Дании «Оценка внешних издержек от функционирования различных видов транспорта Санкт-Петербурга», в котором впервые были сделаны научные прогнозы до 2030 года вероятного развития ситуации по ДТП, химическому и шумовому загрязнению воздушной среды от колесного транспорта, включая автомобили, троллейбусы, трамваи, метрополитен, дизельные локомотивы и электропоезда;

  

  Линейный участок 2

  Линейный участок 3

  Линейный участок 1

  Линейный участок ...

  
  
  

  Рисунок 5 - Схема маршрутов методологии расчета загрязнения атмосферы в окрестности автомагистралей: ЗВ - загрязняющее вещество; АТС - автотранспортные средства; АТП - автотранспортные предприятия; ГИС - геоинформационная система

  
  

  парниковых газов) с проведением расчетноаналитического прогнозирования воздействия автотранспорта на качество атмосферного воздуха в г. Санкт-Петербург в долгосрочной перспективе (2015-2030 гг.);

• 3)    2007 - 2013 гг. Проект «Безопасность трансграничного дорожного движения» в рамках реализации Программы при-

  В.Н. Ложкин, О.В. Ложкина, И.А. Онищенко граничного сотрудничества ENPI 2007– партнерства) и подпрограммы «Юго-2013 (Европейский инструмент соседства и Восточная Финляндия – Россия».

Объект 100, Невский проспект; вар иск д 2; вар расч 2; пп 1(М=2м)

Масштаб 1.5600

Рисунок 6 – Карты загрязнения приземного воздуха диоксидом азота на участке Невского проспекта от площади Восстания до Литейного проспекта (в долях ПДК МР )

В процессе реализации международного проекта (п. 3) были получены следующие результаты:

• 1.    Разработан алгоритм управления рисками на участках концентрации ДТП;

• 2.    Выявлены участки концентрации ДТП и разработаны предложения для снижения рисков для ключевых дорог Всеволожского и Выборгского районов Ленинградской области;

• 3.    Произведен отбор характерных дорожных объектов по региону г. Санкт-Петербурга и обоснованы конкретные механизмы и инструменты для реализации улучшения состояния ситуации по снижению ДТП.

Исследованиями в этот период с непосредственным нашим участием качества атмосферного воздуха на улично-дорожной сети Санкт-Петербурга, установлено, что, как правило, в городе складываются благоприятные условия для рассеивания примесей, и, по данным мониторинга (, - нечасто наблюдаются случаи высокого загрязнения атмосферного воздуха. Концентрации оксида азота NO, оксида углерода СO и взвешенных частиц при этом остаются в пределах санитарногигиенических нормативов.

Однако, в соответствии с данными измерений концентраций взвешенных частиц непосредственно на проезжей части конкретных дорог, возможны и локальные флуктуации загрязнения воздуха [2, 3]. При среднем значении концентраций ПМ10 0,07 мг/м3 пиковые значения концентраций ПМ10 (как показали обследования – при проезде сильно пылящего транспорта, перевозящего сыпучие строительные материалы) могут достигать значений 0,65 мг/м3. Следует также отметить, что при движении в потоке, при среднем значении концентраций ПМ2,5 и ПМ10, не превышающих величины 0,036 мг/м3, максимальные пиковое значения ПМ2,5 могут достигать значений 0,436 мг/м3 и значительно выше (до 2-20 мг/м3 – чрезвычайно опасные краткосрочные ситуации).

Следует положительно отметить, что результаты расчетов качества атмосферного воздуха в г. Санкт-Петербурге оказываются сопоставимыми с измерениями качества воздуха стационарными станциями и передвижными лабораториями.

Последнее стало возможным благодаря проведению нами систематических научных изысканий по обоснованию численных значений удельных выбросов вредных (загрязняющих) веществ автомобильным транспортом (на единицу пройденного пути в городском цикле движения, и на единицу времени на перекрестке). Такие исследования выполнялись нами регулярно в связи с изменением типажа, возрастной структуры, технического уровня и характера движения по городским автомагистралям автомобильного транспорта. Исследования проводились нами непосредственно на автомагистралях города при движении вместе с транспортным потоком или на холостом ходу работы двигателей [2, 3].

С помощью Европейского программного продукта COPERT 4 [2] (после проверки сопоставимости подхода с официальными нацио- нальными методиками) нами был произведен расчетный прогноз развития ситуации к 2030 году относительно базового 2010 года. Расчеты показали следующее.

При прогнозируемом возрастании в Санкт-Петербурге численности АТС в 1,75 раза к 2030 году по сравнению с базовым 2010 годом, наибольший экологический эффект может быть достигнут от внедрения более высоких нормативов на выбросы Евро 4 - Евро 6 на всех видах автотранспорта и нормативов на качество моторного топлива Евро 4 - Евро 5 (сокращение выбросов парниковых газов N 2 O в 9 раз, СН 4 в 1,2-1,5 раза, загрязняющих веществ СО в 3 раза, ЛОС и НМЛОС в 2 раза, NH 3 в 1,4 раза, ТЧ в 2 раза. Выбросы NO X могут сохраниться, примерно, на том же уровне).

Выбросы тяжелых металлов Pb, Cd, Cu, Cr, Ni, Se Zn, рассчитанные программой COPERT 4 по потребленному топливу, могут возрасти, примерно в 1,5 - 2 раза в период с 2010 по 2030 год. Постепенное доведение доли работающих на сжиженном нефтяном газе, на сжатом природном газе и на биодизельном топливе легковых АТС и автобусов к 2030 году до 30-54 % могло бы привести к уменьшению массы выбросов парниковых газов СО 2 на 11 % и N 2 O на 12 %, загрязняющих веществ СО на 7,6 %, NO X на 1,8 %, ЛОС и НМЛОС на 20 %, тяжелых металлов на 10-15 %. Однако, показатели по таким ЗВ, как NH 3 и СН 4 , могли бы вырасти на 3 и 4 %, соответственно.

При сохранении экстремально старой структуры грузового автопарка к 2030 году доля грузового автотранспорта в суммарном загрязнении атмосферы NO X может возрасти до 80%, и, по-прежнему, грузовой транспорт будет играть ведущую роль в загрязнении воздушного бассейна твердыми частицами: 83 % - в 2030 году.

Выявленные в результате расчётных оценок закономерности явно указывали на целесообразность осуществления пассажирских перевозок в городе общественным транспортом. Однако, механизмы стимулирования граждан в пользу отказа от индивидуального транспорта для передвижения, пока, следует признать непонятными.

Таким образом, результаты исследований в Санкт-Петербурге подтвердили высокую эффективность процесса гармонизации законодательства РФ с Директивами и Регламентами ЕС. В отчетах за 2011 – 2014 гг. по проекту Еврокомиссии «Управление качеством воздуха в странах восточного региона ЕИСП (AIR-Q-

GOV)» [2] мы детально проанализировали состояние данной проблемы, имеющей долгосрочные положительные перспективы, как для РФ, так и Евросоюза.

Заключение. Настоящим исследованием авторы результатами научных изысканий стремятся привлечь внимание законодателей, ученых, заинтересованных организаций и общественности к необходимости организации комплексного контроля чрезвычайно опасных ситуаций дорожно-транспортных происшествий и сверхнормативного загрязнения атмосферы на уровне дыхания человека вредными веществами отработавших газов. Как показали исследования, риски возникновения таких чрезвычайных ситуаций обусловлены в значительной степени существенными отклонениями параметров конструктивной безопасности транспортных средств от действующих в РФ требований. Эта проблема в Санкт-Петербурге, морской столице России, проявилась сравнительно недавно в связи с мощной автомобилизацией городских ландшафтов и поэтому требует адекватного предупредительного реагирования на основе разработанной методология прогнозирования дорожно-транспортных происшествий и концентраций поллютантов на магистралях с учетом сервисной диагностики нейтрализаторов.