Программно- аппаратный комплекс экологического мониторинга и поддержки принятия управленческих решений (ПАК)

Общее описание:

    Известно, что эффективность ликвидации последствий техногенных катастроф зависит от полноты и оперативности получаемой информации и адекватности принятых управленческих решений. Это в полной мере относится и к случаям разлива нефти.

    Предлагаемый продукт представляет собой эффективный инструмент выявления нефтеразливов на ранней стадии их возникновения, комплексной оценки текущей обстановки, прогнозирования развития ситуации в соответствии с гидрометеорологическими условиями, а также планирования операций по локализации и ликвидации нефтеразливов.

В состав комплекса (в зависимости от конфигурации) входят:

1. Система математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений для моделирования поведения нефтяного пятна и представления рекомендаций по его устранению;

2. Сенсор- детекторы и блоки объектового мониторинга для выявления и отслеживания поведения разлива нефти в реальном времени;

3. Коммуникационный блок для организации непрерывного мультисенсорного круглосуточного мониторинга в автоматическом режиме;

4. Береговой ситуационно-аналитического центр для мониторинга и управления несколькими объектами, на которых установлена система.

Выполняемые задачи:

Разработанный комплекс позволяет решать следующие основные задачи:

1. выявление нефтяной пленки на поверхности воды;

2. определение параметров нефтеразлива;

3. автоматическое оповещение ответственных лиц в случае выявления нефтеразлива;

4. визуализация результатов мониторинга в графической и табличной форме;

5. динамическое прогнозирование развития текущей ситуации с учетом характеристик нефти и влияния внешних факторов в геоинформационной (ГИС) среде;

6. предварительная оценка экологического и финансового ущерба;

7. планирование операций по локализации зон загрязнения и ликвидации последствий аварийных ситуаций с учетом:

• текущего положения и состояния сил и средств реагирования;
• тактико-технических характеристик сил и средств реагирования;
• эффективности сил и средств реагирования применительно к конкретной ситуации;

1. контроль (в реальном времени) за ходом ликвидации последствий аварийных ситуаций;

2. автоматическое ведение журнала событий и создание отчетов;

3. создание отчетов на базе информации, ранее занесенной в базу данных.

Система также обеспечивает:

• защиту данных, передаваемых по каналам связи;
• сохранение всех результатов мониторинга c возможностью последующего воспроизведения;
• управление поиском документов и их версий;
• ведение учета бумажных документов;
• распределение задач по работе над документом внутри группы пользователей и ведение контроля за ходом их реализации;
• защиту документов от несанкционированного доступа и потерь данных.

Принцип работы ПАК:

    Общий принцип функционирования ПАК (см. рис. 1) заключается в непрерывном получении достоверной информации о текущем состоянии водной поверхности в контролируемой зоне от установленных датчиков.

    После получения информации система классифицирует ее и прогнозирует наиболее вероятное развитие ситуации. В случае выявления предаварийной или аварийной ситуации система производит автоматическое оповещение, рассчитывает наиболее вероятное развитие сценария и возможные последствия с учетом экологического и финансового ущерба.

    Далее выдаются последовательные рекомендации по дальнейшему действию с целью минимизации или предотвращению ущерба.

   Важной особенностью системы является тот факт, что для сокращения времени принятия управленческих решений система использует принцип декомпозиции, т.е. разделения общей задачи на ряд локальных координируемых процессов. Вследствие чего обеспечивается наглядное представление о сложившиеся обстановке и резко снижается возможность не учета важных факторов оператором/ операторами системы.

Рис. 1 Общий принцип работы ПАК

    Планирование операций по локализации зон загрязнения и ликвидации последствий аварийных ситуаций происходит в полуавтоматическом режиме. В зависимости от численности, оснащения, местоположения и многих других факторов, система рассчитывает и предлагает варианты локализации и ликвидации разлива, указывая нормативное время прибытия, ликвидации, экологические, финансовые затраты и пр.

   Исходя из настроек системы, выделяется «оптимальный вариант».

   Оператор, взвешивая все за и против, принимает решение.

Состав ПАК:

    Состав программно-аппаратного комплекса экологического мониторинга и поддержки принятия управленческих решений в случае нефтеразлива определяется типовой конфигурацией модуля.

    В минимальной конфигурации в состав программно-аппаратного комплекса входят средства математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений.

    В расширенной конфигурации в перечень элементов программно-аппаратного комплекса добавляются сенсор-детектор/ детекторы и блок/блоки объектового мониторинга.

   Полная конфигурация предусматривает наличие в составе программно-аппаратного комплекса объектового центра коммуникационного блока, а также, при необходимости, создания берегового ситуационно-аналитического центра - центрального сервера системы, блока берегового мониторинга, средств математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений.

   Кроме того, имеется возможность расширения функциональных возможностей двух последних конфигураций за счет средств видеонаблюдения и тепловизоров.

Средства математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений

    Средства математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений являются базовой составляющей инструментального набора для обеспечения процессов ситуационного анализа, стратегического и тактического планирования.

    Оно позволяет быстро и наглядно сформировать представление о возможных вариантах развития текущей ситуации, произвести комплексную оценку эффективности разрабатываемого плана по локализации и ликвидации последствий нефтеразлива, а также определить степень обоснованности и целесообразности проведения отдельных мероприятий.

   Иерархически организованные в системе контрольные списки (check-lists) адаптируются под конкретный объект в соответствии с действующими нормативными документами, а также персональными обязанностями операторов. Контрольные списки обеспечивают четкую и последовательную организацию действий в конкретной ситуации каждого должностного лица и команды в целом.

Рис. 2 Вкладка «Контрольные списки»

    Прогнозирование возможных вариантов развития ситуаций осуществляется посредством сложной математической модели. Расчет производится для определения поведения нефти и нефтепродуктов на поверхности воды с учетом влияния внешних факторов воздействия, а также обновляемых исходных данных, поступающих от сенсоров-детекторов или вводимых вручную. Результаты расчета отображаются на электронной карте, выводимой на монитор автоматизированного рабочего места, либо на экран коллективного пользования (ЭКП), позволяющего существенно увеличить эффективность восприятия комплексной информации и значительно сократить время, необходимое для принятия консолидированных управленческих решений.

Рис. 3 Экран коллективного пользования (ЭКП)

    Математическая модель разлива обеспечивает динамическое прогнозирование перемещения и судьбу нефтеразлива, расчет процентного соотношения количества плавающих, испарившихся и попавших на берег нефтепродуктов.

    Программные средства модуля позволяют пользователю самостоятельно осуществлять ввод исходных данных, касающихся нефтеразлива, при помощи имеющегося инструментального набора. Кроме того, имеется возможность моделировать различные источники разлива, включая естественные, разливы с судов, затонувших судов, терминалов, трубопроводов и нефтяных платформ. Вместе с тем, обеспечивается моделирование перемещения паров и выбросов в атмосферу продуктов горения, образующихся в результате разлива.

    При решении задач планирования операций по локализации и ликвидации последствий нефтеразливов математическая модель учитывает распределение ресурсов, принимая во внимание текущее место расположения сил и средств реагирования, время перемещения и прибытия, характеристики оборудования, а также время приведения его в работоспособное состояние.

    Кроме того, в математическую модель заложены реальные тактико-технические характеристики бонов, скиммеров и механических средств локализации и сбора разлитого, эффективность и производительность которых учитывается в расчетных процессах. Также расчетный алгоритм обеспечивает учет использования различных типов химических средств, таких как дисперсанты, сорбенты, а также применение метода поджога. Математическая модель воспроизводит процессы, происходящие в нефтяном разливе на водной поверхности: распространение, испарение, диспергирование, эмульсификация, изменение вязкости, горение, воздействие дисперсантов, взаимодействие нефти с берегом и заграждениями. Для всего разлива отображаются следующие параметры: объем разлива, количество испарившейся, оставшейся на плаву, выброшенной на берег, утонувшей, сгоревшей, диспергированой и собранной нефти. Кроме того, отображается количество оставшейся на плаву и собранной нефтеводяной смеси, максимальная толщина и площадь пятна.

    Средства математического моделирования позволяют производить оценку размера ущерба, который может быть нанесен окружающей среде разливом нефти или нефтепродукта. При расчёте учитываются: свойства нефти (нефтепродукта), траектория перемещения нефтяной пленки, карты биологических ресурсов.

    Глубоко интегрированные в информационно-коммуникационную среду модуля средства документирования и документооборота обеспечивают организацию эффективного и оперативного делопроизводства, ведение жизненного цикла каждого документа и управление доступом к нему, а также систематизацию, хранение данных, поступающих в систему и являющихся результатом ее функционирования.

    Технологическая структура встроенных внутренних механизмов и гибкость элементного состава средств документирования и документооборота позволяет модифицировать их конфигурацию и настройки под различные типы задач.

Рис .4 Вкладка документооборота

    Ядром средств документирования и документооборота является распределенная, независимая и гибко конфигурируемая база данных (БД).

    Для базы данных устанавливается единый центр хранения и обработки информации, называемый сервером БД.

    Любая информация может быть стандартизирована и использована для подготовки, передачи и публикации установленных форм отчетности. Базовый вариант поставки включает стандартный набор ICS форм, который может быть дополнен и расширен под нужды конкретного подразделения, группы лиц или отдельного оператора путем создания пользовательских форм.

    Занесенная в систему информация автоматически согласуется со всеми имеющими к ней отношение документами, что обеспечивает выполнение сразу нескольких процедур, которые частично или полностью могут быть продублированы в различных отчетных документах.

Сенсор-детектор

    Сенсор-детектор является основным источником исходных данных СЭМ и представляет собой средство обнаружения, метеообеспечения, позиционирования и коммуникации.

Рис 5. Сенсор- детектор

    Электронные компоненты сенсора-детектора защищены от негативного влияния морской среды герметичным радиопрозрачным кожухом или имеют собственный всепогодный дизайн.

    Технологические и конструктивные решения обеспечивают обнаружение нефтяной пленки толщиной 0.02 мм при любых условиях видимости, волнении моря до 7 баллов, скорости ветра до 18 м/с на площади в 100 км².

    Данные мониторинга от сенсора-детектора с дискретностью 2 секунды посредством проводных или беспроводных коммуникационных каналов поступают на средства информационной обработки, проходят системную регистрацию, после чего становятся доступными пользователям.

    Качественные показатели функционирования сенсора-детектора во многом зависят от места его установки. Одним из основных критериев при выборе места инсталляции является обеспечение прямой видимости всей площади водной поверхности в границах зоны мониторинга. "Теневые сектора" в границах зоны контроля могут быть перекрыты за счет установки дополнительного сенсора-детектора, а в случае их незначительности средствами тепловизионных и видеосистем.

    На дальность действия сенсора-детектора оказывает влияние высота его установки над уровнем водной поверхности. Оптимальным пределом является диапазон в районе 20-55 метров над уровнем водной поверхности.

    В эксплуатационном режиме граница района безопасности для человека находится за пределами 4-х метровой зоны от места установки сенсора-детектора.

    Радиопрозрачный кожух чувствительного элемента, приводимый во вращение электродвигателем, во избежание повреждений не должен иметь соприкосновений с окружающими его предметами.

    Электропитание сенсора-детектора осуществляется от сети переменного тока 220-230 вольт.

Рис. 6 Вариант установки сенсор - детектора мачте

    При установке сенсора-детектора в условиях агрессивной морской среды (интенсивное забрызгивание) для дополнительной защиты электронных компонентов внутри радиопрозрачного кожуха создается избыточное давление. Для этих целей место установки сенсора-детектора должно быть оборудовано точкой подключения к источнику сжатого воздуха (давление на выходе 2.8-3.2 бар).

Блок объектового мониторинга

    Блок объектового мониторинга представляет собой однопользовательский либо сетевой программно-аппаратный комплекс сбора данных о текущем состоянии водной поверхности в контролируемых зонах, обработки и представления пользователю результатов его функционирования на заданный момент времени.

    Вместе с тем, блок объектового мониторинга является органом управления и технических настроек, подключенных к модулю сенсоров-детекторов, а также коммуникационным звеном со средствами математического моделирования и поддержки принятия управленческих решений.

Рис. 7 Вывод показаний сенсор- детектора на монитор оператора

Коммуникационный блок

    Коммуникационный блок представляет собой оптимально сконфигурированный под конкретный объектовый центр аппаратный комплекс, обеспечивающий организацию непрерывного мультисенсорного круглосуточного мониторинга в автоматическом режиме, формирование в установленном объеме (в базовой поставке за период не менее 5 лет) объектовой базы данных, решение задач статистического анализа, а также функционирование программно-аппаратного комплекса в составе корпоративных и региональных систем.

Рис. 8 Программно- аппаратный комплекс экологического мониторинга и поддержки принятия управленческих решений на северном море

    Не зависимо от способа представления графической области вкладки отображения данных (радарная развертка или географическая сетка) по умолчанию отображается вся зона покрытия выбранного оператором сенсора-детектора, т.е. графическая зона представлена в виде района 6 на 6 миль, где сенсор-детектор расположен в его центре. При изменении масштаба графической области, отображение заданного географического района целиком производится в нижней части информационной зоне в виде статус-карты.

    При установке сенсора-детектора на стационарном объекте толщины в границах контура нефтеразлива отображаются либо цветовой палитрой, отражающими соответствующую им толщину нефтяного слоя, либо двумя цветами, один из которых показывает тонкую часть пятна, другой - толстую.

Рис. 9 Статистический анализ разливов нефти

    Если сенсор-детектор расположен на мобильном объекте, тогда обеспечивается возможность отображения участков линии пройденного им пути цветом соответствующим состоянию водной поверхности на каждом из этих участков (цветовая палитра идентична используемой при отображении нефтяных слоев в границах контура нефтеразлива).

Центральный сервер

    Центральный сервер представляет собой ядро корпоративной или региональной системы экологического мониторинга и контроля.

    Центральный сервер располагается в береговом ситуационно-аналитическом центре и служит для сбора, обработки и хранения результатов мониторинга, получаемых от зарегистрированных на нем постов мониторинга.

Рис. 10 Схема ПАК

    Включение в состав системы центрального сервера обеспечивает не только решение всех выше рассмотренных задач, но и контроль за статусом постов мониторинга. Статусная информация отображается в виде одного из трех контрольных цветов: зеленый - пост мониторинга функционирует в штатном режиме, желтый - средства мониторинга отключены или имеется пакет сервисной информации, красный -постом мониторинга выявлен нефтеразлив.

Средства видеонаблюдения и тепловизионные системы

   Средства видеонаблюдения и тепловизионные системы, включаются в состав ПАК в случае нефтеразлива с целью визуальной оценки текущей ситуации в районе обнаружения уровня нефтеразлива и идентификации возможного источника его возникновения.

Рис. 11 Совместное использование средств видеонаблюдения и сенсор- детектора

    Применительно к светлому времени суток и условиям удовлетворительной видимости наиболее оптимальным считается использование телевизионных камер с мощной оптикой.

    В темное время суток, а также в условиях ограниченной видимости использование телевизионных камер неэффективно или вообще невозможно. В подобных условиях необходимый результат достигается за счет использования тепловизионных систем.