Данная работа посвящена вопросам разработки структуры и сценария работы проблемно-ориентированной вычислительной системы прогноза загрязнения атмосферы, условно названной ОРИЕНТ, предназначенной для решения научно-исследовательского, производственного и учебного характера. В ее основе лежат результаты работы, приведенные в [1].

            Система ОРИЕНТ, представляющая  собой совокупность технических, информационных и методических средств, должна обеспечивать:

-         интерактивный режим организации вычислительного процесса;

-         автоматизацию решения задач: прогноза распространения примесей в приземном слое атмосферы; обнаружения аномально работающих источников; оценки предотвращения экономического ущерба от снижения нагрузки на воздушный бассейн;

-         контроль достоверности и полноты информации на этапах ее ввода, хранения и вывода;

-         обработки информации в режимах и ;

-         организацию вывода цифровой, текстовой и графической информации.

При разработке структуры программного обеспечения системы были использованы принципы структурного программирования [2].

Компонентами системы должны быть следующие подсистемы:

ДП - обеспечивающая режим диалога и координирующая использование всех ресурсов системы;

ПО - предназначенная для ознакомления пользователей с возможностями системы для их обучения;

ПФЗ - обеспечивающая прием, анализ и коррекцию запросов пользователей и формирующая задания на выполнение прогноза;

ПЗВ - предназначенная для выполнения прогнозов по сценарию в режимах или , а также для анализа точности прогнозов по моделям, решения задач оценки экономического ущерба и обнаружения аномально работающих источников выбросов вредных примесей;

ПВД - выполняющая функцию генератора выходной документации в соответствии с утвержденными на нее требованиями, а также запись результатов расчетов библиотеку архивов;

ПВА - подсистема ведения архива и подготовки статистических данных о состоянии загрязнения воздушного бассейна за различные периоды  времени, а также для тиражирования результатов прогноза;

СУБД - система управления базами данных, обеспечивающая сопровождение баз данных;

БД - банк данных, объединяющий следующие базы данных: ИП - для хранения информации о координатах и типах источников примесей; СП - для хранения информации о свойствах примесей и условиях их выделения (расходах, температурах, плотности и т.п.); БСА - для хранения информации о состоянии атмосферы (градиентах температуры, скоростях  ветра, режиме инсоляции и т.д.); ЭД - для хранения информации экономического характера, связанной с расчетами ущерба; ППП - для хранения информации об особенностях подстилающей поверхности той местности, в воздушном бассейне которой осуществляется прогноз распространения загрязнения (коэффициенты шероховатости, координаты жилых зон и др.).

            Центральное место в системе должно быть отведено решению задач прогноза уровня загрязнения атмосферы. Структура математических моделей распространения вредных ингредиентов в приземном слое атмосферы приведена на рис. 1.

1.      <Многоящичная> имитационная модель распространения примесей в воздушном бассейне крупных химических комбинатов Multibox, работающая в режиме [3]. Тип прогнозов: средне- и долгосрочные. Оценка прогноза - вероятностная. Тип источников: поверхностные и приподнятые (одиночные и групповые).

2.      Система факельных моделей Plumsys, работающая в режиме [4]. Тип прогнозов: кратко- и среднесрочные. Оценка прогноза - вероятностная. Тип источников: одиночные, точечные, приподнятые.

3.      Модель авторегрессии Autoreg, работающая в режиме [5]. Тип прогнозов: оперативные. Оценка прогноза - детерминированная.

4.      <Клубковая> модель выделения и распространения примесей Puffmod, предназначенная для решения задач обнаружения аномально работающих источников в режиме [6]. Тип источников: точечные, приподнятые. Оценка прогноза - детерминированная.

5.      Расчет предотвращенного ущерба от снижения нагрузки на воздушный бассейн, реализованный в соответствии с рекомендациями работы [7].

Принцип работы подсистемы ПЗВ со всеми типами моделей иллюстрирован на рис. 2.

Работа системы ОРИЕНТ в режиме обучения должна сводиться к следующему. Пользователь выбирает один из трех возможных сценариев диалога с ПЭВМ: краткий (инструктивный), расширенный (с объяснениями), подробный (с рекомендациями) - в зависимости от уровня знания системы. Далее осуществляется вызов интересуемой задачи прогноза, изучается ее описание и характеристики (условия ввода и вывода данных, обращения к моделям и т.п.). Затем вызывается интересуемая модель прогноза, определяются наборы данных, содержащих числовую  информацию к расчетам. Далее просматриваются исходные данные для тестового примера, содержащиеся в банке данных, и производится расчет. После завершения расчетов тестового примера пользователь должен установить форму вывода результатов - табличную и/или графическую, в двух возможных вариантах: полном или сокращенном. После анализа полученных данных пользователь в зависимости от принятых решений либо возобновит процесс обучения, либо приступит к решению целевой задачи исследования.

При выборе программной среды для разработки системы необходимо руководствоваться тем, что значительная часть базы данных представляет собой пространственное картографическое представление данных района размещения промышленного предприятия и его исследование целесообразно проводить с использованием подходов ГИС-технологий.

            Компоненты ГИС ArcInfo (особенно версии 8), разработанной фирмой ESRI, могут стать универсальной базовой средой для интеграции самых различных информационных технологий и построения многофункциональных корпоративных информационно-аналитических и управляющих систем. Неотъемлемыми частями таких систем должны быть серьезные коммерческие реляционные СУБД (MS SQL Server, Oracle, Informix и др.) и сервера баз пространственных данных. В июне 2000 года фирма ESRI заявила о завершении разработок по созданию элементов системы ArcGIS. ArcInfo 8.1 (профессиональная система создания и поддержки баз пространственных данных, электронной картографии с мощными функциями анализа и моделирования), ArcSDE 8.1 (сервер баз пространственных данных) и ArcView 8.1 ("настольная" система создания, анализа, редактирования и распечатки карт, графиков, диаграмм и их компоновок) представляют основную часть ее составных элементов.

Литература

                  1. Попов Н.С., Немтинов В.А., Зубаков А.П. Проблемно-ориентированная вычислительная система прогноза загрязнения атмосферы // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Республ. межвед. сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1987. - № 13. - С. 40 - 44.

                  2. Йодан Э. Структурное проектирование и конструирование программ. - М.: Мир, 1979. - 416 с.

                  3. Бодров В.И., Попов Н.С. Имитационная многоящичная модель загрязнения воздушного бассейна химических комбинатов // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Республ. межвед. сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1983. - № 9. - С. 19 - 27.

                  4. Разработка имитационной системы для прогноза загрязнения воздушного бассейна в условиях неопределенности / Попов Н.С., Бодров В.И., Зубаков А.П. и др. // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Республ. межвед. сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1988. - № 13. - С. 53 - 66.

                  5. Оперативный прогноз загрязнения воздуха на основе авторегрессионных моделей / Попов Н.С., Перов В.Л., Бодров В.И. и др. // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Республ. межвед. сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1985. - № 11. - С. 33 - 41.

                  6. Бодров В.И., Попов Н.С., Арзамасцев А.А. Методика обнаружения промышленных источников загрязнения атмосферы работающих в аномальном // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Республ. межвед. сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1986. - № 12. - С. 36 - 41.

                  7. Оценка эффективности природоохранных мероприятий на химических предприятиях / Малыгин Е.Н., Немтинов В.А., Мокрозуб В.Г. и др. // Химическая промышленность, 1989. - № 12. - С. 943.