Системы автоматического мониторинга

По-видимому, первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. Известно, что уже в 50-е годы в системе ПВО США использовались семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе».

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошёл уже до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, с всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды. Их развитие в настоящее время сдерживается не техническими, а прежде всего финансовыми трудностями – они всё ещё стоят очень дорого – и, как ни странно, организационными проблемами многоуровневого управления такими системами, настолько информативными и потенциально мощными, что их создание и эксплуатация приобретают политическое значение. Можно даже сказать, что социально и психологически общество не готово к использованию таких систем, которые по существу опередили своё время, что в современном обществе скорее является правилом, чем исключением.

Основными структурными блоками современных автоматических систем мониторинга в настоящее время являются:

· датчики параметров окружающей среды – температуры, солёности вод, солнечной радиации, ионной формы металлов в водной среде, концентраций основных загрязнений атмосферы и вод, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фенолы, гексахлорциклогексаны (пестициды), бенз(а)пирены и др.;

· датчики биологических параметров – прироста древесины, проективного покрытия растительности, гумуса почв и др.;

· автономное электропитание на основе совершенных аккумуляторов или солнечных батарей, прогресс в разработке которых также был обеспечен в течение последних 20-30 лет щедрым финансированием космических программ;

· миниатюризированные радиопередающие и радиоприёмные системы, действующие на относительно короткое расстояние – 10 – 15 км;

· компактные радиостанции, передающие на сотни и тысячи километров;

· системы спутниковой связи;

· современная вычислительная техника;

· программное обеспечение ЭВМ.

В качестве простейшей автоматизированной системы слежения за параметрами окружающей среды приведём пример системы «Радуга», разработанной ассоциацией по решению экологических проблем г. Выборга.

Система мониторинга экологического состояния водной среды «Радуга» предназначена для измерения параметров водной среды, первичной обработки данных и передачи информации по радиоканалу, обработки и хранения информации в ЭВМ, выдачи результатов измерений в графическом и табличном вариантах на дисплей или принтер.

Система позволяет оперативно следить за состоянием водной среды, обеспечивает качественный мониторинг при проведении работ по восстановлению нормального экологического и санитарного состояния водоёмов. Она может быть применена для контроля химического состава промышленных сточных вод, для слежения за соблюдением уровней ПДК, а также для контроля требуемого качества технологических вод в различных производственных процессах. Применение данной системы в этом её последнем качестве на промышленном предприятии по расчётам, позволит сэкономить сырьё и химикаты на сумму, составляющую до 20 % их первоначальной стоимости. Таким образом, «Радуга» улучшает технико-экономические показатели производства, а введение в программное обеспечение расчёта ущерба, наносимого данным предприятием природе и человеку, делает наглядной ту ответственность, которую несёт каждый работающий на предприятии, и поднимает культуру производства.

Серийно выпускаемое в настоящее время подобное оборудование производит измерение четырёх – шести параметров с помощью одной головки, погруженной в контролируемую среду, с выдачей полученных показаний на цифровом индикаторе, с записью в память прибора.

Преимущества системы «Радуга» состоят в следующем. Одна приёмная станция обслуживает до 16 автоматических передающих станций. К одной передающей станции возможно подключение 16 датчиков. Таким образом, система «Радуга» может измерять в автоматическом режиме до 256 параметров. Использование передачи данных по радиоканалу позволяет существенно увеличить расстояние от передающих станций до приёмной. Возможно накопление и хранение получаемой информации в контроллере приёмной станции в течение суток с последующей передачей в сжатом (архивированном) виде в ЭВМ для последующей обработки: представление результатов измерений в графическом или табличном виде на дисплее с последующей печатью на принтере.

Система «Радуга» работает круглосуточно в автоматическом режиме с передачей данных из контролёра в ЭВМ один раз в сутки. Цикл опроса каждого датчика задаётся в интервале от 1 часа до суток. Таким образом, данная система может служить «сторожем», фиксируя залповые, аварийные сбросы, обычно скрываемые предприятиями, которые приурочивают их, как правило, к ночному времени с воскресенья на понедельник.

Требования к датчикам универсальные – преобразование сигнала в электрический импульс, доступный стандартной обработке. В настоящее время в качестве датчиков могут использоваться все ионселективные электроды, дающие показатели насыщения водородом, кислородом, ионами хлора, брома, йода, нитратов, аммонийного азота, сульфатов, сульфитов, тиосульфатов, меркопантов, фосфатов и ряда тяжёлых металлов.

На примере Томской области рассмотрим автоматизированную систему контроля радиационной обстановки (АСКРО). Целью создания АСКРО является обеспечение органов государственного управления и населения оперативной информацией о радиационной обстановке в 30-километровой зоне Сибирского химического комбината. Инициаторами создания АСКРО Томской области являются Госкомэкологии и Томский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ТЦ ГСМ), финансирование осуществлялось из средств, выделенный Правительством Российской Федерации на ликвидацию последствий аварии на СХК 6 апреля 1993 года. Разработку АСКРО осуществили сотрудники НТЦ «РИОН» НПО «Радиевый институт им. В.Г.Хлопина» (г.Санкт-Петербург), монтаж сотрудники ТЦ ГСМ и Госкомэкологии. Эксплуатацию АСКРО осуществляет ТЦ ГСМ (ответственный – начальник отдела радиационной безопасности).

Первая очередь АСКРО смонтирована и сдана в эксплуатацию в первом квартале 1995 года. В это время были получены первые результата (табл. 1.5.1).

Таблица 1.5.1

Сводка измерений мощности экспозиционной дозы по всем постам АСКРО

(начало измерений 05.06.95 г. 10:17 - конец измерений 06.06.95 г. 10:17)

Примечание: Сводка составлена 06.06.95 г. начальником отдела радиационного контроля Госкомэкологии Томской области Ю.Г. Зубковым

Монтаж и запуск основной части второй очереди проведен в конце 1996 и частично в первой половине 1997 годов. АСКРО выполнено по радиально узловому принципу и содержит следующие функциональные узлы:

- три центра сбора и обработки информации (ЦСОИ), работающие независимо друг от друга, из них первый размещен в ТЦ ГМС, второй в службе ГО и ЧС г. Северска, третий в Госкомэкологии (отделе радиационного контроля).

- распределенную измерительную сеть из 25 постов контроля (рис. 1.5.1). К настоящему времени установлены 25 постов радиационного контроля, независимо работающие на три центра сбора информации. Посты расположены в следующих населенных пунктах: Дзержинский, Зоркальцево, Губино, Моряковка, Самусь, Георгиевка, Наумовка, Малиновка, Светлый, комплекс очистный сооружений (ТНХК), ТНХК, учебно - исследовательский ядерный реактор ТПУ, г.Северск - 9 постов, г.Томск - 4 поста (речпорт, пл. Южная, Иркутский тракт, ул. Смирнова (АРЗ)).

Связь между ЦСОИ и постами контроля осуществляется по коммутируемым телефонным линиям. Посты контроля г.Северска подключены к ведомственной телефонной сети, не имеющей прямого выхода в г. Томск, что создает определенные трудности при получении информации. Разработчиком АСКРО в конце 1997 года установлено новое программное обеспечение, которое позволяет организовать обмен информацией между центрами сбора, используя котроллеры, входящие в состав аппаратурного обеспечения ЦСОИ. Таким образом, появилась возможность обмена данным между ЦСОИ г. Томска и г. Северска.

Каждый пост измеряет мощность экспозиционной дозы гамма-излучения через определенные промежутки времени (одна, две, четыре или восемь). Запоминает измерение значения и передает их в центр один или несколько раз в сутки по установленной программе, или по запросу оператора. В случае ухудшения радиационной обстановки и превышения установленного значения МЭД (30 мкР/час), пост самостоятельно выходит на связь с центром и включает специальный сигнал, который отключается только после снятия показаний дежурным оператором. Кроме того, может сообщить о выходе из строя (детектирующего блока), о несанкционированном доступе, об обрыве кабеля (соединяющего детектор с устройством сбора и подготовки данных (УСПД)) и прочих неполадках в системе поста.

АСКРО имеет возможность расширения своих функций за счет подключения к постам датчиков химического загрязнения воздуха, что предусмотрено планом развития системы. В дальнейшем АСКРО всех областей составят Единую государственную систему контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО) на территории Российской Федерации; аппаратные и программные средства АСКРО Томской области совместимы с техническим заданием по ЕГАСКРО.

В исполнении Постановления правительства Российской Федерации от 2.10.95 года № 1085 для обеспечения требований нормативных правовых документов: «Об использовании атомной энергии», « О радиационной безопасности населений», «Об охране окружающей природной среды», «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» на территории России должна была создана Единая автоматизированная система контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО). Государственным заказчиком-координатором работ по созданию, развитию и обеспечению функционирования ЕГАСКРО в целом является Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей природной среды. В соответствии с федеральной целевой программой (ФЦП) «Создание Единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации» система должна быть создана в 1997-2002 годах в два этапа.

Первый этап (1997-1999 годы) предусматривал создание первой очереди системы, обеспечивающей автоматизированный контроль радиационной обстановки на основных радиационно-опасных объектах, в зонах их размещения, а также на территориях, загрязненных в результате радиационных аварий. Второй этап (2000-2002 годы) предполагал завершение создания подсистем и служб ЕГАСКРО и системы в целом, реализующих все функции, предусмотренные ФЦП.

Сроки выполнения этапов работ изменены в связи с объемами финансовых средств, направляемых на реализацию указанной ФЦП из федерального бюджета и других источников финансирования.

В настоящее время наиболее развиты системы контроля радиационной обстановки имеют Росгидромет, Минатом России, Минобороны России, Минздрав и Минсельхозпром России. Система радиационного мониторинга и лабораторного контроля Росгидромета осуществляет наблюдения за уровнями радиоактивного загрязнения объектов природной среды – почвы, атмосферного воздуха, поверхностных вод. В нее входит стационарная сеть из примерно 1400 метеостанций и постов, оснащенных приборами для определения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, около 500 пунктов отбора проб для измерения суммарной бета-активности и свыше 150 пунктов отбора проб атмосферных осадков и воды в основных водоемах. Действуют около 50 лабораторий, осуществляющих лабораторный анализ на гамма - и бета-активность и территорий в случае аварий на радиационно-опасных объектах (РОО). Радиационный контроль в системе Минатома России осуществляется объектами системами контроля, функционирующих на всех радиационно-опасных объектах отрасли. Основными задачами этих систем является обнаружение возможных утечек радиоактивных продуктов в звеньях технологического цикла, контроль дозовых уровней в рабочих помещениях, информационное обеспечение мероприятий по соблюдению норм радиационной безопасности, контроль сбросов и выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду. Функционируют объектовые службы внешней дозиметрии, осуществляющие регулярные наблюдения за уровнями радиоактивного загрязнения объектов природной среды на территориях санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон наблюдения РОО. На ряде объектов оборудованы автоматизированные системы контроля мощности дозы, функционирующие в непрерывном режиме, проводятся работы по их совершенствованию.

На объектах Минобороны России радиационный контроль осуществляется специально подготовленными подразделениями, оснащенными необходимыми техническими средствами радиационной разведки. Измерения проводятся в автоматизированном и неавтоматизированном режиме. В настоящее время ведутся работы по созданию автоматизированной системы «Верея». Разработана организационно-функциональная структура системы и создан опытный участок первой очереди. Система «Верея» состоит из подсистем видов Вооруженных сил и подсистем военных округов (флотов). В каждой из территориальных зон ответственности в пределах округа действует сеть лабораторного контроля, обеспечивающая своевременную доставку проб от средств разведки в специальные лаборатории и их анализ. Информация от всех объектов в пределах военного округа в установленном порядке передается в пункты управления соответствующих зон ответственности и по подчиненности. В этих пунктах информация обобщается, после чего передается непосредственно на пункт управления подсистемы военных округов, а затем в оперативно-координационный центр системы.

В Минздраве, контроль за радиационным благополучием населения осуществляют около 230 радиологических подразделений территориальных центров службы Госсанэпиднадзора, оснащенных лабораторным оборудованием для проведения радиометрических, дозиметрических и спектрометрических исследований. Контролируется содержание радиоактивных веществ, в продуктах питания и в среде обитания человека. Осуществляется контроль за сохранностью и безопасным использованием источников ионизирующих излучений, а также выборочный контроль и оценка доз облучения персонала объектов и населения. На особо радиационно-опасных объектах и прилегающим к ним территориям контроль облучения обеспечивается силами специальной службы медицинско-санитарного обеспечения, находящегося в ведении Федерального управления медико-биологических и экстремальных проблем пи Минздраве России. В состав этой службы входит около 100 медико-санитарных частей и санитарно-эпидемиологических станций. Которые функционируют и осуществляют контроль облучения населения в районах размещения РОО.

Служба радиологического контроля Минсельхозпрома включает в себя государственную агрохимическую и ветеринарную службы. Первая силами радиологических отделов свыше 100 центров и станции агрохимслужбы и 7 центров агрохимрадиологии осуществляет контроль почв сельскохозяйственных угодий, продукции растениеводства, кормов и удобрений. Вторая силами 80 радиологических отделов ветеринарных лабораторий субъектов Российской Федерации, 1200 районных межрайонных лабораторий, 1500 лабораторий ветсанэкспертизы на рынках, а также производственных ветеринарных лабораторий перерабатывающих предприятий осуществляют надзор за соблюдением ветеринарно-санитарных правил при производстве, переработке, хранении, транспортировке животноводческой продукции и при продаже сельхоз продукции на рынках. Более чем на 1700 контрольных участках и 400 контрольных пунктах распределенных по всей территории России проводятся систематические радиологические измерения. Ежегодно проводится свыше 1 млн. радиометрических. Спектрометрических и радиохимических исследований и свыше 4 млн. измерений уровней гамма-фона.

В системе бывшего Госкомэкологии России функции радиационно-экологического контроля были возложены на территориальные комитеты по охране окружающей среды и на Федеральный центр радиационно-экологического наблюдения и контроля. Специальные радиационно-экологические подразделения (отделы, группы), созданные примерно в половине территориальных комитетов, осуществляют контроль за сбросами и выбросами радиоактивных веществ и систематические наблюдения за их содержанием в объектах среды вблизи наиболее крупных РОО. Совместно с Минатомом России создана и функционирует система автоматизированного контроля радиационной обстановки в зонах наблюдения Смоленской и Нововоронежской АЭС.

На всей территории страны действует сеть наблюдения и лабораторного контроля руководимая МЧС России. В чрезвычайной ситуации в нее включаются подразделения контроля радиационной обстановки вышеперечисленных и некоторых других министерств и ведомств (МПР России, Рослесхоз и др.). В целом она насчитывает свыше 40 специализированных научно-исследовательских организаций и около 1000 лабораторий местного уровня различной ведомственной принадлежности. Поступающая из этой сети информация используется для принятия решений органами управления МЧС России, в рамках которого Действует автоматизированная информационно-управляющая система для обеспечения деятельности Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях.

Основными недостатками действующих систем и служб контроля радиационной обстановки являются низкая оперативность получения, обобщения информации о параметрах радиационной обстановки, отсутствие необходимой координации в функционировании этих систем, методическая и метрологическая разобщенность, а также информационные барьеры, препятствующие комплексной оценке всей совокупности данных измерений. Существующая система контроля радиационной обстановки в настоящее время не является единым целым ни в организационном, ни в техническом, ни в методическом планах. Данные, получаемые различными системами и службами нередко дублируют друг друга и обычно трудно сопоставимы.

Очень слабо проработаны вопросы автоматизации процедур принятия решений в области управления радиационной безопасности, из-за чего получаемая информация о реальной и прогнозируемой обстановке используется с опозданием и неэффективно. Настоящая организация контроля радиационной обстановки и информационной поддержки принятия решений не вполне отвечает требованиям действующего законодательства в области обеспечения экологической и радиационной безопасности. В частности с введением в действие закона «О радиационной безопасности населения» существенно повышены полномочия органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации в обеспечении радиационной безопасности населения, в том числе в части организации контроля радиационной обстановки и информирования населения о ее состоянии, однако надежные инструменты для этих полномочий в субъектах Российской Федерации пока не созданы.

Как показывает опыт работы большинства стран с развитой атомной энергетикой и широким применением радиационных технологий, оптимальный путь организации качественного много многопараметрического контроля радиационной обстановки состоит в развитии и объединении существующих служб и сетей радиационного контроля и мониторинга в единую государственную систему и внедрение в максимально возможной степени автоматизированных средств измерения, передачи и анализа измерительной информации.

Система ЕГАСКРО создается в целях совершенствования геосударственного контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации и приведение его в соответствие с требованиями дейтсвующего законодательства в области обеспечения радиационной безопасности, оперативному обеспечению органов управления и надзора в области радиационной безопасности, а также населения достоверной информацией о текущем и ожидаемом состоянии радиационной обстановки, фактах, характере, масштабах и последствиях ее ухудшения.

ЕГАСКРО создается как интегрированная информационно-измерительная система контроля, способная обеспечивать выявления всех гигиенически и экологически значимых ухудшений радиационной обстановки, осуществлять оценку и прогнозирование ее ухудшения на территории Российской Федерации, вырабатывать рекомендации для соответсвующих органов управления в области обеспечения радиационной безопасности.

Система создается путем объединения на информационном уровне существующих систем и служб контроля радиационной обстановки в единую государственную систему, их совершенствования и дополнения новыми компанентами. Объединение должно осуществляться на основе общего нормативно-правового, методического, метрологического, математического, программного обеспечения и совместимости технических средств.

При использовании систем максимально должны учитываться научно-технические разработки, готовые технические средства, а также типовые (базовые) технические и программные средства сбора, передачи, обработки и хранения информации во всех звеньях системы.

ЕГАСКРО должна создаваться путем поэтапного наращивания функциональных и технических возможностей (создания фрагментов подсистем, опытных зон и участков) как информационно открытая система, допускающая дальнейшее развитие с целью обеспечения контроля химического и биологического загрязнения окружающей среды, а также возможность организации взаимодействия с другими государственными информационно-измерительными системами в области контроля состояния окружающей среды.

Принципы и порядок информационного объединения и взаимодействия подсистем ЕГАСКРО между собой должны быть определены в «Положение о ЕГАСКРО», «Положение об информационном обмене в ЕГАСКРО» и других межведоственных документах, составляющих нормативную правовую базу функционирования ЕГАСКРО.

Автоматизируются следующие процедуры и процессы при эксплуатации ЕГАСКРО:

- контроль сбросов и выбросов радиактивных веществ, изменение параметров радиационной обстановки на РОО и в зонах их наблюдения, включая характеристики загрязнения природной среды, среды обитания человека и дозы облучения;

- измерение параметров радиационной обстановки в населенных пунктах на радиоактивно загрязненных территориях, а также на территориях потециального подверженных радиактивному воздействию;

- измерение параметров загрязнения почвы, атмосферного воздуха, поверхностных вод;

- сбор информации об измеряемых величинах;

- комплексный анализ радиационной обстановки, прогнозирования ее изменения и выработка рекомендаций по принятию управленческих решений;

- сигнализация об отклонении измеренных или расчетных параметров от установленных контрольных уровней;

- подготовка и представление данных анализа и прогноза радиационной обстановки для всей территории страны, отдельных ее регионов и РОО, в том числе данных о дозах облучения для различных групп населения, с использованием современных методов и средств отображения данных;

- документирование, архивация получаемой входной информации, результатов ее комплексной обработки;

- информационный обмен между подсистемами и службами в составе ЕГАСКРО и другими взаимодействующими информационными системами.

ЕГАСКРО должна функционировать в непрерывном режиме как в условиях нормальной работы РОО и нормальной радиационно-экологической ситуации, так и в условиях радиационных аварий и инциндентов.

Технические средства ЕГАСКРО должны проектироваться и устанавливаться в расчете на длительное функционирование в условиях различных климатических зон, характерных для территории Российской Федерации и прилегающих акваторий, а также с учетом возможных экстремальных нагрузок и загрязнения радиактивными веществами в условиях радиационной аварии.

ЕГАСКРО должна иметь следующие средние показатели надежности технических средств:

- наработка на отказ на менее 10 000 часов;

- коэффициент готовности не ниже 0,9 (без учета коэффициентов готовности коммутируемых каналов связи;

- срок службы 10 лет;

- время восстановления при отказе не более 6 часов;

Под отказом системы понимается снижение уровня показателей решения задачи на 5-10% от номинального с вероятностью 0,85 по каждой из целевых задач.

В системе должен быть обеспечен автоматический поиск и восстановление сбоев, вызванных различными видами воздействий, в т.ч. воздействий ионизирующих и электромагнитных излучений.