Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 «Екологічна безпека»

(1)

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису БАХАРЄВ ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ

Прим. № 2 УДК: 502.3:502.175:351.777(477)(043.5) ДИСЕРТАЦІЯ

КОМПЛЕКСНА СИСТЕМА ЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ УРБОСИСТЕМ

Спеціальність 21.06.01 – екологічна безпека Галузь знань – технічні науки

Подається на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело ________________ В.С. Бахарєв

Науковий консультант Шмандій Володимир Михайлович, доктор технічних наук, професор Кременчук – 2018

(2)

АНОТАЦІЯ

Бахарєв В.С. Комплексна система екологічного моніторингу атмосферного повітря урбосистем. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 «Екологічна безпека». Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського Міністерства освіти і науки України, Кременчук, 2018.

Захист дисертації відбудеться на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 55.051.04. Сумський державний університет Міністерства освіти і науки України, Суми, 2018.

У результаті проведення комплексу теоретичних і експериментальних досліджень у дисертації запропоновано та обґрунтовано нові наукові положення, висновки та рекомендації, які дозволяють підвищити ефективність процесу розроблення та прийняття управлінських рішень з екологічної безпеки у сфері забезпечення якості атмосферного повітря шляхом розробки комплексної системи екологічного моніторингу атмосферного повітря техногенно навантажених урбосистем.

Результати роботи пройшли достатню апробацію та мають впровадження, що підтверджено відповідними актами.

Загалом у дисертаційній роботі одержано наступні результати.

Проаналізовано наукові та практичні результати попередніх досліджень з функціонування, як систем моніторингу в цілому, так і окремих їх складових. На цій основі визначено, що з точи зору реалізації переважної більшості пропонованих методів удосконалення систем спостереження за станом довкілля в Україні, основною передумовою є технічне переоснащення спостережних систем, які здатні надавати інформацію щодо якості компонента довкілля у будь-який період часу. Також зазначено, що існуючій державній системі моніторингу атмосферного повітря притаманна

(3)

інерційність у прийнятті управлінських рішень, яка зумовлена необхідністю імплементації нової регламентної документації, створеної з урахуванням вимог директив Європейської співдружності. Доведено, що існуючий теоретичний базис реалізації систем екологічного моніторингу потребує удосконалення у частині формування єдиного концептуального антропоцентричного підходу до вирішення проблем, як ефективного оцінювання якості компонентів довкілля, так і повноцінного інформування громадськості про їх стан. Здійснено аналіз результатів наукових досліджень з проблем шумового та електромагнітного забруднення атмосферного повітря з метою формування методології екологічного моніторингу.

Розглянуто аспекти оцінки та прогнозування негативного впливу шуму та електромагнітного випромінювання на природно-заповідні та рекреаційні території. Проаналізовано реакції біологічних систем на дію шуму та магнітного поля.

На цій основі визначено перелік завдань для сучасних систем екологічного моніторингу атмосферного повітря урбосистем в Україні, серед яких виділено такі:

– технічне переоснащення з можливістю одержувати об’єктивну інформацію підсистеми спостережень 24 години на добу, 7 днів на тиждень в автоматичному режимі;

– формування та розвиток систем моніторингу відповідно до розроблених теоретичних концепцій і стратегічних планів реалізації завдань спостережень на муніципальному рівні;

– забезпечення громади в цілому, окремих громадян, зацікавлених організацій незалежно від форми власності достатнім обсягом інформації про якість атмосферного повітря на території муніципалітету;

– забезпечення контролю за станом атмосферного повітря в місті, як за рахунок систематичних спостережень за загальним рівнем забруднення, так і шляхом оцінювання внеску конкретних джерел негативного впливу з організацією та проведенням оперативних і епізодичних спостережень;

(4)

– одержання диференційованої інформації від систем спостереження в обсязі і якості, достатніх для обґрунтування управлінських рішень у сфері захисту атмосферного повітря та здоров’я громадян міста;

– забезпечення інтеграції програм системних спостережень на рівні урбосистем з даними інших державних і громадських організацій.

Визначено основні причини недосконалості сучасної системи екологічного моніторингу атмосферного повітря в Україні. Розроблено алгоритм впливу чинників недосконалості системи екологічного моніторингу атмосферного повітря на ефективність підсистеми розробки та прийняття управлінських рішень.

Розглянуто аспекти формування концепції екологічного моніторингу атмосферного повітря на муніципальному рівні. Запропоновано базову схему побудови концепції. Зазначено, що концепція повинна базуватись на антропоцентричному підході. Визначено роль соціогенних аспектів в процесах реалізації завдань систем екологічного моніторингу.

Конкретизовано складові концепції з виділенням цілей, задач, стратегічних результатів, статичних та динамічних індикаторів її реалізації.

Сформовано теоретичний базис для побудови інформаційних сайтів та запропоновано вимоги до їх структури як частини інформаційно-аналітичної системи екологічного моніторингу атмосферного повітря урбосистеми.

Запропоновано структуру публічної частини інформаційно-аналітичної системи, що дозволить повноцінно використати потужності Web-ресурсів для розв’язання задач підвищення рівня екологічної безпеки на муніципальному рівні.

На основі аналізу відмінностей основних завдань державної системи моніторингу та практичних аспектів їх реалізації на рівні техногенно навантажених урбосистем обґрунтовано необхідність створення власних муніципальних систем моніторингу якості атмосферного повітря. Визначено пріоритетні завдання функціонування муніципальних систем моніторингу, серед яких, зокрема, встановлено доцільність мобільного контролю із

(5)

застосуванням пересувних лабораторних комплексів, необхідність поточного інформування громадян і органів муніципальної влади та забезпечення термінового реагування на запити членів громади.

Поведено експериментальні та аналітично-розрахункові дослідження стану забруднення атмосферного повітря в умовах сучасних змін забудови населених міст. Особливу увагу приділено впливу автомобільного транспорту на стан інгредієнтного та шумового забруднення атмосферного повітря, як в межах магістральних вулиць, так і в «спальних» зонах сельбищної забудови. Обґрунтовано методи визначення зон активного забруднення, використання яких дозволить оптимізувати мережу стаціонарних постів спостереження за станом атмосферного повітря для ведення екологічного моніторингу урбанізованих територій.

Розроблений спосіб побудови мережі стаціонарних постів моніторингу, визначення їх кількості та місць розташування для оцінювання якості атмосферного повітря в системі моніторингу забруднення атмосферного повітря. Запропонований спосіб дозволяє чітко встановити кількість стаціонарних постів спостережень на території населеного пункту незалежно від кількості мешканців, а також, визначити місця розташування стаціонарних постів з одержанням диференційованої інформації від системи спостережень: в зонах сельбищної забудови, що знаходяться в межах зон активного забруднення промислових об’єктів І-ІІІ класів небезпеки, автотранспортних магістралей (доріг) та в зонах сельбищної забудови, які розташовані поза зонами активного забруднення промислових об’єктів і транспорту. Одержана таким чином інформація мережі спостережень дозволить визначати внесок джерел забруднення різного виду у загальний рівень забруднення атмосферного повітря урбосистеми.

Розроблено структуру комплексної системи екологічного моніторингу атмосферного повітря на рівні урбосистеми (на муніципальному рівні управління екологічною безпекою), яка ґрунтується на взаємодії підсистем в її межах. Виділені такі підсистеми: прогнозування метеорологічних умов

(6)

забруднення атмосфери та попередження про небезпечні метеоумови (НМУ);

спостереження із диференціацією якісних характеристик інформації постів контролю; презентації результатів спостережень, їх аналізу, напрацьованих рішень із широким та диференційованим доступом; оцінювання результатів спостережень і короткострокового прогнозування змін; незалежного експертного оцінювання поточної та оперативної інформації про стан забруднення атмосферного повітря; накопичення вихідної первинної та вторинної (у тому числі розроблених організаційно-управлінських рішень) інформації системи моніторингу (база даних). Обґрунтовано базові вимоги щодо практичної реалізації зазначених підсистем. Особливу увагу приділено експертному оцінюванню результатів моніторингу. Встановлено доцільність організації незалежного експертного оцінювання поточної та оперативної інформації про стан забруднення атмосферного повітря в системі екологічного моніторингу урбосистем за принципом «indoor-outdoor»

(внутрішнє (житлове) – зовнішнє (навколишнє) середовище). Це дозволяє на першому етапі надати бальну оцінку значимості чинників екологічної небезпеки житлового середовища, а на другому із застосуванням методів нечіткої логіки встановити визначальний чинник екологічної небезпеки зовнішнього середовища. Обговорено багатокритеріальні системи, принципи оптимізації, ієрархічні структури і нечіткий логічний підхід стосовно до експертних систем екологічного моніторингу. Обґрунтовано необхідність дослідження питань організації обробки інформації та управління із застосуванням експертних систем і створенням архітектури, яка дозволяє в стислий термін адаптувати систему до програмного забезпечення моніторингу.

Обґрунтовано вимоги до організації та проведення вимірювань якості атмосферного повітря із застосуванням пересувних муніципальних екологічних лабораторій (ПМЕЛ), розроблено програми системних, оперативних та епізодичних спостережень.

(7)

Запропоновано структуру інформаційно-аналітичної системи (ІАС) муніципального моніторингу якості атмосферного повітря та структури складових ІАС і підсистем комплексної системи моніторингу. На цій основі розроблено структури ІАС: загальну – моніторингу якості атмосферного повітря на муніципальному рівні; у частині формування бази даних за результатами спостережень; у частині роботи блока візуалізації даних;

частині обробки запитів на інформацію та її візуалізації.

Розроблено структурні схеми функціональних взаємозв’язків підсистеми попередження про НМУ, організації оперативних спостережень на основі аналізу звернень громадян, експертного оцінювання поточної та оперативної інформації про стан забруднення атмосферного повітря.

Особливу увагу приділено схемам візуалізації даних роботи комплексної системи моніторингу якості атмосферного повітря із виокремленням блоку формування пакетної інформації для авторизованих та неавторизованих користувачів.

Визначено задачі для розробки моделі ІАС моніторингу екологічний обстановки та відповідної інформаційної технології. На цій основі визначено сучасні принципи побудови ІАС, що базуються на технологіях автоматизованого збору, інтеграції та комплексного аналізу всіх видів інформації, що характеризує стан урбосистеми. Розроблено теоретико- множинну модель як основу побудови структури інформаційно-аналітичної системи екологічного моніторингу (ІАС ЕМ). Обґрунтовано структуру деталізованої моделі ІАС ЕМ, у складі якої чітко визначені функціональні підсистеми ІАС, комплекси що забезпечують функціонування ІАС, відносини, що пов’язують елементи ІАС в єдину структуру. Визначено склад і структуру основних функціональних елементів ІАС ЕМ. Розроблено загальну схему інформаційної технології моніторингу та підтримки прийняття оперативних рішень з управління екологічною безпекою в системі муніципального екологічного моніторингу атмосферного повітря.

На прикладі урбосистеми техногенно навантаженого міста Кременчука

(8)

розроблено програму постійного контролю та спостереження (моніторингу) за забрудненням атмосферного повітря на відповідність вмісту забруднюючих речовин нормам ГДК, інтегровану з існуючою системою моніторингу лабораторії спостереження за забрудненням атмосферного повітря (ЛСЗА) м. Кременчука. Також, розроблено функціональну схему реалізації програми постійного муніципального моніторингу якості атмосферного повітря, практичне використання якої дозволить систематизувати результати спостережень та забезпечити організацію оперативних моніторингових досліджень. Здійснено практичне застосовування розробленої інформаційної технології моніторингу, в частині розпізнавання критичних ситуацій, для умов м. Кременчука.

Ключові слова: екологічна безпека, моніторинг, система, управління, атмосферне повітря, якість, спостереження, інформаційно-аналітична система, інформаційна технологія моніторингу.

Список публікацій здобувача:

Наукові праці, в яких опубліковані основні наукові результати дисертації:

1. Бахарєв В.С., Шевченко І.В., Коваль С.С., Корцова О.Л.

Інформаційно-технологічні аспекти управління екологічною безпекою в системах муніципального моніторингу атмосферного повітря. Вісник КрНУ

імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2017. № 4 (105).

С.68–73.

2. Bakharev V., Sankov P., Trifonov I., Tkach N., Hilov V., Tretyakov O., Nesterenko S. Development of the method of evaluation the level of environmental safety of housing accommodation and its approbation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4, Issue 10 (88). P. 61–69.

3. Bakharev V., Kortsova O., Marenych A., Kyrylaha N., Moroz M. Some aspects of the analysis of citizens' appeals to municipalities on environmental issues. International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology.

(9)

2017. Vol. 4, Issue 8. P. 272–278. URL: http://ijiset.com/vol4/v4s8/IJISET_V4_I08_29.pdf

(Last accessed: 25.08.2017).

4. Бахарєв В.С. Структура інформаційно-аналітичної системи муніципального моніторингу якості атмосферного повітря. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2017. № 3 (104). Ч.1.

С.85–92.

5. Bakharev V., Marenych A., Sankov P., Hilov V. The key aspects of atmospheric air ecological monitoring concept formation at the urban systems level. International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology.

6. Bakharev V., Sankov P., Trifonov I., Tkach N., Hilov V. Prediction of Acoustic Pollution in the Conditions of Reconstruction of Industrial Enterprise.

International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2017.

Vol. 4, Issue 5. P. 356–363. URL: http://ijiset.com/vol4/v4s5/IJISET_V4_I05_54.pdf (Last accessed: 25.05.2017).

7. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Мороз М.М. Виконання комплексу завдань моніторингу атмосферного повітря за допомогою пересувної муніципальної екологічної лабораторії в м. Кременчук. Науковий журнал

«Екологічна безпека». Кременчук: КрНУ, 2017. № 1 (23). С. 32–39.

8. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Обґрунтування вимог до організації та проведення режимних, оперативних та епізодичних спостережень за якістю атмосферного повітря із застосуванням пересувних екологічних лабораторій.

Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2017. № 1 (102). С. 88–97.

9. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Саньков П.Н., Гилёв В.В. Определение зон активного загрязнения атмосферного воздуха от промышленных предприятий и транспорта для организации систем экологического мониторинга урбанизированных территорий. Научно-методический журнал

(10)

«Наука, техника и образование». Москва: Проблемы науки, 2016. № 12 (30).

С. 33–37.

10. Bakharev V.S., Marenych A.V., Voloshyna V.G. The environmental electromagnetic pollution problems analysis in the context of this type of environmental hazard environmental monitoring methodology formation. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2016. № 6 (101).

С. 96–103.

11. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Аналітичний огляд результатів наукових досліджень з проблем моніторингу довкілля в Україні. Науковий журнал

12. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Теоретичний базис розробки систем моніторингу якості атмосферного повітря урбосистем з використанням пересувних лабораторних комплексів. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2016. №. 5. Ч.2 (100). С. 77–82.

13. Бахарев В.С., Саньков П.Н., Гилёв В.В., Макарова В.Н. Определение достоверности метода экспресс–оценки состояния экологической безопасности примагистральных территорий селитебных зон по уровню загазованности. Бюллетень науки и практики: электрон. науч. журн. 2016. № 12 (13). С.107–113. URL: http://www.bulletennauki.com/sankov-1 (дата обращения: 15.11.2016). DOI:10.5281/zenodo.205132.

14. Бахарєв В.С. Недосконалість існуючої системи екологічного моніторингу атмосферного повітря на рівні урбосистеми: причини, наслідки, шляхи вдосконалення. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського.

Кременчук: КрНУ, 2016. № 5 (100). С. 76–81.

15. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Журавська М.К. Аналіз адекватності діючої мережі та обґрунтування пропозицій щодо розміщення стаціонарних постів спостереження за станом атмосферного повітря у м. Кременчук.

Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2016. № 4 (99). С. 80–87.

(11)

16. Bakharev V.S., Marenych A.V., Zhuravska М.К. To the question of stationary air sampling stations location and number determination in urban agglomerations ecological monitoring system. Науковий журнал «Екологічна безпека». Кременчук: КрНУ, 2016. № 1 (21). С. 42–45.

17. Екологічні пріоритети Кременчука: сучасний стан і перспективи:

колективна монографія. Кременчук: ПП Щербатих О.В., 2016. 100 c.

18. Бахарев В.С., Саньков П.Н., Макарова В.Н., Гільов В.В., Ткач Н.А.

Определение достоверности метода экспресс-оценки шумового загрязнения селитебных территорий по результатам экспериментальных исследований.

Науковий журнал «Екологічна безпека». Кременчук: КрНУ, 2015. № 2 (20).

С. 96–100.

19. Бахарев В.С., Макарова В.М., Гилев В.В., Трошин М.Ю. Метод экспресс-оценки урбанизированных территорий по фактору загазованности выхлопными газами автотранспорта. Научно-методический журнал «Наука, техника и образование». Москва: Проблемы науки, 2015. № 10 (16). С. 62–64.

20. Бахарєв В.С., Сакун О.А., Никифоров В.В. Оцінка та прогнозування впливу шумового та електромагнітного забруднення на природно-заповідні та рекреаційні території. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського.

Кременчук: КрНУ, 2015. № 4 (93). С. 90–96.

21. Бахарєв В.С., Саньков П.М., Ткач Н.О. Рекомендації щодо організації екологічно безпечного розміщення місць паркування для транспортних засобів з урахуванням фактору шуму. Науковий журнал

22. Бахарев В.С., Саньков П.Н., Маковецкий Б.И., Ткач Н.А. Шумовой режим внутриквартальной автостоянки для временного хранения автотранспорта. Научно-методический журнал «Наука, техника и образование». Москва: Проблемы науки, 2014. № 4. С. 24–27.

23. Бахарев В.С., Дмитриков В.П. Структурные приоритеты экспертной системы экологического мониторинга. Науковий журнал «Екологічна безпека». Кременчук: КрНУ, 2013. Вип. 2 (16). С. 28–31.

(12)

24. Бахарев В.С., Котенко Е.О., Полищук Д.В., Полищук В.С. Расчет эффективности снижения уровня аэродинамического шума газового потока перфорированной пластиной. Науковий журнал «Екологічна безпека».

Кременчук: КрНУ, 2013. Вип. 1 (15). С. 103–106.

25. Бахарєв В.С., Корцова О.Л., Костиря В.В., Маринін Д.В.

Дослідження стану забруднення атмосферного повітря в умовах змін сучасної забудови населених міст. Науковий журнал «Екологічна безпека».

Кременчук: КрНУ, 2012. № 1 (13). С. 43–47.

26. Бахарєв В.С., Єлізаров О.І., Дейна І.П. Способи та методи оцінки зниження рівнів шумового забруднення атмосферного повітря. Вісник КрНУ

імені Михайла Остроградського. Кременчук: КрНУ, 2012. № 2 (73).

С. 156–158.

27. Бахарєв В.С., Смагін Д.М., Луговой А.В. Дослідження процесу розповсюдження домішок у верхніх прошарках атмосфери. Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КДПУ, 2009. № 1 (54). Ч. 1.

С. 111–113.

28. Бахарєв В.С., Сараненко І.І., Корольова Л.В., Костенко П.П.

Використання комп’ютерного графічного моделювання при проектуванні санітарно-захисної зони підприємства. Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. Кременчук: КДПУ, 2008. № 6 (47). Ч. 2. С. 53–56.

29. Бахарев В.С., Шмандий В.М., Шмандий Е.В. Особенности формирования экологической опасности на региональном уровне и социогенные аспекты управления экологической безопасностью. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури: Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки. Одеса: ОДАБТА, 2008. № 29. Ч.1. С. 381–388.

Наукові праці, які свідчать про апробацію матеріалів дисертації:

30. Бахарєв В.С. Моделі інформаційної технології та підтримки прийняття рішень в системі муніципального моніторингу атмосферного повітря. Проблеми екологічної безпеки: збірник тез доповідей XV

(13)

Міжнародної науково-технічної конференції. (Кременчук, 11–13 жовтня 2017 р.). Кременчук: КрНУ, 2017. С. 79.

31. Бахарєв В.С. Функціональні особливості створення муніципальних систем моніторингу атмосферного повітря в Україні. Екологія – 2017: збірник наукових праць VI Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю.

(Вінниця, 20–22 вересня 2017 р.). Вінниця: ВНТУ, 2017. С. 87.

32. Бахарєв В.С. До питання визначення зон активного забруднення атмосферного повітря від техногенних об’єктів. Ідеї академіка В.І.

Вернадського та проблеми сталого розвитку освіти і науки: матеріали ХVІІ Міжнародної науково-практичної конференції. (Кременчук, 01–03 червня 2017 р.). Кременчук: КрНУ, 2017. С. 87.

33. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Корцова О.Л. Аналіз звернень громадян як засіб організації оперативного моніторингу якості атмосферного повітря.

Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування: освіта-наука-виробництво-2017: збірник тез доповідей ХХ міжнародної науково-практичної конференції. (Харків, 19–22 квітня 2017 р.). Х.: ХНУ імені В. Н. Каразіна, 2017. С. 33–34.

34. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Організація режимних, оперативних та епізодичних спостережень за якістю атмосферного повітря з використанням мобільних екологічних лабораторій. ЕКОГЕОФОРУМ-2017. Актуальні проблеми та інновації: тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції. (Івано-Франківськ, 22–25 березня 2017 р.). Івано-Франківськ:

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, 2017.

С. 262–264.

35. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Методика визначення внеску різноякісних джерел у загальний рівень забруднення атмосферного повітря урбосистем. Екологія, неоекологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування: тези доповідей IV міжнародної наукової конференції молодих учених. (Харків, 1–2 грудня 2017 р.). Х.: ХНУ ім.

В.Н. Каразіна, 2016. С. 70–71.

(14)

36. Бахарєв В.С. Визначення місць розташування постів моніторингу атмосферного повітря з урахуванням сценарію відсутності зовнішнього впливу на територію міської агломерації. Архітектура та Екологія:

матеріали VIII Міжнародної науково-практичної конференції. (Київ, 31 жовтня – 01 листопада 2016 р.). Київ: НАУ, 2016. С. 25–27.

37. Бахарєв В.С., Гільов В.В. Методика бальної оцінки впливу чинників екологічної небезпеки на стан довкілля шляхом експертного оцінювання.

Проблеми екологічної безпеки: збірник тез доповідей XIV Міжнародної науково-технічної конференції. (Кременчук, 12–14 жовтня 2016 р.).

Кременчук: КрНУ, 2016. С. 18.

38. Бахарєв В.С., Маренич А.В. До питання визначення місць розташування та кількості стаціонарних пунктів відбору проб атмосферного повітря в системі муніципального екологічного моніторингу. Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування: збірник матеріалів IV міжнародного конгресу. (Львів, 21–23 вересня 2016 р.). Львів: НУ «Львівська політехніка», 2016. С. 67.

39. Бахарєв В.С. Базові причини недосконалості існуючої системи екологічного моніторингу атмосферного повітря на муніципальному рівні.

Актуальні проблеми енергетики та екології: матеріали XVI Всеукраїнської науково-технічної конференції. (Одеса, 05–07 жовтня 2016 р.). Одеса:

Одеська національна академія харчових технологій, 2016. С. 172.

40. Бахарєв В.С., Маренич А.В., Дейна І.П. Проблемні питання екологічного моніторингу шумового та електромагнітного забруднення в межах сельбищних територій. Прикладні аспекти техногенно-екологічної безпеки: збірник матеріалів міжнародної науково-практичної конференції.

(Харків, 04 грудня 2015 р.). Х.: НУНЦЗУ, 2015. С.153–154.

41. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Проблемні питання екологічного моніторингу електромагнітного забруднення. Проблеми екологічної безпеки:

збірник тез доповідей XIII міжнародної науково-технічної конференції.

(Кременчук, 06–08 жовтня 2015 р.). Кременчук: КрНУ, 2015. – С.47.

(15)

42. Бахарєв В.С., Маренич А.В. Оцінка цілодобового безперервного впливу електромагнітного випромінювання на стан здоров’я людини – базис для розробки системи екологічного моніторингу. Ідеї академіка В.І.

Вернадського та проблеми сталого розвитку регіонів: матеріали ХVІ міжнародної наук.-практ. конф. (Кременчук, 14–15 травня 2015 р.).

Кременчук: КрНУ, 2015. С. 82–83.

43. Бахарєв В.С., Дейна І.П. Шумове забруднення компонентів довкілля як чинник техногенної небезпеки. Прикладні аспекти техногенно-екологічної безпеки: збірник матеріалів Всеукраїнської науково-практичної конференції.

(Харків, 6 грудня 2013 р.). Х.: НУНЦЗУ, 2013. С. 190–191.

44. Бахарєв В.С., Романенко С.С., Приходько А.С. Використання можливостей інтернет-сервісів YandexMaps та GoogleMaps для графічного відображення екологічної інформації. Ідеї академіка Вернадського та науково-практичні проблеми стійкого розвитку регіонів: матеріали ХІІІ Міжнародної науково-практичної конференції. (Кременчук, 29–30 вересня 2011 р.). Кременчук: КрНУ, 2011. С. 129.

Наукові праці, які додатково відображають наукові результати дисертації:

45. Спосіб побудови мережі стаціонарних постів моніторингу забруднення атмосфери населеного пункту, визначення їх кількості та місць розташування: пат. 119268 Україна: МПК(2006) G01W1/00, G01N21/94(2006.01) № 201700145; заявл. 03.11.2017; опубл. 25.09.2017, Бюл.

№ 18 (кн. 1). 4 с.

(16)

ABSTRACT

Bakhariev V.S. Integrated system of environmental monitoring of urbosystem atmospheric air. – Qualifying scientific work on the manuscript right.

Thesis for a Doctor of Technical Sciences Degree by specialty 21.06.01 – ecological safety. Kremenchuk Mikhailo Ostrohradskyi National University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kremenchuk, 2018.

The defense of the dissertation will be held at the Specialized Academic Council D 55.051.04 meeting. Sumy State University of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Sumy, 2018.

As a result of the theoretical and experimental research complex carried out, some advanced scientific statements, conclusions and recommendations have been proposed and substantiated in the dissertation which allow to increase the efficiency of development process and managerial decision-making on environmental safety in the field of atmospheric air quality control by means of laying-out a complex system of atmospheric air environmental monitoring of technogenically loaded urbosystems.

The results of the work have been sufficiently tested and implemented, which have been confirmed by the relevant acts.

In general, the following results have been obtained in the dissertation.

The scientific and practical results of previous researches on functioning of monitoring systems as a whole as well as their separate components have been analyzed. On this basis, it has been determined that in terms of the implementation of the overwhelming majority of the proposed methods for the environmental monitoring systems improving in Ukraine, the main prerequisite is the technical re- equipment of observing systems that can provide with the information on the environmental component quality at any time. It has also been indicated that the existing state system for atmospheric air monitoring is characterized by inertia in making managerial decisions, which is due to the need for the implementation of

(17)

new regulatory documents, created in accordance with the European Community directives requirements. It has been proved that the existing theoretical basis for the environmental monitoring systems implementation requires improvement in the formation of a unified conceptual anthropocentric approach to solving problems concerning effective assessment of the environment components quality as well as comprehensive informing of the public about their state. The analysis of the results of scientific research on atmospheric air noise and electromagnetic pollution with the purpose of ecological monitoring methodology formation has been carried out. The aspects of estimation and forecasting of noise and electromagnetic radiation negative influence on natural reserve and recreational territories have been considered. The reactions of biological systems to the noise and magnetic field effect have been analyzed.

On this basis, a list of tasks for modern systems of urbosystem atmospheric air environmental monitoring in Ukraine has been determined, among which the following have been highlighted:

– technical re-equipment with the possibility to receive objective information of

the observation subsystem 24 hours a day, 7 days a week in automatic mode;

– monitoring systems formation and their development in accordance with the developed theoretical concepts and strategic plans for the monitoring tasks realization at the municipal level;

– providing the community as a whole, its individual citizens, concerned organizations, regardless of the ownership form, with a sufficient amount of information concerning the atmospheric air quality on the municipality territory;

– providing control over the town atmospheric air state, either at the expense of systematic monitoring of the general pollution level, or by estimating the contribution of specific sources of negative influence along with the organization and carrying out operational and occasional observations;

– obtaining differentiated information from observing systems in extent and quality, sufficient for substantiation of administrative decisions in the sphere of

(18)

atmospheric air and residents’ health protection;

– ensuring the integration of system observations programs on the municipal level with the data of the other state and public organizations.

The main reasons of imperfection of the modern system of atmospheric air environmental monitoring in Ukraine have been determined. The algorithm of influence of factors of the atmospheric air environmental monitoring system imperfection on the efficiency of the subsystem development and managerial decisions making has been developed.

The aspects of forming the atmospheric air environmental monitoring concept at the municipal level have been considered. The basic scheme of concept construction has been proposed. It has been noted that the concept should be based on anthropocentric approach. The role of sociogenic aspects in the processes of implementation environmental monitoring systems tasks has been determined. The concept components with the allocation of goals, tasks, strategic results, static and dynamic indicators of its realization have been specified.

The theoretical basis for the information sites creation has been formed and the requirements for their structure as part of the information-analytical system of urbosystem atmospheric air environmental monitoring have been proposed. The structure of the information-analytical system public part has been proposed, which will allow use the power of Web-resources properly to solve the problems of the environmental safety grade increasing at the municipal level.

Based on the analysis of the differences between the main tasks of the state monitoring system and the practical aspects of these tasks implementation at the level of technogenically loaded urbosystems, the necessity of creating their own municipal systems for the atmospheric air quality monitoring has been substantiated. The priority tasks of the municipal monitoring systems functioning have been identified, among them, in particular, the expediency of mobile control with the use of mobile laboratory complexes, the need for the residents’ and municipal authorities’ awareness and providing urgent response to the requests of community members have been established.

(19)

The experimental and analytical-calculated studies of atmospheric air pollution in the conditions of modern changes in the urban settlements building have been conducted. Particular attention has been paid to the impact of road transport on the state of the atmospheric air ingredient and noise pollution, within the main streets as well as in the "sleeping" zones of residential construction. The methods of determination active pollution zones, the use of which will allow to optimize the atmospheric air stationary observation posts network for conducting urbanized territories environmental monitoring have been substantiated.

A method for stationary monitoring stations network constructing, determining their number and locations for the atmospheric air quality assessing in the atmospheric air pollution monitoring system has been developed. The proposed method allows us to establish clearly the number of stationary observation posts in the residential area, regardless of the inhabitants number, as well as to determine the stationary posts locations with the obtaining differentiated information from the observation system: in the residential area located within the zones of industrial objects І-ІІІ classes of danger active pollution, motor transport highways (roads) and in areas of rural development located outside the zones of active industrial pollution facilities and transportation. The information obtained by means of the observation network will determine the contribution of different pollution sources to the overall urbosystem atmospheric air pollution level.

The structure of the complex atmospheric air environmental monitoring system at the urbosystem level (at the municipal level of environmental safety management), which is based on the subsystems and their boundaries interaction, has been developed. The following subsystems have been identified: forecasting of atmospheric pollution meteorological conditions and warning about dangerous meteorological conditions (DMC); observation with the differentiation of the monitoring posts information quality characteristics; presentations of the observations results, their analysis, solutions worked out with wide and differentiated access; estimation of the observations results and changes short-term forecasting; independent expert assessment of current and operational information

(20)

on the air pollution state; accumulation of output primary and secondary (including developed organizational and managerial decisions) information monitoring system (database).

The basic requirements for these subsystems practical implementation have been substantiated. Special attention has been paid to expert evaluation of monitoring results. The expediency of organizing an independent expert assessment of current and operational information on the air pollution state in the urban systems’ environmental monitoring system on the principle of "indoor- outdoor" (internal (residential) - external (surrounding) environment) has been established. Multicriteria systems, optimization principles, hierarchical structures and fuzzy logical approach to ecological monitoring expert systems have been discussed. The necessity of studying information processing and management organization with the expert systems use and architecture creation, which allows adapt the system to the monitoring software in a short time, has been substantiated.

The requirements for organizing and carrying out atmospheric air quality measurements with the use of mobile municipal environmental laboratories (MMEL) have been substantiated, the programs of systemic, operational and episodic observations have been developed.

The structure of the information-analytical system (IAS) of atmospheric air quality municipal monitoring and the structure of IAS components and subsystems of the complex monitoring system have been proposed. On this basis, IAS structures have been developed: the general one which is air quality monitoring at the municipal level; in the part of the database formation by the observations results; in part of the data visualization unit; parts of processing requests for information and its visualization.

The structural schemes of functional interconnections between the DMC warning subsystem, the organization of operational observations on the basis of the citizens' appeals analysis, expert evaluation of current and operational information on the atmospheric air pollution state have been developed. Particular attention has been paid to the schemes of visualization of the complex system operation data for

(21)

the atmospheric air quality monitoring with the selection of a packet information block for authorized and unauthorized users.

The tasks for the IAS model development for monitoring the environmental situation and related information technology have been identified. On this basis, modern principles of IAS construction have been determined, based on the automated collection technologies, integration and complex analysis of all types of information characterizing the urbosystem state. The theoretical-multiple model as the basis for constructing the structure of the information-analytical system of ecological monitoring (IAS EM) has been developed. The structure of the IAS EM detailed model has been substantiated, which clearly defines the IAS functional subsystems, the complexes that ensure the IAS functioning, the relations that connect the IAS elements to an integrated structure. The composition and structure of the IAS EM main functional elements have been determined. The general scheme of information technology for monitoring and support of operational decisions making on environmental safety management in the municipal atmospheric air environmental monitoring system has been developed.

On the example of the urbosystem of the technogenically loaded town of Kremenchuk, the program of constant monitoring and observation of atmospheric air pollution for the compliance of the pollutants content with the MPC (maximum permissible concentration) norms, integrated with the existing monitoring system of the air pollution observation laboratory (APOL) for Kremenchuk, has been developed. Also, a functional scheme for the implementation of the program of continuous municipal monitoring of the atmospheric air quality has been developed, the practical use of which will allow systematize the observation results and provide the organization of operational monitoring research. Practical application of the developed monitoring information technology, in the part of recognition of critical situations, for the conditions of Kremenchuk has been carried out.

Key words: environmental safety, monitoring, system, management, atmospheric air, quality, observation, information-analytical system, monitoring

(22)

information technology.

List of publications:

Scientific works, in which the main scientific results of the dissertation are published:

1. Bakharev V.S., Shevchenko I.V., Koval S.S., Kortsova O.L. Informational and technological aspects of ecological safety management in atmospheric air municipal monitoring systems. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2017. Issue 4 (105).

P. 68–73.

2. Bakharev V., Sankov P., Trifonov I., Tkach N., Hilov V., Tretyakov O., Nesterenko S. Development of the method of evaluation the level of environmental safety of housing accommodation and its approbation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4, Issue 10 (88). P. 61–69.

3. Bakharev V., Kortsova O., Marenych A., Kyrylaha N., Moroz M. Some aspects of the analysis of citizens' appeals to municipalities on environmental issues. International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology.

4. Bakharev V.S. Structure of the municipal atmospheric air quality monitoring information and analytical system. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2017. Issue 3 (104). P.1. P. 85–92.

5. Bakharev V., Marenych A., Sankov P., Hilyov V. The key aspects of atmospheric air ecological monitoring concept formation at the urban systems level. International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology.

6. Bakharev V., Sankov P., Trifonov I., Tkach N., Hilov V. Prediction of acoustic pollution in the conditions of reconstruction of industrial enterprise.

International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2017.

(23)

Vol. 4, Issue 5. P. 356–363. URL: http://ijiset.com/vol4/v4s5/IJISET_V4_I05_54.pdf (Last accessed: 25.05.2017).

7. Bakharev V.S., Marenych A.V., Moroz M.M. The realization a set of tasks of atmospheric air monitoring with the using mobile municipal environmental laboratory in the city of Kremenchuk. Scientific Journal

“Ecological safety”. Kremenchuk: KrNU, 2017. Issue 1 (23). P. 32–39.

8. Bakharev V.S., Marenych A.V. Justification of requirements to the organization and realization of systematic, efficient and episodic air quality observations with the use of mobile environmental laboratories. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2017. Issue (102). P. 88–97.

9. Bakharev V.S., Marenych A.V., Sankov P.N., Hilyov V.V. Determination the zones of active atmospheric air pollution from industrial enterprises and transport for organization the systems of ecological monitoring of urbanized territories. Science, Technology and Education. Moscow, 2016. Issue 12 (30).

P.33–37. DOI: 10.20861/2312-8267-2016-30-008.

10. Bakharev V.S., Marenych A.V., Voloshyna V.G. The environmental electromagnetic pollution problems analysis in the context of this type of environmental hazard environmental monitoring methodology formation.

Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University.

Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue 6 (101). P. 96–103.

11. Bakharev V.S., Marenych A.V. Analytical review of research issues environmental monitoring in Ukraine. Scientific Journal “Ecological safety”.

Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue (22). P. 35–42.

12. Bakharev V.S., Marenych A.V. The theoretical basis for the development of urban system’s atmospheric air quality monitoring systems using mobile laboratory complexes. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue 5 (100). P.2.

P. 77–82.

13. Bakharev V.S., Sankov P.N., Hilyov V.V., Makarova V.N. Definition of

(24)

the reliability of method for express–assessment of environmental security on areas located near highways depending on the level gassed residential zones. Bulletin of science and practice. 2016. Vol. 13. P. 107–113. DOI:10.5281/zenodo.205132.

14. Bakharev V.S. The imperfection of the existing system of atmospheric air ecological monitoring at the level of urbosystem: causes, consequences, ways of improving. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue 5 (100). P. 76–81.

15. Bakharev V.S., Marenych A.V., Zhuravska М.К. The adequancy of the existing network and justification of proposals for the of stationary atmospheric air state observation posts location in Kremenchuk. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue 4 (99). P. 80–87.

16. Bakharev V.S., Marenych A.V., Zhuravska М.К. To the question of stationary air sampling stations location and number determination in urban agglomerations ecological monitoring system. Scientific Journal “Ecological safety”. Kremenchuk: KrNU, 2016. Issue 1 (21). P. 42–45.

17. Environmental priorities of Kremenchuk: current state and prospects.

Kremenchuk: Sherbatych O.V., 2016. 100 p.

18. Bakharev V.S., Sankov P.N., Makarova V.N., Hilyov V.V., Tkach N.А.

Determination reliable of the method of express-assessment of noise pollution residential areas from experimental studies results. Scientific Journal “Ecological safety”. Kremenchuk: KrNU, 2015. Issue 2 (20). P. 96–100.

19. Bakharev V.S., Makarova V.M., Hilyov V.V., Troshyn М.Yu. The method of rapid assessment in urban areas by the factor of gas pollution by exhaust gases of vehicles. "Science, Technology and Education" Scientific and Methodological Journal. Moskow: Problemy Nauki, 2015. Issue 10 (16). P. 62–64.

20. Bakharev V.S., Sakun О.А., Nykyforov V.V. Assessment and forecasting influence of electromagnetic noise And pollution on protected territory and leisure. Kremenhuk Mykhailo Ostrohradskyi National University.

(25)

21. Bakharev V.S., Sankov P.M., Tkach N.O. Recommendations for the organization of environmentally safe vehicles parking places taking into account noise factors. Scientific Journal “Ecological safety”. Kremenchuk: KrNU, 2014.

Issue (18). P. 35–42.

22. Bakharev V.S., Sankov P.N. Makoveckiy B.I., Tkach N.А. Noise mode of the inner-block car park for vehicles temporary storage. "Science, Technology and Education" Scientific and Methodological Journal. Moskow: Problemy Nauki, 2014. Issue 4. P. 24–27.

23. Bakharev V.S., Dmytrykov V.P. Structural priorities of the environmental monitoring expert system. Scientific Journal “Ecological safety”.

24. Bakharev V.S., Kotenko E.O., Plyshuk D.V., Polushuk V.S. Calculation of the efficiency of reducing gas stream aerodynamic noise with a perforated plate.

Scientific Journal “Ecological safety”. Kremenchuk: KrNU, 2013. Issue 1 (15).

P. 103–106.

25. Bakharev V.S., Kortsova O.L., Kostyria V.V., Marynin D.V.

Investigation of the atmospheric air pollution state in conditions of changes of modern inhabited areas development. Scientific Journal “Ecological safety”.

26. Bakharev V.S., Yelizarov O.I., Deyna I.P. Means and methods for assessing the reduction of atmospheric air noise pollution levels. Transactions of Kremenhuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2012. Issue 2 (73). P. 156–158.

27. Bakharev V.S., Smagin D.M., Lugovoy A.V. Investigation of the impurity spreading process in the atmospheric upper layers. Transactions of Kremenhuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. Kremenchuk: KrNU, 2009. Issue 1 (54). P.1. P. 111–113.

28. Bakharev V.S., Saranenko I.I., Korol’ova L.V., Kostenko P.P. Use of computer graphic modeling in the enterprise sanitary-protective zone design.

Transactions of Kremenhuk Mykhailo Ostrohradskyi National University.