Модель контроля городской экологической обстановки

Требуется создать компьютерную модель слежения за экологической ситуацией в городе, где работает N (5 ≤ N ≤ 12) промышленных предприятий, а также зарегистрировано K тысяч (30 ≤ K ≤ 90) автомобилей. Экологическая обстановка в городе зависит от общего объема вредных промышленных выбросов действующих предприятий и выхлопов автомобилей, а также от погодных условий (дождь и ветер убыстряют рассасывание вредных веществ в атмосфере). Известны площадь города, местоположение предприятий и расстояния между ними, налоговые отчисления каждого предприятия в городскую казну, а также допустимый объем их выбросов в атмосферу.

Городской департамент экологии добивается улучшения экологической обстановки в городе несколькими способами. Он может уменьшить число автомобилей на дорогах города (и соответственно, суммарный их выхлоп), введя на определенный период специальный режим движения (например, по четным дням в городе могут ездить только автомобили с четными номерами, по нечетным – с нечетными номерами). Департамент может применять штрафные санкции к предприятиям, превысившим допустимую норму выбросов вредных веществ в атмосферу. Санкции включают денежные штрафы и полную или частичную приостановку работы предприятия на один или несколько дней. Выплаченные штрафы пополняют денежный фонд города, из которого предприятиям могут субсидироваться средства на установку очистных фильтров. Установка одного фильтра требует определенной суммы (например, 30 тыс. у.е.) и выполняется за 7-10 дней. Фильтр уменьшает объем выброса на 7%. Денежный фонд пополняется также за счет налоговых отчислений работающих предприятий (измеряется в у.е.).

Цель компьютерного моделирования – исследовать влияние различных штрафных санкций, ограничений и субсидий на улучшение экологической обстановки в городе. В изменяемые параметры модели целесообразно включить числа K и N, начальный размер денежного фонда, значимые характеристики каждого предприятия (налоговые отчисления, допустимый выброс). Период моделирования – несколько месяцев, шаг моделирования – один день.

Каждый шаг включает следующие действия:

1. Замеры текущих объемов выбросов для всех работающих предприятий; расчет (замер) концентрации вредных веществ в фиксированных точках города и сравнение ее с установленной для города допустимой величиной;

2. Расчет текущей суммы денежного фонда, при этом учитывается его остаток от ранее предоставленных субсидий и прирост за счет штрафов и налоговых отчислений работающих в рассматриваемый день предприятий;

3. Принятие решения о штрафных санкциях (штрафах и приостановке работы) по отношению к предприятиям, превысивших допустимую норму выбросов;

4. Принятие решения о введении специального режима движения автомобилей и срока его действия;

5. Принятие решения о субсидировании (на установку фильтров) предприятий, часто нарушающих допустимые объемы выбросов.

Операции 1 и 2 модели выполняются автоматически; операции 3-5 – автоматически или пользователем системы моделирования.

При расчете концентрации вредных веществ в атмосфере в рассматриваемый день следует учитывать остаточную концентрацию за прошлый день и суммарное загрязнение атмосферы за текущий день, которое дают выхлопы автомобилей и выбросы работающих в этот день предприятий. Загрязнение от автомобилей распределяется равномерно над городом, а от предприятий – равномерно падает с увеличением расстояния от него. Следует учесть также колебания дневного выброса вредных веществ на каждом предприятии – их можно рассматривать как случайную величину из некоторого диапазона. Считать также, что каждый день в городе двигаются только 75% от общего числа автомобилей, которым разрешено движение, и известен средний дневной объем выхлопа двигающегося автомобиля. Остаточная концентрация рассчитывается как часть от концентрации прошлого дня, причем эта часть тем меньше, чем больше сила ветра и дождя (погодные условия также можно моделировать статистически).

Визуализация экологической обстановки должна включать изображение карты города, показ местоположения каждого предприятия и точек, где производятся замеры концентрации вредных веществ, а также разную расцветку карты в зависимости от степени загрязнения атмосферы. В ходе моделированияпользователю системы должна быть доступна информация об экологической обстановке за прошедшие дни, о принятых штрафных санкциях, выделенных субсидиях и введенных ограничениях движения транспорта.