AUTOMATED AND INFORMATION DECISION SUPPORT SYSTEMS FOR ENVIRONMENTAL SAFETY

Keywords: advanced training of specialists in the field of environmental safety, postgraduate training of specialists in the field of environmental safety, automated and information management system, expert and information system; ecological safety, management

Abstract

The state of the environment largely depends on the competence of environmental safety experts who are responsible for taking management decisions to reduce the negative impact on the natural environment. Therefore, it is important to constantly improve the skills of managerial personnel, in particular regarding the application of automated systems for managing environmental safety. The article analyzes foreign and domestic publications in the field of environmental safety management according to monitoring data. Based on our own many years of experience in the field of environmental safety and on the basis of scientific sources, it was determined that the development and implementation of specialized environmental safety management systems according to monitoring data is important. Such systems are needed to: identify and predict hidden trends and patterns in the development of environmental processes, identify previously unknown relationships between environmental parameters and influence factors, develop optimization recommendations in the field of environmental safety, visualize analysis results, prepare previous reports and draft acceptable decisions on relevant assessments and that sort of thing The basic principles of environmental safety management are considered. The main blocks of an improved environmental safety management system are described according to environmental monitoring data, namely: “Objectives of strategic environmental management”, “Databases and algorithms for assessing the situation and making management decisions in the field of environmental safety”, “Data Management”, “Decision Preparation System (based on the economic assessment of the "risk-price-effect")”,“Solution Preparation System”, “Data Mining”, “Decision Support System (DSS)”, “Tasks of tactical management of environmental safety”. An improved structure of an automated and information system for managing the environmental safety of territories experiencing anthropogenic impact from potentially hazardous industrial facilities and transport is proposed. The purpose of the blocks (modules) of systems and communication between them is described. A parametric model of an expert-information system has been built, which includes: a knowledge base, modeling, decision support and setting up a control and measuring unit. It is shown that the developed systems ensure the functioning of the environmental safety management system, allow to describe the structural elements and information links between them, increases the efficiency of processing the source data. The ways of application of automated information system of ecological safety management in qualification of specialists responsible for making managerial decisions in the field of ecological safety are substantiated. Consequently, while improving the components of the environmental safety management system according to monitoring data, it is important to improve the skills of specialists in the field of environmental safety, in particular, employees of ministries, enterprises and organizations that are responsible for making decisions on reducing the negative impact on the environment and training future specialists in this direction.

Author Biographies

Andrii V. Іatsyshyn, SI «Institute of Environment Geochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine»

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher

Oleksandr O. Popov, SI «Institute of Environment Geochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine»

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher

Volodymyr O. Artemchuk, Pukhov Institute for Modelling in Energy Engineering of NAS of Ukraine

Pukhov Institute for Modelling in Energy Engineering of NAS of Ukraine

Valeriia O. Kovach, SI «Institute of Environment Geochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine»

PhD of Technical Sciences, Senior Researcher

Iryna S. Zinovieva , Kyiv National Economic University named after Vadym Hetman

PhD of Economical Sciences, Associate Professor of Information Systems in the Economy Department

References

Г.В. Лисиченко, Г.А. Хміль, та С.В. Барбашев, Методологія оцінювання екологічних ризиків. Одеса, Україна: Астропринт, 2011.

А.В Яцишин, «Комплексне оцінювання та управління екологічною безпекою при забрудненнях атмосферного повітря», дис. доктора технічних наук, ДУ «ІГНС НАН України», Київ, 2013.

О.А. Иващук, и Д.А. Кванин, «Автоматизированное управление экологической безопасностью локальных городских территорий», Информационные системы и технологии, № 4 (84), с. 62-68, 2014.

В.О. Артемчук та ін., Теоретичні та прикладні основи економічного, екологічного та технологічного функціонування об’єктів енергетики. Київ, Україна: ТОВ «Наш формат», 2017.

A.O. Zaporozhets, V.S. Eremenko, R.V. Serhiienko, and S.A. Ivanov, «Development of an intelligent system for diagnosing the technical condition of the heat power equipment», XІII International Scientific and Technical Conference “Computer Sciences and Information Technologies” (CSIT 2018), Lviv, p. 48-51, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/STC-CSIT.2018.8526742. Accessed on: December 30, 2018.

A. Zaporozhets, V. Eremenko, R. Serhiienko, and S. Ivanov, «Methods and Hardware for Diagnosing Thermal Power Equipment Based on Smart Grid Technology», Advances in Intelligent Systems and Computing III, vol. 871, p. 476-489, 2019. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1007/978-3-030-01069-0_34. Дата звернення: Лютий 10, 2019.

В.И. Пампуро, Оптимальное управление безопасностью экологически опасных объектов. Монография, Київ: Наукова думка, 2012.

C. Suo, Y.P. Li, J. Sun, and S. Yin, «An air quality index-based multistage type-2-fuzzy interval-stochastic programming model for energy and environmental systems management under multiple uncertainties», Environmental Research, Volume 167, p. 98-114, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.07.001. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

Н.К. Лиса, Л.С. Сікора, та Б.В. Дурняк, «Стратегічний аналіз техногенних ризиків, інформаційні й системні компоненти проблеми створення структур екомоніторингу», Науковий вісник НЛТУ України, т. 28, № 6. с. 152–158, 2018.

О.О. Попов, та ін., «Концептуальні підходи створення інформаційно-аналітичної експертної системи для оцінки впливу АЕС на довкілля», Ядерна та радіаційна безпека, т. 79, № 3, с. 56-65, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.32918/nrs.2018.3(79).09. Дата перегляду: Грудень 25, 2018.

Man Sing Wong, Esmond Mok, Tingneng Wang, and Zhao Yong, «Development of an Integrated Micro-Environmental Monitoring System for Construction Sites», Procedia Environmental Sciences, Volume 36, p. 207-214, 2016. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.09.034. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

Xingyu Tao et al. «Greenhouse gas emission monitoring system for manufacturing prefabricated components», Automation in Construction, Volume 93, p. 361-374, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.015. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

А.В. Яцишин, И.П. Каменева, В.А. Артемчук, и А.А. Попов, «Методы и технологии анализа рисков для здоровья на основе данных мониторинга», на IV Международной научной конференции «МОДЕЛИРОВАНИЕ-2012», Киев, 2012, с. 470-473.

И.П. Каменева, В.А. Артемчук, и А.В. Яцишин, «Модели представления и преобразования данных в задачах экологического мониторинга урбанизированных территорий», Электронное моделирование, 2016, с. 49-66, № 2.

І.П. Каменева, О.О. Попов, А.В. Яцишин, та В.О. Артемчук, «Методи визначення екологічного ризику за атмосферним фактором», Моделювання та інформаційні технології, Вип. 53, с. 23-32, 2009.

И.П. Каменева, А.В. Яцишин, и А.А. Попов, «Математико-картографическое моделирование техногенных нагрузок на атмосферу», Моделювання та інформаційні технології, Вип. 51, с. 58-64, 2009.

R.M. Argent et al., «Best practices for conceptual modelling in environmental planning and management». Environmental Modelling & Software, Environmental Modelling & Software, Volume 80, p. 113-121, 2016. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.02.023. Дата звернення: Грудень Дата звернення: Грудень 30, 2018.

M. Rönkkö, J. Heikkinen, V. Kotovirta, and V.Chandrasekard, «Automated preprocessing of environmental data», Future Generation Computer Systems, Volume 45, p. 13-24, 2015. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.future.2014.10.011. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

В.Б. Мокін, та ін. «Автоматизована геоінформаційна система комплексного екологічного контролю», 2013. [Електронний ресурс]. Доступно: http://www.ela.kpi.ua/bitstream/123456789/18260/1/20_Mokin.pdf. Дата перегляду: Грудень 20, 2018.

O. Popov, and A. Yatsyshyn, «Mathematical tools to assess soil contamination by deposition of technogenic emissions». Soil Science Working for a Living. Cham. Springer, p. 127–137, 2017. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1007/978-3-319-45417-7_11. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

Д.С. Кобилкін, «Структуризація проектів впровадження автоматизованих систем антикризового управління в цивільному захисті (на прикладі Системи 112)», дис. кандидата технічних наук, ЛДУ БЖД, Львів, 2016.

О.О. Попов, та ін., «Аналіз можливих причин виникнення надзвичайних ситуацій на АЕС з метою мінімізації ризику їх виникнення», Ядерна та радіаційна безпека, т. 81, № 1, c. 75-80, 2019. Доступно: https://doi.org/10.32918/nrs.2019.1(81).13. Дата перегляду: Березень 1, 2019.

Р.Л. Ткачук, Л.С. Сікора, Н.К. Лиса, та Б.І. Федина, «Логіко-когнітивні моделі темпоральної дійсності під час прийняття оперативних рішень у кризових умовах функціонування техногенних систем (Ч. І) », Науковий вісник НЛТУ України, т. 28, № 8, с. 107–116, 2018.

M. Oprea «A knowledge modelling framework for intelligent environmental decision support systems and its application to some environmental problems», Environmental Modelling & Software, Volume 110, р. 72-94, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2018.09.001. Дата звернення: Грудень 30, 2018.

И.П. Каменева, «Вероятностные модели репрезентации знаний в интеллектуальных системах принятия решений». Искусственный интеллект, № 3, с. 399-409, 2005.

А.В. Яцишин, О.О. Попов, В.О. Ковач, та В.О. Артемчук, «Методика навчання майбутніх фахівців у галузі екології методам і засобам екологічного моніторингу приземного шару атмосфери», Інформаційні технології і засоби навчання, т. 66, № 4, с. 217–230, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2233/1379. Дата перегляду: Жовтень 25, 2018.

В.С. Моркун, С.О. Семеріков, та С.М. Грищенко, «Зміст і технологія навчання спецкурсу «Екологічна геоінформатика» у підготовці майбутніх інженерів гірничого профілю», Інформаційні технології і засоби навчання, т. 57, № 1, с. 115-125, 2017. [Електронний ресурс]. Доступно: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1549/1139. Дата перегляду: Листопад 27, 2018.

Д. Клиланд, и В. Кинг, Системный анализ и целевое управление. Москва: Сов. радио, 1974.

Е.Г. Капралов и др., Геоинформатика: учебник для вузов. Москва: Академия, 2008.

Основи стратегічного планування. [Електронний ресурс]. Доступно: http://ukrefs.com.ua/print:page,1,112433-Osnovy-strategicheskogo-planirovaniya.html. Дата звернення: Грудень 29, 2018.

О.М. Верес, «Оцінювання проекту системи підтримки прийняття рішень», Вісник Національного університету «Львівська політехніка», № 673, с. 69—77, 2010.

І.С. Зінов’єва, В.О. Артемчук, та А.В. Яцишин, «Використання відкритих геоінформаційних систем у підготовці фахівців з комп'ютерних наук», Інформаційні технології і засоби навчання, т. 68, № 6, с. 87-99, 2018. [Електронний ресурс]. Доступно: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2567/1415. Дата перегляду: Грудень 31, 2018.

О.А. Иващук, и И.С. Константинов, «Обеспечение адаптивного управления экологической безопасностью промышленно-транспортного комплекса», Управление большими системами, Вып. 25, с. 96-115, 2009.


REFERENCES (TRANSLATED AND TRANSLITERATED)

H.V. Lysychenko, H.A. Khmilʹ, and S.V. Barbashev, Methodology for Assessing Environmental Risks. Odessa, Ukraine: Astroprynt, 2011 (in Ukrainian).

A.V. Iatsyshyn, «Comprehensive assessment and management of environmental safety in air pollution» dissertation for a Doctor’s degree in Technical Sciences, SI «Institute of Environmental Geochemistry of NAS of Ukraine», Kyiv, 2013 (in Ukrainian).

O.A. Ivashhuk, and D.A. Kvanin, «Automated environment safety management of the local urban territories», Information Systems and Technologies, № 4 (84), p. 62-68, 2014 (in Russian).

V.O. Artemchuk and al. (2017), Theoretical and applied bases of economic, ecological and technological functioning of energy objects. Kyiv, Ukraine: TOV «Nash format» (in Ukrainian).

A.O. Zaporozhets, V.S. Eremenko, R.V. Serhiienko, and S.A. Ivanov, «Development of an intelligent system for diagnosing the technical condition of the heat power equipment», XІII International Scientific and Technical Conference “Computer Sciences and Information Technologies” (CSIT 2018), Lviv, p. 48-51, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/STC-CSIT.2018.8526742. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

A. Zaporozhets, V. Eremenko, R. Serhiienko, and S. Ivanov, «Methods and Hardware for Diagnosing Thermal Power Equipment Based on Smart Grid Technology», Advances in Intelligent Systems and Computing III, vol. 871, p. 476-489, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-3-030-01069-0_34. Accessed on: February 10, 2019 (in English).

V.I. Pampuro, Optimal safety management of environmentally hazardous facilities. Monograph. Kiev, Ukraine: Naukova Dumka, 2012 (in Russian).

C. Suo, Y.P. Li, J. Sun, and S. Yin, «An air quality index-based multistage type-2-fuzzy interval-stochastic programming model for energy and environmental systems management under multiple uncertainties», Environmental Research, Volume 167, p. 98-114, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.07.001. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

N.K. Lysa, L.S. Sikora, and B.V. Dyrnyak, «Strategic analysis of industrial risks, information and system components problems of establishment of ecological monitoring structures», Scientific Bulletin of UNFU, № 28(6), 152–158, 2018 (in Ukrainian).

O. Popov, et al., «Conceptual Approaches for Development of Informational and Analytical Expert System for Assessing the NPP impact on the Environment», Nuclear and Radiation Safety, Iss. 3(79), p. 56-54, 2018 [Online]. Available: https://doi.org/10.32918/nrs.2018.3(79).09. Accessed on: December 25, 2018 (in Ukrainian).

Man Sing Wong, Esmond Mok, Tingneng Wang, and Zhao Yong, «Development of an Integrated Micro-Environmental Monitoring System for Construction Sites», Procedia Environmental Sciences, Volume 36, p. 207-214, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.09.034. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

Xingyu Tao et al., «Greenhouse gas emission monitoring system for manufacturing prefabricated components», Automation in Construction, Volume 93, p. 361-374, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.015. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

A.V. Yatsyshyn, I.P. Kameneva, V.A. Artemchuk, and A.A. Popov, «Methods and technologies for risk analysis for health based on monitoring data», IV International scientific conference "MODELING-2012", Kyiv, 2012, p. 470-473 (in Russian).

I.P. Kameneva, V.A. Artemchuk, and A.V. Yatsyshyn, «Models of representation and data transformation in the problems of environmental monitoring in urban areas», Elektronnoe modelirovanie, № 38(2), p. 49-66, 2016 (in Russian).

I.P. Kameneva, O.O. Popov, A.V. Yatsyshyn, and V.O. Artemchuk, «Methods for determining environmental risk factor for atmospheric air». Modelyuvannya ta informatsiyni tehnologii, № 53, p. 23-32, 2009 (in Ukrainian).

I.P. Kameneva, A.V. Iatsyshyn, and A.A. Popov, «Mathematical-cartographic modeling of technogenic loads on the atmosphere», Simulation and informational technologies, Issue 51, p. 58-64, 2009 (in Ukrainian).

R.M. Argent, et al., «Best practices for conceptual modelling in environmental planning and management». Environmental Modelling & Software, Environmental Modelling & Software, Volume 80, p. 113-121, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.02.023. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

M. Rönkkö, J. Heikkinen, V. Kotovirta, and V.Chandrasekard, «Automated preprocessing of environmental data», Future Generation Computer Systems, Volume 45, p. 13-24, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.future.2014.10.011. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

V.B. Mokin, et al., «Automated Geoinformation System for Integrated Environmental Control». 2013. [Online]. Available: http://www.ela.kpi.ua/bitstream/123456789/18260/1/20_Mokin.pdf. Accessed on: December 20, 2018 (in Ukrainian).

O. Popov, and A. Yatsyshyn, «Mathematical tools to assess soil contamination by deposition of technogenic emissions». Soil Science Working for a Living. Cham. Springer, p. 127–137, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-3-319-45417-7_11. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

D. Kobylkin, «Structuration of the projects of automated system implementation of anti-crisis management» dissertation for a Candidate Degree of Engineering Sciences in specialty, Lviv State University of Life Safety, Lviv, 2016 (in Ukrainian).

O. Popov, et al., «Analysis of Possible Causes of NPP Emergencies to Minimize Risk of Their Occurrence», Nuclear and Radiation Safety, Iss. 1(81), p. 75-80. 2019 [Online]. Available: https://doi.org/10.32918/nrs.2019.1(81).13. Accessed on: March 1, 2019 (in Ukrainian).

R.L. Tkachuk, L.S. Sikora, N.K. Lysa, and B.I. Fedyna, «Logic-cognitive models of temporal reality when taking operational decisions in crisis conditions of functioning of technological systems (Part I) », Scientific Bulletin of UNFU, № 28(8), p. 107–116. 2018 (in Ukrainian).

M. Oprea, «A knowledge modelling framework for intelligent environmental decision support systems and its application to some environmental problems», Environmental Modelling & Software, Volume 110, р. 72-94, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2018.09.001. Accessed on: December 30, 2018 (in English).

I.P. Kameneva, «Probabilistic Models of Representation of Knowledge in Intelligent Decision-Making Systems», Iskusstvennyy intellekt, № 3, с. 399-409, 2005 (in Russian).

A.V. Iatsyshyn, O.O. Popov, V.O. Kovach, and V.O. Artemchuk, «The methodology of future specialists teaching in ecology using methods and means of environmental monitoring of the atmosphere's surface layer», Journal of Information Technologies in Education, Issue 66, № 4, p. 217–230, 2018. [Online]. Available: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2233/1379. Accessed on: October, 25, 2018 (in Ukrainian).

V.S. Morkun, S.O. Semerikov, and S.M. Hryshchenko, «Content and teaching technology of course "Ecological Geoinformatics" in training of future mining engineers», Journal of Information Technologies in Education, Issue 57, № 1, p. 115-125, 2017. [Online]. Available: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1549/1139. Accessed on: March, 27, 2018 (in Ukrainian).

D. Cleland, and V. King, System Analysis and Target Management. Moscow: Sov. Radio, 1974 (in Russian).

E.G. Kapralov et al., Geoinformatics: a textbook for high schools. Moscow: Academy, 2008 (in Russian).

«Fundamentals of Strategic Planning. [Online]. Available: http://ukrefs.com.ua/print:page,1,112433-Osnovy-strategicheskogo-planirovaniya.html. December 29, 2018, 27, 2018 (in Ukrainian).

O.M. Veres, «Evaluation of the decision support system project», Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic", №. 673, p. 69-77, 2010(in Ukrainian).

I.S Zinovieva, V.O Artemchuk, and A.V Іatsyshyn, «The use of open geoinformation systems in computer science education», Journal of Information Technologies in Education, Issue 68, № 6, p. 87-99, 2018. [Online]. Available: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2567/1415. Accessed on: December, 31, 2018 (in Ukrainian).

Ivashhuk O.A., and Konstantinov I.S. «Guarding of adaptive management by ecological safety of an industrial and transport complex», Large-Scale Systems Control, № 25, p. 96—115, 2009 (in Russian).

Published
2019-09-21
Section
Post-graduate teachers and scientists training on the use of ICT