Zadanie nr 9 Wdrożenie systemu przekazu informacji o zanieczyszczeniu powietrza Vypracování systému předávání informací o stavu znečištění ovzduší Podsumowanie raportu z realizacji zadania nr 9: Okres realizacji: 1. I. 2011 31. I. 2013 Koordynator zadania nr 9: Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, i Vysoká škola báňská Technická universita Ostrava Uniwersytet Techniczny w Ostrawie Autor: dr hab. inż. Małgorzata Wysocka, mgr Paweł Urban, dr Krystian Skubacz, mgr inż. Maciej Kotok Wykonawcy: Český hydrometeorologický ústav filia w Ostrawie Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy Instytutu Zdrowia Publicznego w Ostrawie (Zdravotní ústav se sídlem v Ostravě) Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu - IPIŚ PAN Strona 0 z 15
Celem realizowanego projektu AIR SILESIA było utworzenie regionalnego systemu informacji o jakości powietrza w regionie pogranicza polsko-czeskiego. Zgodnie z założeniami zawartymi we wniosku projektowym, ogłoszono przetarg na Usługę na realizację systemu informatycznego. W wyniku przeprowadzonego postępowania przetargowego wyłoniono firmę informatyczną ESAPROJEKT Spółka z o.o. z Chorzowa. Zgodnie z wymaganiami przetargowymi firma wykonała usługę na: Zaprojektowanie, wykonanie, wdrożenie i utrzymanie systemu informacji jakości powietrza na obszarze pogranicza Polsko-Czeskiego w rejonie Śląska i Moraw. System informatyczny stworzony został przez wyżej wymienioną firmę informatyczną, we współpracy ze wszystkimi partnerami projektu. Całość działań zadania koordynowali GIG i VSB TU. 1. OPIS ARCHITEKTURY SYSTEMU. System zbudowany w webowej wielowarstwowej architekturze składa się z następujących elementów: 1) Aplikacji internetowej 2) Modułu dostępu do danych 3) Modułu wymiany danych z zewnętrznymi urządzeniami 4) Modułu wymiany danych z zewnętrznymi systemami Aplikacja internetowa. Aplikacja internetowa jest elementem systemu zapewniającym wizualizację informacji (tabele, wykresy, mapy) oraz udostępniającym funkcje obsługi dla użytkowników systemu. Aplikacja wykonana w technologii cienkiego klienta prezentuje informacje w dwóch wersjach językowych (polski i czeski) poprzez przeglądarkę internetową oraz na platformie mobilnej. Zapewniono obsługę następujących przeglądarek: IE 8 i wyżej, Firefox 3.6 i wyżej, Chrome 9 i wyżej, Safari 5 i wyżej) oraz platformy mobilnej: iphone i Android. Aplikacja internetowa zlokalizowana w środowisku udostępnionym przez Zamawiającego: serwer sprzętowy z platformą Windows Server 2008 i serwerem IIS. System uprawnień użytkowników ma 3 poziomy: ogólnodostępny, użytkownicy portalu AirSilesia, administratorski. Strona 1 z 15
Zaprojektowany przez firmę ESAPROJEKT system informacji o jakości powietrza został zespolony z stroną internetową projektu Air Silesia. Moduł dostępu do danych Moduł ten zapewnia zasilanie systemu danymi oraz ich składowanie i przetwarzanie, w oparciu o relacyjną bazę danych MS SQL Server zainstalowaną na serwerze GIG (System operacyjny Windows Server 2008). Moduł wymiany danych z zewnętrznymi urządzeniami. Moduł posiada dedykowane interfejsy komunikacyjne pozwalające na wymianę danych z zewnętrznymi urządzeniami pomiarowymi, tj.: Interfejs dla urządzeń pomiarowych zapewnia pobieranie ze zdefiniowanym interwałem czasowym, on-line wyników pomiaru imisji w celu ich prezentacji w systemie Air Silesia (zdefiniowanych dla konkretnych urządzeń pomiarowych). Interfejs dla tablic informacyjnych (monitorów) zapewnia przesyłanie danych w celu ich prezentacji. Interfejs dla kamer zapewnia obserwacje warunków meteorologicznych on-line otoczenia w miejscach ich zainstalowania. Moduł wymiany danych z zewnętrznymi systemami Moduł ten umożliwia pobieranie danych uzyskanych z pomocą następujących systemów modelowania stanu zanieczyszczeń i prognoz stanu jakości powietrza: - Matematyczny model dyspersji zanieczyszczeń CZ, - Matematyczny model dyspersji zanieczyszczeń PL, - System prognoz i indeksu jakości powietrza IMGW, a następnie ich prezentacje on-line Strona 2 z 15
Rys. 1. Schemat architektury systemu. Portal AirSilesia Aplikacja internetowa Moduł dostępu do danych Baza danych Moduł wymiany danych z zew. urządzeniami Moduł wymiany danych z zew. systemami Interfejs z tablicami inf. Interfejs z kamerami Interfejs z urz. pomiarowymi Interfejs z zew. systemami Tablice informacyjne Urządzenia pomiarowe Model dyspersji zanieczyszczeń CZ Model prognoz IMGW Kamery Model dyspersji zanieczyszczeń PL Strona 3 z 15
Prognoza imisji Modelowanie Pomiary i obrazy Rys. 2. Sposób funkcjonowania systemu przekazywania informacji. Model Model Model Urządzenia pomiarowe Urządzenia pomiarowe Urządzenia pomiarowe Strona 4 z 15
2. FUNKCJE SYSTEMU 2.1. Dostęp do wyników pomiarów wykonywanych przez partnerów projektu Program umożliwia prezentowanie wyników aktualnych i historycznych pomiarów wykonywanych przez partnerów. Wizualizacja wyników obejmuje emisje i/lub imisje ze wszystkich rodzajów źródeł zanieczyszczeń powietrza. Aktualne wyniki pomiarów, to bazy danych pomiarowych wybranych, istotnych czynników powodujących skażenia powietrza atmosferycznego. Możliwe formy wizualizacji informacji to zestawienia tabelaryczne, wykresy (liniowe, słupowe, mozaikowe), mapy. Na rysunku nr 5 przedstawiono sposób wizualizacji wyników pomiarów. Na mapie obszaru badań zaznaczono lokalizacje, w których wykonywano pomiary. Po wyborze lokalizacji można obserwować wyniki pomiarów różnych parametrów, wykonywanych różnymi urządzeniami. Wizualizacja wyników aktualnych obejmuje pomiary zanieczyszczenia powietrza: - stacjonarne, - ruchome platformy, - z wykorzystaniem samolotu, - rozkładów frakcyjnych w wybranych lokalizacjach. Na rysunku numer 3 oraz 4 przedstawiono przykładowa aparaturę pomiarową wykorzystana w pomiarach zanieczyszczenia powietrza. Strona 5 z 15
Rys. 3. Urządzenia pomiarowe do badania stężeń pyłów wyposażone w układy rozdziału poszczególnych frakcji Rys. 4. Ruchome platformy pomiarowe, 400kg, 1m x 2m x 1.1m, 220/380V Strona 6 z 15
Rys. 5. Przykład sposobu prezentowania wyników pomiarów wykonywanych przez partnerów projektu. Strona 7 z 15
Zintegrowano system informatyczny z systemami zewnętrznymi, co pozwala na pobieranie informacji dotyczących: wyników modelowania stanu jakości powietrza (system Wyższej Szkoły Bańskiej, VSB, ) prognoz o stanie jakości powietrza (system Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, IMGW, Polska) Systemy IMGW oraz VSB działają w oparciu o platformę WINDOWS. Dane z systemów tych instytucji do Systemu informatycznego są przesyłane w formacie plików tekstowych (txt). W przypadku pomiarów wykonywanych przez partnerów CHMU i ZUOVA wizualizacje wyników pomiarów pobierane są ze stron WWW partnerów. W przypadku wyników pomiarów wykonywanych przez IPIŚ PAN przy pomocy urządzenia Airpointer na serwerze partnera stworzona została specjalna strona gromadząca wyniki pomiarów. W systemie informatycznym stworzono element umożliwiający graficzną wizualizację wyników pomiarów. Najpoważniejszym wyzwaniem dla twórców systemu informatycznego było rozwiązanie problemu przekazywania wyników pomiarów rozkładów frakcyjnych zanieczyszczeń wykonywanych przez GIG z wykorzystaniem urządzeń firmy TSI (rys. 6). Konieczne było wykonanie modułów umożliwiających import wyników z spektrometrów cząstek, przeliczanie na koncentracje masową oraz ich graficzną prezentację. Rys. 6. Urządzenia pomiarowe do badania rozkładów ziarnowych w zakresie od 3 nm do 20000 nm. DMA EC CPC APS SMPS Dodatkowa funkcja to obraz z kamer zlokalizowanych na Skrzycznem: jedna skierowana jest na stronę czeską, druga na stronę polską, w kierunku Bielska-Białej. Na rysunku nr 7 przedstawiono sposób wizualizacji obrazów z kamer. Strona 8 z 15
Rys. 7. Przykład sposobu prezentowania obrazów z kamer. Strona 9 z 15
Kolejnym sposobem prezentowania informacji, dotyczących źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza w obszarze oddziaływania projektu przedstawiono na rysunku 8 Rys. 8. Wizualizacja emisji z poszczególnych źródeł. Źródła przemysłowe Paleniska lokalne Emisja liniowa Strona 10 z 15
Dodatkowo system informacji umożliwia prezentowanie prognoz i indeksów jakości powietrza. Prognozy przedstawiają spodziewane wartości stężeń szeregu szkodliwych substancji w powietrzu, tj. NO 2, O 3, PM10, PM2,5, SO 2. Przykład wizualizacji prognozy jakości powietrza, zamieszczonej na stronie programu przedstawia rysunek nr 9. Rys. 9. Wizualizacja prognozy i indeksu jakości powietrza (przykład dla PM10). W ramach projektu AIR SILESIA, zespół specjalistów z VŠB, wykorzystując swój matematyczny model, opracował mapy rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza, pochodzących ze wszystkich rodzajów źródeł: przemysłowe, drogowe (komunikacyjne) oraz z tak zwanej niskiej emisji, czyli źródeł komunalnych i palenisk domowych. Podstawą modelowania rozprzestrzeniania zanieczyszczeń były czeskie i polskie bazy emisji zanieczyszczeń z lat 2006 i 2010. System umożliwia prezentację przestrzenną transportu zanieczyszczeń na mapie regionu. Zilustrowano to na rysunku 10. Strona 11 z 15
Rys. 10. Wizualizacja wyników modelowania imisji dla 2010. Źródła przemysłowe Paleniska lokalne Imisja liniowa Strona 12 z 15
2.2. Dodatkowe wymagania funkcjonalne Projekt AIR SILESIA zakładał, że po jego zakończeniu, w wybranych lokalizacjach po stronie czeskiej i polskiej, będą zamontowane tablice świetlne, na których prezentowane będą wybrane informacje dotyczące jakości powietrza. Monitory (tablice świetlne) będą zaopatrzone w wejścia HDMI. Program informatyczny został zaopatrzony w funkcję umożliwiającą przesyłanie wizualizacji danych do zadeklarowanych monitorów. Projektując system, dokonano hierarchizacji uprawnień użytkowników zgodnie z którą wybrane funkcjonalności systemu są dostępne jedynie dla użytkowników wyznaczonych przez administratora (np. partnerzy projektu). Jednym z założeń projektu AIR SILESIA było stworzenie jak najszerszego dostępu do informacji o jakości powietrza mieszkańcom pogranicza polsko-czeskiego. Z tego względu system informatyczny posiada funkcję, pozwalające na udostępnianie: informacji na potrzeby mediów (prasa, radio, tv, Internet, platformy mobilne) format TXT. Patrz rysunek 11. Analiz oraz opracowań w ogólnodostępnych formatach wymiany danych. Patrz rysunek 12. Rys. 11. Moduł generowania informacji dla mediów. Strona 13 z 15
Rys. 12. Moduł generowania szczegółowych analiz lub zamieszczania opracowań eksperckich. Rozwiązano zadanie, polegające na umożliwieniu administratorowi zarządzania w zakresie między innymi takimi funkcjonalnościami jak kontrola poprawności działania urządzeń pomiarowych, kontrola aktywności przesyłu danych z VSB i IMGW do systemu,. Opracowano mianowicie moduł, będący elementem systemu, umożliwiający administratorowi wyżej opisane działania. System został zainstalowany na serwerze GIG, działającym w oparciu o platformę WINDOWS. GIG, jako partner projektu Air Silesia wraz z firmą informatyczna ESAProjekt będą administrowali systemem, czuwali nad poprawnością jego działania i usuwaniem ewentualnych usterek. Strona 14 z 15