Использование GRID технологий в системах мониторинга окружающей среды
Предпосылки создания Inter-Grid системы. Подходы GRID технологии в системах мониторинга окружающей среды. Способы организации ресурсов. Высокоуровневый доступ к геопространственной информации. Важность обеспечения охраны труда при работе на компьютере.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.02.2014 |
| Размер файла | 3,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Лысьвенский филиал
ПЦК «Естественнонаучных дисциплин и информатики»
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
на тему «Использование GRID технологий в системах мониторинга окружающей среды»
студентки группы ВТ-08
по специальности 230101
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Красных Ирины Юрьевны
Руководитель проекта: Е.Л. Федосеева
Консультант по экономической части: Н.С. Гужавина
Консультант по БЖД: Г.М. Войтко
Консультант по охране труда: В.В. Хмеляр
Лысьва, 2013 г.
ВВЕДЕНИЕ
Термин "GRID" был предложен Яном Фостером (Ian Foster) и Карлом Кессельманом (Kаrl Kesselman), авторами первой книги об идее использования компьютерных сетей для решения задач, требующих особо больших вычислительных ресурсов.
Цель создания Grid - интеграция определенного множества пространственно распределенных ресурсов для того, чтобы обеспечить возможность выполнения широкого класса приложений на любой совокупности этих ресурсов, независимо от места их расположения.
Глобальные вычислительные сети Grid были предложены в качестве новой парадигмы для решения крупномасштабных вычислительных задач в науке, технике и бизнесе. Они дают возможность одновременного использования миллионов вычислительных ресурсов, принадлежащих различным организациям и расположенных в различных административных областях. Системы Grid объединяют разнородные вычислительные ресурсы (персональные компьютеры, рабочие станции, кластеры, суперкомпьютеры), используя разные стратегии доступа к ним, выполняя различные приложения (научные, инженерные и коммерческие), предъявляющие к системе различные требования. Ресурсы принадлежат различным организациям, имеющим свои правила управления ресурсами, их использования и определения их стоимости для различных пользователей в различное время. Доступность и загруженность ресурсов также может динамически изменяться во времени.
В окружении Grid владельцы и потребители ресурсов имеют различные цели, используют различные стратегии и экономические схемы регулирования спроса и предложения. Таким образом, актуальной проблемой является разработка систем управления ресурсами Grid, нацеленных на оптимизацию отношений между владельцами ресурсов и пользователями в соответствии с выбранными ими стратегиями. Многие системы управления ресурсами Grid (такие как Legion, Condor, AppLeS PST, NetSolve, PUNCH, XtremWeb и т.д.) используют простые схемы распределения, когда компонент, отвечающий за распределение, решает, какие задачи должны быть выполнены на каком ресурсе, используя функции стоимости, задаваемые системными параметрами. Целью таких систем распределения является увеличение пропускной способности системы, ее загруженности и уменьшения времени выполнения задач, а не увеличение рентабельности ресурсов и приложений. Они не рассматривают цену использования каждого ресурса, а это означает, что значимость выполнения всех приложений в любое время одинакова, что в реальности далеко не так - значимость должна возрастать с приближением срока выполнения прикладной задачи. Предложено использование экономического подхода к планированию и распределению ресурсов, когда решения о распределении ресурсов производятся динамически и зависят от текущих требований пользователей (такой подход реализован в системе GRACE). Это - рыночная модель распределения ресурсов, когда цена каждого ресурса определяется потребностями в нем пользователей и его доступностью. Таким образом, в системе Grid пользователь конкурирует с другими пользователями и владелец ресурса с другими владельцами ресурсов. Экономический подход позволяет успешно управлять децентрализованными и гетерогенными ресурсами так, как это происходит в реальной экономике. Экономические системы управления ресурсами Grid динамически определяют наилучшие ресурсы, учитывая их цену и производительность, и распределяют задачи на этих ресурсах так, чтобы удовлетворить потребности пользователей.
Цель дипломной работы проанализировать использование Grid технологии в системах мониторинга окружающей среды.
Задачи дипломной работы провести обзор публикаций по Grid технологиям и проанализировать систему мониторинга окружающей среды.
1. КОНЦЕПЦИЯ GRID
Концепция Grid породила новую модель организации различных форм обработки данных (компьютинга), предложив технологии удаленного доступа к ресурсам разных типов независимо от места их расположения в глобальной сетевой среде. Так, с помощью Grid появляется возможность выполнять программные коды на одном или сразу нескольких ”чужих” компьютерах, становятся повсеместно доступными хранилища данных со структурированной (базы данных) и неструктурированной (файлы) информацией, источники данных (датчики, инструменты наблюдения) и программно управляемые устройства.
В реализации Grid представляет собой инфраструктуру, которая состоит из находящихся в разных местах ресурсов, соединяющих их телекоммуникаций (сетевые ресурсы) и взаимосогласованного по всей инфраструктуре связующего (middleware) программного обеспечения, поддерживающего выполнение дистанционных операций, а также выполняющего функции контроля и управления операционной средой. Grid создается владельцами ресурсов, выделяющими их в общее пользование. Владельцы и потребители, действующие на основании определенных правил. предоставления/потребления ресурсов, образуют виртуальную организацию.
Grid является средой коллективного компьютинга, в которой каждый ресурс имеет владельца, а доступ к ресурсам открыт в разделяемом по времени и по пространству режиме множеству входящих в виртуальной организации пользователей. Виртуальная организация может образовываться динамически и иметь ограниченное время существования.
1.1 Ресурсы GRID
Инструментарий Globus Toolkit, начиная с версии GT2 стал фактическим стандартом для Grid, признанным как научным сообществом, так и ведущими компаниями компьютерной индустрии. Благодаря тому, что GT с самого начала имел и по-прежнему сохраняет статус открытого программного обеспечения, к настоящему времени накоплен значительный опыт его применения в крупных проектах. Используя инструментальные средства GT, разными коллективами были разработаны дополнительные службы: репликации файлов, авторизации, диспетчеризации заданий и др.
Стандарт OGSA (Open Grid Services Architecture - набор спецификаций и стандартов, позволяющих объединить преимущества метакомпьютинга и Web -служб) определяет службы как абстрактные объекты, но не содержит никаких предписаний о способе их реализации. В OGSA не затрагиваются вопросы программной модели служб и исполнительной среды их функционирования, что, конечно, имеет смысл, так как делает стандарт независимым от реализационной платформы. Например, в GT3, Grid-службы реализуются в компонентных средах - контейнерах, разработанных для Web-служб. Так, на платформе J2EE (Java 2 Enterprise Edition - набор спецификаций и соответствующей документации для языка Java, описывающей архитектуру серверной платформы для задач средних и крупных предприятий) применяются разные типы контейнеров: EJB (Enterprise JavaBeans - спецификация технологии написания и поддержки серверных компонентов), JSP (JavaServer Pages - технология, позволяющая веб-разработчикам легко создавать содержимое, которое имеет как статические, так и динамические компоненты), сервлеты и апплеты. Роль контейнеров - размещение служб, обеспечение жизненного цикла, поддержка безопасности.
Если этих функций контейнера достаточно для Web-служб, то для Grid- служб требуется большее - способ реализации этих служб должен обеспечивать виртуализацию ресурсов:
- многопользовательское обслуживание, динамически адаптирующееся к меняющейся нагрузке путем порождения множества экземпляров служб;
- автоматическое распределение ресурсов между экземплярами служб, выполняющих обработку потока запросов.
Этим требованиям отвечает среда исполнения Grid-служб, в которой имеется пул ресурсов с единым управлением, осуществляемым Менеджером ресурсов. Запрос, поступающий на интерфейс службы преобразуется в форму задания для Менеджера ресурсов и передается ему по его интерфейсам. Основные функции Менеджера ресурсов - выделение ресурсов под задания и поддержка их выполнения (рисунок 1).
Рисунок 1 - Виртуализация через Менеджер ресурсов
К сожалению, в современных исследованиях вопросам организации ресурсов и управления службами уделяется относительно мало внимания. Тем больший интерес вызывают программные продукты коммерческих компаний, занимающихся разработкой средств для поддержки внутренней информационной инфраструктуры предприятий, инфраструктуры, связывающей предприятия, и инфраструктуры провайдеров услуг. Если исследовательское направление сосредоточено, главным образом, на моделях и протоколах обеспечения интероперабельности пространственно распределенного программного обеспечения, то основные достижения коммерческих систем лежат как раз в сфере управления ресурсами.
Ведущие компании IBM, Sun, Hewlett-Packard, Avaki, Oracle и др. заинтересованы в развитии пространственно распределенного компьютинга и связывают перспективы с переходом на протоколы и архитектуру Grid. Общие положения способа построения Grid на базе локальных систем управления распределенными ресурсами выглядят следующим образом:
- Модель служб OGSA рассматривается как будущий стандарт всей информационной индустрии, на основе которого будут строиться пространственно распределенные приложения. Через посредство служб приложения получают унифицированный дистанционный доступ к ресурсам виртуальной организации;
- Связующее программное обеспечение Grid “склеивает”, то есть делает доступными потребителям, географически разнесенные, принадлежащие разным административным доменам ресурсные пулы;
- Средства Grid для сбора и хранения информации снабжают виртуальную организацию метаданными о ресурсах, услугах и условиях их предоставления. OGSA специфицирует формат описаний и способ хранения метаданных в реестрах. На основе метаданных работают различные коммунальные службы Grid;
- Защита в виртуальной организации базируется на стандарте инфраструктуры безопасности (PKI (Public Key Infrastructure - Инфраструктура Открытых Ключей)) Grid, основанном на сертификатах X.509. PKI поддерживает однократную регистрацию пользователей, которая действует повсеместно, на всех ресурсных пулах.
1.2 Способы организации ресурсов GRID
Существует два способа организации ресурсов Grid. Первый способ, соответствующий направлению GT, можно назвать двухуровневым (или горизонтально интегрированным). В этой форме Grid образуется из совокупности комплексных, то есть содержащих множество компьютеров, узлов. Ресурсы отдельного узла находятся в автономном административном домене, связаны локальной сетью и обычно управляются системой пакетной обработки, которая играет роль локального Менеджера ресурса.
Узел включается в Grid через одну одну или несколько машин-шлюзов, на которые устанавливаются Grid- службы, и, таким образом ресурсы узла становятся доступны повсеместно. На такой способ организации ресурсов ориентирован GT, в котором поддержаны интерфейсы с системой пакетной обрабротки PBS, Condor, LSF, SGE и др. Виртуализация ресурсов происходит на уровне отдельных узлов Grid, а для обеспечения прозрачного доступа ко всем ресурсам виртуальной организации предполагается наличие службы глобальной виртуализации - брокера или диспетчера (рисунок 2). Описанный подход хорош для виртуальных организаций, которые опираются на развитую локальную инфраструктуру ресурсов. Однако, представляют интерес и ситуации, когда владельцы ресурсов не используют систему пакетных обработок, не могут позволить себе усложнять обслуживание имеющегося парка машин или создают Grid на короткое время для совместного выполнения конкретного проекта. В таких обстоятельствах более подходящим может быть второй способ организации Grid - одноуровневый (или с вертикальной интеграцией).
Рисунок 2 - Двухуровневый горизонтально интегрированный Grid
В одноуровневой архитектуре ресурсы - пространственно распределенные компьютеры - интегрируются через управляющий центр, который, с одной стороны, представляет собой точку доступа ко всем ресурсам, а, с другой стороны, выполняет функции Менеджера ресурсов, управляя ресурсами и виртуализируя их (рисунок 3).
Рисунок 3 - Одноуровневый вертикально интегрированный Grid
Одноуровневый подход был предложен в проектах SETI@home и Distributed.net, но использовался для решения достаточно специальной по сравнению с целями Grid задачи - организации счета отдельных приложений на глобально распределенных ресурсах. Дальнейшее развитие одноуровневого подхода, выразившееся в появлении средств запуска и управления заданиями в продуктах нескольких компаний: Entropia, DataSynapse, United Devices, Parabon Computing, показало возможность его применения в Grid, то есть в среде для выполнения множества разных приложений. Следует отметить, что до недавнего времени существовало препятствие для создания Grid с помощью коммерческих систем: поскольку все они опирались на частные протоколы дистанционного взаимодействия, область действия построенных на их базе инфраструктур была ограничена корпоративным уровнем. Но положение меняется - перечисленные выше компании в той или иной степени принимали участие в разработке протоколов для архитектуры OGSA и имеют конкретные планы перехода от частных решений к стандартам, утверждаемым Grid -сообществом.
Проводя далее сравнение двухуровневого и одноуровневого подхода мы исходим из того, что в перспективе они могут стать взаимодополняющими способами построения Grid, а некоторые технологии, разработанные под определенный контекст, представляют ценность и в более широком плане [1].
2. МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ПОНЯТИЕ МОНИТОРИНГА
Термин «мониторинг» обозначает наблюдение, анализ и оценку состояния окружающей среды, её изменений под влиянием хозяйственной деятельности человека, а также прогнозирование этих изменений. Испытывая на себе результаты разрушающего действия воды, ветра, землетрясений, снежных лавин и т. п., человек издавна реализовал элементы мониторинга, накапливая опыт предсказания погоды и стихийных бедствий. Такого рода знания всегда были и сейчас остаются необходимыми для того, чтобы по возможности снизить ущерб, причиняемый человеческому обществу неблагоприятными природными явлениями и, что особенно важно, уменьшить риск человеческих потерь. Последствия большинства стихийных бедствий необходимо оценивать со всех сторон [4].
2.1 Подходы GRID технологии в системах мониторинга окружающей среды
Современный этап развития систем экологического мониторинга, прогнозирования чрезвычайных ситуаций и поддержки принятия соответствующих решений характеризуется глобализацией поставленных задач и активным использованием данных из разных источников, в первую очередь, спутниковых наблюдений. На решение таких задач не только в региональном, но и в глобальном масштабе, направлены международные многочисленные программы и инициативы, в том числе GEOSS, GMES и INSPIRE. Эти инициативы предполагают совместное использование продуктов и интеграцию региональных и национальных систем спутникового мониторинга. Детально рассматриваются проблемы, возникающие в процессе интеграции региональных или национальных систем, а также обсуждаются возможные пути их решения. Подавляющее большинство предлагаемых технологий реально апробировано в процессе создания международных систем спутникового мониторинга [2].
Возможны два подхода к интеграции систем мониторинга: на уровне обмена данными результатами их обработки либо на уровне совместного решения задач в рамках общей инфраструктуры.
Первый подход гораздо проще в реализации. Для его воплощения требуется лишь обеспечение стандартизованного обмена данными между приложениями, наличие общего каталога метаданных, а также общего программного и Web-интерфейса. Такой подход применяется для интеграции систем спутникового мониторинга Института космических исследований РАН-НКАР (ИКИ РАН-НКАР). Для обмена данными между системами используется протокол WMS (Web Map Service -- протокол для выдачи географически привязанных изображений через Интернет), а для реализации интерфейса пользователя -- шаблон на основе толстого клиента и программное обеспечение OpenLayers (библиотека, написанная на JavaScript, предназначенная для создания карт на основе программного интерфейса).
Второй способ интеграции систем более сложный. Он предполагает взаимодействие систем на уровне решения задач, то есть запуска приложений, использования отдельных моделей, совместного использования данных и вычислительных ресурсов. Помимо стандартизации обмена данными и наличия общего программного и пользовательского интерфейса в данном случае необходимо обеспечить единую политику безопасности, общую вычислительную инфраструктуру, согласованное планирование и запуск задач и мониторинг нагрузки. Такой подход возможен только на основе интеграции отдельных Grid-систем. Получаемую в результате инфраструктуру можно назвать Inter-Grid.
2.2 Задачи обеспечения взаимодействия Grid-систем и способы их решения
При разработке средств взаимодействия Grid-платформ можно выделить ряд задач, решение которых позволит реализовать большую часть функциональности Grid и использовать высокоуровневые сервисы на ее основе с учетом специфики задач спутникового мониторинга. К таким задачам относятся следующие:
-- обеспечение взаимодействия между системами безопасности разных Grid-платформ;
-- реализация надежной передачи файлов между Grid-платформами;
-- реализации высокоуровневого доступа к геопространственной информации.
-- запуск и мониторинг задач на ресурсах разных Grid-платформ;
Для отработки методов решения вышеупомянутых задач было выбрано две Grid-платформы: Globus Toolkit v4 и gLite v3, поскольку абсолютное большинство других платформ в той или иной степени совместимы с ними.
2.3 Предпосылки создания Inter-Grid системы
На данный момент в мире сложилась ситуация, когда разные космические агентства и организации, связанные с обработкой космических данных либо уже имеют собственные Grid-инфраструктуры (ESA, NASA, JAXA), либо находятся в процессе их создания (CNES, CNR, НАНУ и НКАУ). Активное развитие Grid-подхода в данной области обусловлено распределенностью космических данных. Кроме того, создание продуктов обработки космических данных разных уровней требует использования моделей, интеграции данных разной природы, и, как следствие, больших вычислительных мощностей, которые не всегда имеются в каждой отдельной организации. Создание интегрированной Grid-инфраструктуры поддерживается международными инициативами, в том числе GEOSS и GMES. В области наук о Земле Grid-технологии активно развиваются в рамках EGEE (например, проект DEGREE, http://eu-degree.eu/). Инициирован ряд международных проектов, направленных на объединение Grid-систем. Среди них особо следует отметить проект Wide Area Grid (WAG), поддерживаемый рабочей группой по информационным системам и сервисам WGISS комитета CEOS, в котором активное участие принимает и НКАР. В России имеются все предпосылки для активного включения в международные интеграционные процессы. НКАР и РАН инициировали совместную программу по созданию российского сегмента GEOSS (система GEO-UА), информационная инфраструктура которой базируется на Grid-технологии (UASpaceGrid). Разрабатываемая система спутникового мониторинга основывается на международных стандартах обмена данными и допускает естественное объединение с другими стандартизованными системами. Организован Grid-сегмент Российская академии наук (РАН), включающий в себя вычислительные мощности ведущих институтов РАН. С 2007 года Россия является членом программы EGEE (Enabling Grids for E-sciencE -- проект, направленный на построение Grid-инфраструктуры), что облегчает взаимодействие с другими Grid-системами в рамках этой программы. В рамках реализации проекта WAG и нескольких других международных проектов в настоящее время создается Inter-Grid инфраструктура, объединяющая ресурсы России, Китая и ESA для совместного решения задач мониторинга наводнений на основе интеграции данных разной природы и усвоения их в модели. Таким образом, приобретает актуальность задача изучения и разработки средств взаимодействия Grid-систем, которые в общем случае могут быть реализованными на разных платформах (Globus Toolkit, gLite, NorduGrid, Alien и т.д.) [3].
2.4 Высокоуровневый доступ к геопространственной информации
Главной особенностью Grid-систем спутникового мониторинга является использование геопространственных данных разного пространственного и временного разрешения. Поэтому высокоуровневый доступ к геопространственной информации является важнейшей задачей InterGrid систем, связанных с обработкой спутниковой информации. Эта функциональность может быть реализована двумя способами: через сервис WSRF и через контейнер OGSA-DAI.
Схема организации доступа к геопространственным данным через WSRF-сервис показана на рисунке 4. Преимуществом такого подхода является простота реализации базовой функциональности (при наличии соответствующих программных средств), а также простота развертывания. Однако дополнительная функциональность -- обеспечение безопасности, индексирование и т.п. -- должна быть реализована вручную. Кроме того, при таком подходе сложно обеспечить интеграцию с другим программным обеспечением обработки данных.
Рисунок 4 - Доступ к геопространственным данным через сервис WSRF
Второй подход к организации доступа к высокоуровневым данным состоит в использовании контейнера OGSA-DAI (рисунок 5).
Рисунок 5 - Доступ к геопространственным данным через контейнер OGSA-DAI
При таком подходе большая часть проблем реализации решается автоматически, в том числе вопросы безопасности, надежность передачи данных между различными источниками. Инфра-структура является легко расширяемой и совместимой с другими системами обработки данных.
Однако обработка исключений и добавление новых функций требует гораздо большее серьезных усилий и навыков, чем при первом подходе. Кроме того, в этом случае требуется установка дополнительного программного обеспечения.
2.5 Пример интеграции систем мониторинга на уровне данных
Первый подход к интеграции систем спутникового мониторинга -- на уровне обмена данными -- апробирован при отработке взаимодействия между системами ИКИ РАН-НКАР и ИКИ РАН на примере задач сельскохозяйственного мониторинга. Российская система спутникового мониторинга на основе стандарта WMS предоставляет данные по индексу NDVI, пожарам и базовую картографию. В домене ИКИ РАН-НКАР развернуты два WMS-сервера, обеспечивающие продукты MODIS (точечные данные) и модельные данные по температуре земной поверхности, а также векторные данные наземных метеоизмерений. Интеграция данных реализована по шаблону толстого клиента на базе программного обеспечения OpenLayers с поддержкой технологии AJAX (Asynchronous Javascript and XML -- асинхронный JavaScript и XML). Схема организации взаимодействия показана на рисунке 6.
Рисунок 6 - Схема интеграции систем мониторинга на уровне данных
Выбранная технология обладает следующими преимуществами: обеспечивается поддержка кэширования слоев и оптимизация загрузки изображений за счет разбиения всей отображаемой области на фрагменты. Это существенно ускоряет отображение результатов в интерфейсе пользователя. Дополнительным преимуществом такой технологии является отсутствие необходимости в серверной части, обеспечивающей интеграцию данных. Вся функциональность по извлечению данных из разных систем мониторинга и их отображению реализуется на стороне клиента. Пример интерфейса пользователя показан на рисунке. 7, где одновременно отображены данные обеих систем мониторинга: карта индексов NDVI из системы мониторинга ИКИ РАН и карта температуры земной поверхности с сервера ИКИ РАН-НКАР.
Рисунок 7 - Интерфейс пользователя на основе OpenLayers
Второй подход к интеграции систем мониторинга -- на уровне выполнения задач -- был использован для разработки сегмента Wide Area Grid (WAG) в рамках проекта, инициированного Французским космическим агентством CNES, а также проекта CAT-1. Целью этих проектов является создание Grid-системы, объединяющей ресурсы космических агентств и других организаций разных стран с целью решения задач GEOSS и GMES. В разработанном сегменте объединены ресурсы ИКИ РАН-НКАР, Remote Sensing Ground Station of CAS (China). Текущее состояние Inter-Grid системы, разрабатываемой в рамках проектов CAT-1 и WAG, представлено на рисунке 8. Все организации, представленные в данном сегменте, предоставляют свои вычислительные ресурсы для решения задач мониторинга окружающей среды в контексте GEOSS . На данный момент в Inter-Grid-системе выполняются следующие задачи: моделирование метеорологических параметров с помощью численной модели WRF; картографирование площадей затопленных территорий с помощью радиолокационных данных спутников ERS и ENVISAT.
Рисунок 8 - Текущая InterGrid инфраструктура, создаваемая в рамках проектов CAT-1 и WAG
Кроме вычислительных ресурсов, ИКИ РАН-НКАР и RSGS of CAS имеют возможность представлять в сегменте свои архивы данных, которые могут быть использованы для решения тематических задач [5].
3. ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
3.1 Важность обеспечения охраны труда при работе на компьютере
Работа на персональном компьютере влияет на здоровье человека не самым лучшим образом. В настоящее время практически ни одно предприятия не обходиться без компьютера. Использование компьютерных технологий позволяет создавать базы данных, отчеты. Людям с ограниченными возможностями, инвалидам компьютер помогает получить образование, работать. С созданием всемирной сети Internet человек может получить практически любую информацию, сделать покупки и завести друзей, не выходя из дома. На многих крупных заводах всем производством управляют компьютерные программы. Именно за компьютерными технологиями будущее. Исследования космоса и морских глубин все производится через компьютер.
Целью является узнать, какие негативные последствия оказывает компьютер, как с ними бороться и как сохранить свое здоровье.
3.1.1 Негативное влияние компьютера на организм человека
Компьютеры влияют на разные системы органов организма человека. Особенно опасно влияние электромагнитных излучений, ухудшение зрения, нарушение психики, особенно у подростков, заболевания мышц и суставов.
Основные вредные факторы, действующие на человека за компьютером:
- сидячее положение в течение длительного времени;
- воздействие электромагнитного излучения монитора;
- утомление глаз, нагрузка на зрение;
- перегрузка суставов кистей;
- стресс при потере информации.
3.1.1.1 Шум
Тому, кто простоял хотя бы одну смену в среднестатистическом цеху, трудно объяснить, что шум компьютеров вреден. Действительно, не так уж они и шумят. Однако, утомление от такого шума - это легко наблюдаемый факт. Вопрос только в том, что больше влияет на утомляемость, конкретная модель вентилятора или, например, акустика комнаты. Даже сами представители "авторитетных" комиссий не смогут это точно определить. С другой стороны, степень износа вентилятора и количество смазки в нём значительно больше влияют на шум, чем изначальный выбор модели.
В свете появления систем водяного охлаждения и вентиляторов с уровнем шума менее 20 дб, стоит начать говорить не об уровне и характере шума, а о наличии его вообще.
3.1.1.2 Электромагнитное излучение
Слово "радиация" (radiation) в документации к ПК означает всего лишь "излучение". Такое же, как у Солнца.
Электромагнитное излучение увидеть невозможно, а представить не каждому под силу, и потому нормальный человек его почти не опасается. Одним из наиболее распространенных источников электромагнитного излучения является компьютер. Наибольшее излучение не со стороны монитора, а со стороны задней стенки.
Компьютер создает вокруг себя поле с широким частотным спектром, который представлен:
- электростатическим полем;
- переменным низкочастотным электрическим полем;
- переменным низкочастотным магнитным полем.
Вредными факторами могут быть так же:
- рентгеновское и ультрафиолетовое излучение электронно-лучевой трубки дисплея ПК;
- электромагнитное излучение радиочастотного диапазона;
- электромагнитный фон.
Электростатическое поле способствует тому, что частицы мельчайшей пыли оседают на руках лице и шее, вызывая аллергические реакции, сухость кожи и волос. В помещении, где работают компьютеры, должна быть хорошая система вентиляции. Минимальная площадь на один видеомонитор 9-10 м2 Компьютеры, помещенные в сильные электромагнитные поля, становятся неустойчивыми в работе, возникает эффект дрожания изображения на экране мониторов, существенно ухудшаются их эргономические характеристики. Специалисты советуют принять во внимание следующее:
1. Помещение, где эксплуатируются компьютеры, должно быть удалено от посторонних источников электромагнитных излучений (электрощиты, трансформаторы, кабели электропитания с мощным электропотребителями, радиопередающие устройства и т.д.).
2. Если на окнах помещения имеются металлические решетки, то они должны быть заземлены. Как показывает опыт, несоблюдения этого правила может привести к резкому локальному повышению уровня полей в какой либо точке помещения и сбоям в работе компьютера.
3. Групповые рабочие места, желательно размещать на нижних этажах здания. Вследствие минимального значения сопротивления заземления именно на нижних этажах зданий существенно снижается общий электромагнитный фон на рабочих местах с компьютерной техникой.
3.1.1.3 Ухудшение зрения
Человеческое зрение абсолютно не адаптировано к компьютерному экрану, люди привыкли видеть цвета и предметы в отраженном свете, что выработалось в процессе эволюции. Экранное же изображение самосветящееся, имеет значительно меньший контраст, состоит из дискретных точек - пикселей. Утомление глаз вызывает мерцание экрана, блики, неоптимальное сочетание цветов в поле зрения.
Более 90% пользователей компьютеров жалуются на жжение или боли в области глаз, чувство песка под веками, затуманивание зрения и др. Комплекс этих и других характерных недомоганий с недавнего времени получил название «Компьютерный зрительный синдром». Влияние работы с монитором в значительной степени зависит от возраста пользователя, от состояния зрения, а также от интенсивности работы с дисплеем и организации рабочего места.
3.1.1.4 Мерцание изображения
Экран CRT-монитора мигает некоторое количество раз ежесекундно. Чем выше частота этих "миганий" - тем меньше нагрузка на глаза. Каждый раз, когда производителям мониторов удавалось немного увеличить частоту мерцания монитора, это преподносилось как революционный прорыв в борьбе за сохранность глаз.
3.1.2 Проблемы опорно-двигательного аппарата
Боли в пояснице и в основании шеи запросто могут привести к болезням вен и суставов конечностей. "Синдром программиста" (боли между лопатками) представляет опасность для сердца и лёгких. Он обычно сопровождается спазмом трапециевидных мышц, которые в попытках спасти позвоночник пережимают артерии, идущие к мозгу (помните давящие боли затылке). Чуть выше может защемиться нерв, идущий к лицу и среди прочего контролирующий глаза, именно так и появляется временное ухудшение зрения, которое не лечится очками, но проходит после работы с позвоночником на специальном тренажёре. Боли в середине спины, на стыке грудного и поясничного отделов, обещают пользователю гастрит, а то и язву желудка, но задолго до этого обеспечивают беспричинным "общим утомлением".
Самый же лучший и эффективный совет за здоровый позвоночник: раз в 40-45 минут сделайте перерыв. Встаньте, пройдитесь, подвигайтесь (как именно - вы почувствуете) потянитесь (наклоны особенно хороши). Помогает не до конца, но очень сильно.
3.1.3 Влияние компьютера на мышцы и суставы
Ухудшение зрения и умственное перенапряжение - это еще далеко не все осложнения, «даруемые» компьютером. Мало кто, проведя за клавиатурой энное количество часов, не испытывал боли в области шеи и позвоночника, онемение шеи, боли в плечах и пояснице, покалывания в ногах. Но бывают и более серьезные заболевания как остеохондроз или синдром запястного тоннеля.
Нельзя сказать, что синдром запястного канала (тоннеля) не проявлял себя раньше, но в последнее десятилетие, в основном в связи с распространением компьютерной техники. Поскольку канал узкий, в нем может произойти сдавливание всех находящихся образований. Больше всего страдает при этом серединный нерв, отчего появляются вначале онемение, чувство «ползанья мурашек», жжение, боли в первом, втором и половине третьего пальца. Боль может распространиться в предплечье, и даже плечо. Больно становиться сжимать пальцы, двигать кистью, даже опускать руки вниз. Человек становиться нетрудоспособным.
3.1.4 Нагрузка на нервную систему
Самым уязвимым местом пользователя ПК являются не глаза, как принято полагать, а нервы. Например, мерцание экрана, практически безвредное для глаз, сильно напрягает нервную систему. Шум вентиляторов медленно, но верно расшатывает нервы. Если к этому добавить вышеописанные проблемы с глазами и позвоночником, которые тоже нагружают нервную систему, то общая картина получится печальная.
Общее утомление нервной системы приводит к иллюзии физической усталости, снижению чувствительности органов чувств (не только зрения и слуха, но и всех остальных), нарушению координации движений и чувства равновесия, а также к нарушениям давления и спазмам сосудов. Последние два фактора сделали кофе одним из самых любимых напитков пользователя ПК, так как кофе, который и сам портит нервы, при этом ненадолго снимает внешние проявления. Головной мозг у пользователя ПК подвергаются такому жестокому разгону, какому не подвергался ни один процессор в мире.
3.1.5 Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы
В Санитарно-эпидемиологических правилах и нормативах СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 предъявляются требования для компьютеров:
2.1 ПЭВМ должны соответствовать требованиям настоящих санитарных правил и каждый их тип подлежит санитарно-эпидемиологической экспертизе с оценкой в испытательных лабораториях, аккредитованных в установленном порядке.
2.2 Перечень продукции и контролируемых гигиенических параметров вредных и опасных факторов в приложении А (таблица 1).
2.3 Допустимые уровни звукового давления и уровней звука, создаваемого ПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в приложении А (таблица 2).
2.4 Временные допустимые уровни электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых ПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в приложении А (таблица 3).
2.5 Допустимые визуальные параметры устройств отображения информации представлены в приложении 1 (таблица 4).
2.6 Концентрации вредных веществ, выделяемых ПЭВМ в воздух помещений, не должны превышать предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для атмосферного воздуха.
2.7 Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса ВДТ (на электроннолучевой трубке) при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 1 мкЗв/час (100 мкР/час).
2.8 Конструкция ПЭВМ должна обеспечивать возможность поворота корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскости с фиксацией в заданном положении для обеспечения фронтального наблюдения экрана ВДТ. Дизайн ПЭВМ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.
2.9. Конструкция ВДТ должна предусматривать регулирование яркости и контрастности.
2.10. Документация на проектирование, изготовление и эксплуатацию ПЭВМ не должна противоречить требованиям настоящих санитарных правил.
3.2 Утилизация компьютеров
Трудно представить сегодняшнюю жизнь без персонального компьютера (ПК), электроники, мобильного телефона. ПК всюду - дома, на работе, школе, ВУЗе, аптеке, банке, на вокзале, магазине, больнице и т.д.Информатизация общества в полном объеме. Базы данных, огромные потоки различной информации, Internet - привычные слова и понятия. Количество персональных компьютеров растет с каждым годом.
Согласно данным Программы ООН по защите окружающей среды (ЮНЕП), каждый год человечество выбрасывает на свалку до 50 миллионов тонн "электронного мусора", и этот показатель постоянно растет. Примерно четверть всех отходов -это электро- и электронные приборы и техника, рост этого показателя составляет 2,5 - 4% в год. При этом отмечается, что неправильная утилизация орг.техники приводит к высвобождению опасных химикатов и тяжелых металлов в окружающую среду.
Проблема переработки отходов может серьезно обостриться, когда, заметно сокращаются и сроки морального старения электронной аппаратуры: если в 1992 году компьютером пользовались в среднем четыре с половиной года, то сейчас компьютер морально устаревает уже за год-два года после приобретения.
В общей массе электрического мусора доля ИТ- и телеком - оборудования невелика - около 10-15%.
По оценкам Управления охраны окружающей среды США (EPA), 1% из 210 млн. тонн твердых отходов, собираемых ежегодно в стране, приходится на долю электронных изделий. Это - старые телевизоры, ПК, принтеры и другой устаревший высокотехнологичный скрап. Но рост объемов электронных отходов - лишь часть, и отнюдь не самая серьезная часть, проблемы. Все чаще экологи обращают внимание на наличие в отходах, пусть в незначительных количествах, токсичных веществ и загрязняющих окружающую среду тяжелых металлов (свинца, кадмия, сурьмы, бериллия, хрома, ртути). К токсичным материалам относятся тяжелые металлы - свинец (в ЭЛТ и паяных соединениях компонентов), кадмий (в батареях питания), сурьма (в средствах подавления пламени, герметиках и в припое стеклянных панелей ЭЛТ), бериллий (в соединителях сотовых телефонов и ПК ранних моделей), хром (в металлических покрытиях), ртуть (в малых количествах в индикаторных лампах плоских дисплеев).
В кинескопных мониторах содержится немало соединений свинца. Другая категория продукции, содержащая опасные элементы, - ноутбуки. В аккумуляторах и экранах устаревших моделей имеется определенное количество ртути, которая также очень опасна для организма и окружающей среды. То же самое относится и к батареям питания и аккумуляторам, содержащим такие металлы, как свинец, кадмий, цинк и никель.
В 2000 году из муниципальных отходов, содержащих свинец, около 30%, представляли собой отходы электронной продукции.
3.2.1 Опасные компоненты компьютера
На данной схеме показаны опасные компоненты персональных компьютеров.
Свинец в электронно-лучевой трубке и припое (в стеклоприпое, соединяющем плоскую часть с раструбом кинескопа, около 75% свинца, а в самом раструбе - около 25%); мышьяк в более старых версиях ЭЛТ, триоксид сурьмы как подавитель огня, подавители огня в пластиковых корпусах, кабелях и печатных платах, селен в печатных платах (схемы выпрямления), кадмий в печатных платах и полупроводниках, хром как компонент стали для предотвращения ржавления, кобальт как компонент с магнитными свойствами, ртуть в переключателях.
В среднестатистическом 17-дюймовом ЭЛТ-мониторе содержится 1-2 килограмма свинца, большая часть которого сосредоточена в трубке. Столько же, или ещё больше свинца можно обнаружить в сотне отслуживших своё материнских плат. Свинец при воздействии на организм человека поражает человеческие почки, кровь, центральную нервную систему и вызывает самые разнообразные врождённые уродства.
В той же сотне материнских плат может содержаться более порядка трёх килограмм так называемых хлорорганических ретардантов - бромированных огнезащитных составов (BFR), которые используются во многих других комплектующих, а также в кабелях, и в упаковке. Различные типы этих соединений по-разному действуют на организм человека, но все они могут вызывать гормональные нарушения и отрицательно влиять на работу мозга.
С некоторой натяжкой можно считать токсичными вещества, которые некоторое время выделяются из пластиковых деталей ПК. Тот самый характерный "запах нового компьютера". Практика показывает, что целый день, проведённый в душном помещении, заваленном новыми корпусами ПК, может оказать заметное отравляющее воздействие. Этот запах стоит учитывать как вредный, но важно помнить, что он исчезает за несколько дней, в крайнем случае, недель.
Кадмий, который содержится в батарейках, может накапливаться в организме, и способен приводить к заболеваниям почек и лёгких, а также к остеопорозу (заболеванию костей). Использование ртути в элементах питания постепенно прекращается, однако этот опасный для мозга человека металл всё ещё применяется в ЭЛТ-мониторах, коммутаторах, реле и различных датчиках.
Хром, выступающий во многих случаях в качестве защиты от коррозии, способен вызывать целый спектр аллергических реакций и даже приводить к повреждению ДНК.
В самой разнообразной электронике применяется поливинилхлорид (ПВХ)- из него выпускают оплётки для кабелей и элементы корпусов. Между тем, ПВХ выделяет диоксины, которые являются сильными канцерогенами. В отличие от органических отходов, техногенный мусор невозможно утилизировать, используя природные процессы регенерации. Более того, учитывая присутствие во многих компонентах тяжелых металлов и ядовитых веществ, сжигать его подобно бытовым отходам тоже нельзя. Переработка устаревшей электроники требует значительных усилий и представляет собой немалую проблему. Игнорировать ее невозможно, потому что она несет серьезную угрозу для экологии.
3.2.2 Процесс переработки
В принципе, любой компьютер или телефон можно переработать и пустить во вторичное использование. При грамотной утилизации около 95% отходов техники способны вернуться к нам в том или ином виде, и примерно 5% отправляются на свалки или федеральные заводы по переработке твердых бытовых отходов. Соотношение ручного и автоматизированного труда на фабриках по переработке компьютерной техники зависит от ее типа. Для монитора это соотношение примерно 50 на 50 - разборка старых кинескопов является довольно трудоемким занятием. Для системных блоков и оргтехники доля автоматических операций выше. НР впервые предложила переработку отслужившей свой срок продукции еще в 1981 году. Сегодня НР обладает инфраструктурой по сбору и переработке использованных ПК и оргтехники в 50 странах мира. В год утилизации подвергается около 2,5 млн. единиц продукции. В одном только 2007 году НР переработал около 100 тыс. тонн списанного оборудования и расходных материалов, - почти в полтора раза больше, чем годом ранее.
Первый этап всегда производится вручную. Это - удаление всех опасных компонентов. В современных настольных ПК и принтерах таких компонентов практически нет. Но переработке подвергаются, как правило, компьютеры и техника, выпущенные в конце 90-х - самом начале 2000-х годов, когда плоских жидкокристаллических мониторов просто не существовало. А в кинескопных мониторах содержится немало соединений свинца. Другая категория продукции, содержащая опасные элементы, - ноутбуки. В аккумуляторах и экранах устаревших моделей имеется определенное количество ртути, которая также очень опасна для организма. Важно отметить, что в новых моделях ноутбуков от этих вредоносных компонентов избавились.
Затем удаляются все крупные пластиковые части. В большинстве случаев эта операция также осуществляется вручную. Пластик сортируется в зависимости от типа и измельчается для того, чтобы в дальнейшем его можно было использовать повторно. Оставшиеся после разборки части отправляют в большой измельчитель, и все дальнейшие операции автоматизированы. Во многом технологии переработки позаимствованы из горного дела - примерно таким же способом извлекают ценные металлы из породы.
Измельченные в гранулы остатки компьютеров подвергаются сортировке. Сначала с помощью магнитов извлекаются все железные части. Затем приступают к выделению цветных металлов, которых в ПК значительно больше. Алюминий добывают из лома посредством электролиза. В сухом остатке получается смесь пластика и меди. Медь выделяют способом флотации - гранулы помещают в специальную жидкость, пластик всплывает, а медь остается на дне. Сама эта жидкость не ядовита, однако, рабочие на заводе используют защиту органов дыхания - чтобы не вдыхать пыль.
В данный момент можно с уверенностью сказать о том, что закон о утилизации компьютеров необходим, так как в действительности мы не должны негативно влиять на окружающую нас среду. Но в нашей стране все гораздо проще, существует очень много компании, которые с удовольствием примут заказ на утилизацию старого оборудования, вам не придется длительное время проводить за документами, которые необходимы для утилизации, ваши компьютеры смогут забрать компании, занимающиеся утилизацией. Все что от вас потребуется -- это правильно оформленное списание, помните, что списание компьютеров можно без особых сложностей осуществить при помощи специальных компаний, а так же составление всего одного документа на утилизацию оргтехники. Стоимость таких услуг не велика, и вы безусловно сможете позволить себе сделать окружающий мир чище.
геопространственный информация компьютер высокоуровневый
4. ОРГАНИЗАЦИОННО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Оценка социально-экономической эффективности затрат на охрану окружающей среды позволили определить пути совершенствования. Общая (абсолютная) экономическая эффективность средозащитных затрат определяется двумя вариантами:
1) как отношение годового объема полного экономического эффекта П к сумме вызвавших этот эффект эксплуатационных расходов Р и капитальных вложений К, приведенных к одинаковой размерности:
2) как отношение разности годового объема полного экономического эффекта П и эксплуатационных расходов на содержание и обслуживание средозащитных объектов Р к капитальным вложениям К :
Главной задачей при оценке эффективности средозащитных мероприятий является определение предотвращенного ущерба П.Формулы и укрупненные показатели для расчета эффекта в виде предотвращенного ущерба. Полный экономический эффект П может быть определен как произведение укрупненного показателя удельного эффекта (ущерба) на объем сбрасываемых в природные водоемы стоков, определяемый как разница приведенных объемов сточных вод до| и после осуществления средозащитного мероприятия:
где kj, ко -- концентрация отдельного загрязняющего вещества в сточных водах соответственно до и после проведения мероприятий (мг/л); Cj -- ПДК данного загрязняющего вещества в воде водоема (мг/л); V -- объем сточных вод (млн. м3/год).
Проведенные водоохранные мероприятия, и соответствующие им результаты экономической эффективности можно объединить в шесть групп (таблица 1).
I. Обшая (абсолютная) экономическая эффективность всех П до защитных затрат, рассчитанная по формуле (1), менее 0,1. Получена для 11,76 % мероприятий. Это в основном станции нейтрализации сточных вод гальванического производства, где улавливается до семи наименований вредных веществ. Экономическая эффективность, определенная по формуле (2) отрицательная, т.е. предотвращенный ущерб меньше эксплуатационных расходов. Для мероприятий этой группы средние значения приведенных затрат и расхода сточных вод, измеряемого в млн. м3/год, примем за 100 %.
П. Экономическая эффективность 0,1 -- 0,9 (по формуле (2)) получена для 35,29 % мероприятий, улавливающих вредные вещества различного наименования, на предприятиях различного профиля. Две трети этих мероприятий дают предотвращенный ушерб ниже эксплуатационных расходов. Среднее значение приведенных затрат -- 271 %, расхода сточных вод --820,22%.
Ш. Экономическая эффективность 1 -- 6 получена для 8,82 % мероприятий. На этих предприятиях сточные воды очищаются от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Предотвращенный ущерб выше эксплуатационных расходов. Экономическая эффективность, определенная по формуле (2) составляет от 0,5 до 3. Среднее значение приведенных затрат составляет 386 %. расхода сточных вод -- 11895,5 %.
IV. Экономическая эффективность 10--40 получена для 20,59 % мероприятий, половина из которых осуществлена на шахтах. Предотвращенный ущерб выше эксплуатационных расходов. Экономическая эффективность, определенная по формуле (2), составляет от 2,11 до 16,51. Среднее значение приведенных затрат 192,40 %. расхода сточных вод 7717.41 %.
V. Экономическая эффективность 150--600 получена для 17,64 % мероприятий, осуществленных на шахтах и металлургических заводах. Предотвращенный ушерб во много раз превосходит эксплуатационные расходы. Экономическая эффективность, определенная по формуле (2) составляет от 42 до 1047. Среднее значение приведенных затрат --177,25 %. расхода сточных вод 1421,35 %.
VI. Экономическая эффективность более 1500 получена для 5,88% водоохранных мероприятий по удалению золы и шлака. Экономическая эффективность, определенная по формуле (2) составляет 250. Среднее значение приведенных затрат --124,76 %, расхода сточных вод - 20 393,25 %.
Подобные документы
Подходы Grid-технологии в системах мониторинга окружающей среды. Задачи обеспечения взаимодействия Grid-систем и способы их решения. Высокоуровневый доступ к геопространственной информации. Важность обеспечения охраны труда при работе на компьютере.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 04.02.2014Проект автоматизации системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid. Анализ объекта управления, выбор оборудования. Реализация человеко-машинного интерфейса: центральный сервер, автоматизированные рабочие места, контроллеры активно-адаптивной сети.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 02.10.2013Рассмотрение основных этапов создания приложения "Записная книжка", основное предназначение. Анализ способов выбора среды программирования. Знакомство с элементом управления Data Grid View. Общая характеристика методов конструкции языка программирования.
контрольная работа [1002,4 K], добавлен 21.06.2014Организационная и экономическая характеристика ООО "Транссервискарс". Организация охраны труда, окружающей среды и энергосбережения на предприятии. Программное и системное обеспечение организации. Специфика технологического процесса обработки информации.
отчет по практике [225,9 K], добавлен 29.11.2012Свойства и классификация информации. Угрозы, безопасность информационных систем и модели системы безопасности. Основные задачи и программное обеспечение маркетингового анализа. Состав библиотеки типовых журналов и справочников. Основные понятия Grid.
шпаргалка [690,0 K], добавлен 22.04.2010Новые подходы к поиску и обработке информации в справочно-правовых системах. Основные возможности программных технологий СПС. Способы передачи информации. Основные поисковые и сервисные возможности. Экономическая эффективность информационных технологий.
контрольная работа [34,4 K], добавлен 19.11.2013Анализ нормативно-правовой базы, обоснование направлений создания обеспечения комплексной защиты информации в автоматизированных системах. Разработка методики оценки, выбор путей повышения эффективности защитных мероприятий в автоматизированных системах.
дипломная работа [368,5 K], добавлен 17.09.2009Анализ области автоматизации. Проектирование пользовательского интерфейса и баз данных. Выбор платформы создания информационной системы. Взаимодействие приложения с источниками данных. Оценка длительности и стоимости разработки программного обеспечения.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 09.08.2011Роль электронных образовательных ресурсов в управлении персоналом. Анализ работы отдела охраны труда и охраны окружающей среды в ИЯФ СО РАН. Разработка электронного образовательного ресурса для проведения инструктажа персонала по технике безопасности.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 09.01.2014Общая характеристика и функциональные возможности, внутреннее устройство и принцип работы спутниковых систем мониторинга, особенности их применения в сфере сельского хозяйства. Технология решения задачи мониторинга. Разработка программного обеспечения.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 15.05.2014
