Dynamický model rozptylu znečišťujících látek v ovzduší a GIS.


1. Úvod
          Znečišťující látky ( dále též ZL ) jsou plyny, aerosoly nebo tuhé částice, které představují stálou složku zemské atmosféry. Místně i časově se však mění jejich množství - koncentrace. ZL se dostávají do atmosféry z různých zdrojů. Část jsou přírodní zdroje, část antropogenní zdroje. Ta část ZL, která se dostává do atmosféry z přírodních zdrojů, je v reálných časových intervalech neovlivnitelná lidskou činností a je součástí atmosféry od předhistorické doby.
          Větším problémem současnosti jsou ZL emitované z antropogenních zdrojů. Přestože ve své sumě nedosahují množství ZL z přírodních zdrojů, jsou významnější pro člověka a ekosystémy, protože ZL z těchto zdrojů se obvykle vyskytují v atmosféře ve vyšších koncentracích. V místě, kde ZL opouští zdroj ji nazýváme emisí. Je to hmotnostní tok této látky za jednotku času. Obvykle se vyjadřuje v t/rok nebo g/s. Dále se mísí s ovzduším a pokud vane vítr je zároveň transformována ve směru větru (advekce) a rovněž se rozptyluje do stran a vertikálně. V průběhu transportu ZL atmosférou pak vyjadřujeme její koncentrace (hmotnostní nebo objemové, vyjádřené nejčastěji v mg/m3 nebo ppm objemových). Tato fáze je také nazývána transmisí (přenosem) ZL v ovzduší. Nejdůležitější je však impakt (vliv) ZL na objekty (nejčastěji vliv na člověka). Tyto objekty (receptory) se nejčastěji nacházejí na zemském povrchu. Pak hovoříme o imisích nebo přízemních koncentracích. Ty se rovněž vyjadřují jako hmotnostní nebo objemové koncentrace.
          Výše popsaný děj, zdánlivě jednoduchý, ovlivňuje mnoho faktorů. Vlivy, které budou působit na velikost koncentrací ZL v některém místě prostoru můžeme, rozdělit do tří skupin:           Všechny uvedené vlivy působí současně v komplexní soustavě, kterou lze vcelku popsat fyzikálně i matematicky.

2. Matematické modely rozptylu
          V současné praxi se používají dva typy modelů, které jsou principiálně odlišné. Odlišují se rovněž rozšířením v praxi, náročností matematického základu, náročností výpočtů i zadávání vstupních parametrů. Jsou to:           První z nich jsou založeny na přímém použití základních hydrodynamických a termodynamických rovnic, které se řeší numericky. Druhý používá analytické řešení na základě upravené rovnice difúze zjednodušené na základě praktických pozorování.
          První přístup se snaží o vyjádření stavu a časového vývoje mezní vrstvy reálné atmosféry. To je však značně obtížné vzhledem ke složitosti a nahodilosti turbulentního proudění v atmosféře, pro které neexistuje exaktní teorie. Vliv turbulence je zejména v oblastech v blízkosti zdroje emisí a při členitém povrchu neopomenutelný a jeho nezapočítání by velmi zkreslilo výsledky. proto tyto soustavy rovnic zahrnují určité zjednodušující předpoklady a odhadnuté nebo empiricky změřené součinitele. Dalším problémem při řešení těchto složitých numerických výpočtů soustav parciálních diferenciálních rovnic jsou značné nároky na výkon počítačů a dobu výpočtu.
          Druhý, analytický způsob řešení se lépe vyrovnává s časovou náročností a finanční nákladností výpočtu, proto se více rozšířil právě díky větší dostupnosti. Zjednodušení použitého řešení je však vykoupeno velkou nepřesností v blízkosti zdroje emisí a v členitém terénu.

2.1. Statistické modely
          V atmosféře probíhají děje náhodné v statistickém slova smyslu, turbulence znamená totiž stav, v němž okamžité rychlosti projevují nepravidelné, neuspořádané, náhodné pulzace, takže prakticky mohou být zkoumány a podrobeny analýze statistické vlastnosti. Statistické modely tedy popisují skutečné proudění zjednodušeným způsobem. Vycházejí ze zjednodušených předpokladů a okrajových podmínek :
1. Zdroj znečištění je bod s konstantním stálým únikem ZL.
2. Neexistují prostorové omezující podmínky.
3. Modelovaný případ je statický.
4. Difúze (rozptyl) ZL má statistické rozložení ve směru os y, z.
          Matematicky jsou statistické modely založeny na řešení rovnice difúze, kde se předpokládá převládající advekční transport ve směru větru. Ve směru vertikálním a horizontálním kolmém na směr proudění se pak statisticky popisuje turbulentní difúze pomocí normálního rozložení.
Charakteristika používaných statistických modelů.
SYMOS 97

          Hodnocení vlivů zdrojů plynných nebo prašných exhalací na znečištění ovzduší na území České republiky se provádělo podle doporučené metodiky "Výpočet znečištění ovzduší pro stanovení a kontrolu parametrů zdrojů", kterou v roce 1979 vydalo bývalé Ministerstvo lesního a vodního hospodářství ČSR. Jednalo se prakticky o přímou aplikaci základního Gaussovského modelu, doplněného o stanovení převýšení kouřové vlečky. Nebylo možno zahrnout vliv terénu, ani tvar zdroje.
          Metodika SYMOS 97 byla vydána v letošním roce. Zároveň byla zpracována jako SW pro počítače třídy PC s operačním systémem Windows NT, DOS/Windows 95, 97 i pro počítače třídy pracovních stanic s OS UNIX. Program dodává firma Idea Envi, s.r.o.
          Vzhledem k tomu, že tvůrci SW používali pro přípravu vstupních prostorových dat SW pro GIS Arc/Info, je přenos dat do modelu i přenos výsledků do GIS relativně snadný. Propojení tohoto modelu s GIS bylo provedeno zejména zejména kvůli možnosti porovnání s výsledky dynamického modelu.
ISC2
          Propojení statistických modelů rozptylu ISC a GIS bylo na našem pracovišti vyřešeno již před několika lety.

2.2. Dynamické modely
          Matematický model tvoří soustavu algebraických a parciálních diferenciálních rovnic, která je řešena metodou konečných objemů (případně konečných prvků). Definice okrajových podmínek na hranici oblasti umožňuje vnést do modelu fyzikální podstatu děje, to znamená reálné charakteristiky prostorových prvků, omezujících proudění, meteorologické charakteristiky - zejména rozložení teploty, rozložení rychlosti horizontálního proudění a další. Pro řešení uvedených rovnic je k dispozici několik SW balíků, které jsou určeny k numerickým řešením proudění (CFD kódy). Tyto balíky SW nabízejí obvykle škálu možností pro zadávání okrajových podmínek. Okrajové podmínky na vstupu, výstupu a stěnách oblasti mohou být zadány jako konstanty, funkce, popř. derivace daných veličin.
          SW komplexy pro řešení takových úloh je možno rozdělit do 2 skupin:
1. Obecné CFD kódy - jsou určeny pro řešení jakýchkoli případů z oblasti termodynamiky. Sem patří např. Fluent, Phoenix, Fidap, Ansys-Flotran, Star 3D, aj. Tyto kódy umožňují numerické modelování nejrůznějších problémů souvisejících s prouděním.
2. Specializované CFD kódy - jsou určeny pro řešení speciálních případů, jako je např. rozptyl ZL v ovzduší. Zástupcem je např. SW Fluidyn Panache, který byl použit pro propojení s GIS.

3. Propojení dynamického matematického modelu rozptylu a GIS pro predikci havarijního úniku ZL
          Matematické modely rozptylu ZL v ovzduší jsou modely prostorové. Znamená to, že všechny vstupní parametry jsou prostorová data (data, která je možno lokalizovat v současném systému). Výstupy jsou rovněž prostorová data. Dosud bylo obvyklé, že vstupní data pro modelování se zadávala do modelu číselně - buď přímo interaktivně do SW pro modelování, nebo do připravených textových souborů. Přínosem technologie GIS je schopnost analyzovat prostorová data. SW pro GIS disponuje obvykle celou škálou nástrojů pro analýzu dat. Pokud se tedy propojí matematické modely prostorových jevů s GIS, je možno využít synergie obou systémů. V GIS je možno připravit prostorové vstupní údaje do modelu. Výstupy z modelu v číselné podobě je možno dále analyticky zpracovat a prezentovat prostředky GIS.

3.1 Vstupní předpoklady, zadání
          Zadáním praktického řešení bylo vytvoření a ověření prototypového propojení GIS a matematických modelů rozptylu pro řešení havarijního úniku ZL do ovzduší v případě nehody. Pro řešení byly vybrány představitelé dvou základních skupin modelů - statistický model a dynamický model. Problematika propojení statistických modelů a GIS byla již částečně řešena ve světě i autorem v předchozích pracích. Novým problémem, který bylo nutno řešit od počátku bylo propojení GIS a dynamického modelu.
          Pro praktické řešení byl zvolen vzorový příklad konkrétní technologie ve firmě Biocel Paskov a.s. Důvody pro tuto volby spočívaly v tom, že firma je umístěna v extravilanu a terén v okolí je rovinatý. To bylo důležité pro možnost porovnání se statistickým modelem.

Popis technologického zařízení skladu amoniaku a jeho funkce
          Sklad amoniaku zahrnuje dva válcové, ležaté, tlakové zásobníky kapalného amoniaku, každý o objemu 100m3 (průměr 3 m, délka 15 m), stáčecí rameno pro připojení potrubního rozvodu kapalného a plynného amoniaku na vagónovou cisternu, soustavu potrubí a armatur pro plynný a kapalný amoniak, kondenzační chladící jednotku typ KWN 81, řady 717, soupravu přístrojů dálkového a místního měření a regulace a soustavu potrubí a armatur pro vodní páru, chladící vodu a tlakový vzduch.
          Zařízení pro stáčení, skladování a dopravu amoniaku je ohraničeno na začátku stáčecími rameny kapalného a plynného amoniaku (pro připojení na vagónovou cisternu) a na konci automatickou regulací tlaku plynného amoniaku odváděného přes regulaci průtoku do provozních fermentorů a do naživovací nádrže.
          Skladovací kapacita je 2 x 57,5 tun kapalného amoniaku při 0°C a 0,438 MPa. Tlak v zásobníku závisí na teplotě zkapalněného amoniaku. Z jednoho ze zásobníků je stále odebírán plynný amoniak do fermentačního procesu. Denní spotřeba amoniaku je 12 - 15 tun. Tento odběr je ovládán regulačním ventilem dálkově z velínu.
          Jednou až dvakrát týdně se stáčí kapalný amoniak z vagónové cisterny do tlakového zásobníku. K tomuto plnění slouží pohyblivá stáčecí ramena, která se připojí na příruby cisterny. Před stáčením se jeden zásobník natlakuje vyhřátím (oba zásobníky jsou vybaveny topným hadem). Mezi zásobníky vznikne tlakový spád, který je udržován v průběhu celého stáčení. Při stáčení se páry amoniaku přepustí potrubím plynného amoniaku z natlakovaného zásobníku do parního prostoru cisterny a tlakem plynného amoniaku je kapalný amoniak z cisterny vytlačen do druhého zásobníku. Po stočení kapalného amoniaku se zbytkové páry amoniaku z cisterny odsají a zkapalní v kondenzační jednotce.
          Provozní podmínky při stáčení i skladování jsou ovlivňovány atmosférickou teplotou a provozními podmínkami celého provozního celku.
          Pro účely srovnání programů pro výpočet rozptylu byl zvolen konstantní únik amoniaku 29 kg/s plynné fáze ve směru kolmém na rovinu zemského povrchu, který odpovídá zlomení trubky plynné fáze o průměru 80 mm v blízkosti zásobníku.
           Amoniak NH3 je za normálních podmínek bezbarvý plyn pronikavého charakteristického zápachu s dráždivými a dusivými účinky. Amoniak je z hlediska ohrožení zdraví jedovatý a žíravý (leptavý), může způsobit vážné dočasné nebo trvalé zranění. Nejnižší koncentrace kdy je člověkem vnímána přítomnost amoniaku je 0,7 až 55 ppm. Při vyšších koncentracích dráždí ke kašli a k slzení, je toxický až při koncentracích několika tisíc ppm. Maximální koncentrace amoniaku v ovzduší, která u zdravé mužské populace při maximální expozici 30 minut nevyvolá ireverzibilní zdravotní změny nebo smrt (IDLH) je 300 ppm (starší hodnota 500 ppm). Okamžitá smrtelná krátkodobá expozice při koncentracích 5000 - 10000 ppm. Amoniak reaguje s vlhkostí na sliznatých tkáních (oči, kůže a dýchací ústrojí) za vzniku hydroxidu, který působí jako žíravina. Závažnost zranění závisí na koncentraci a trvání expozice. Při modelových výpočtech byly použity jednotné hodnoty zraňující koncentrace 500 ppm a smrtné koncentrace 5000 ppm.
           Molekulová hmotnost amoniaku je 17 (lehčí než vzduch). Teplota varu je -33,4 °C. Nebezpečí vznícení za vyšších teplot (teplota zápalnosti 650 °C). Výbušná koncentrace amoniaku ve vzduchu je 16% až 27% objemových. Amoniak je lehce rozpustný ve vodě. objemových. Konverzní faktor amoniaku: 1 ppm = 0,72 mg.m-3; 1 mg.m-3 = 1,38 ppm pro 25oC.

3.2 Použité programové a technické vybavení
Programové vybavení pro GIS
          Pro GIS byl vybrán SW ARC/Info verze 7.2.1, provozovaný v laboratoři GIS na FMMI VŠB-TU na katedře Ochrany ŽP v průmyslu. Tento SW balík je určen pro komplexní řešení GIS (vstup dat, ukládání, analýza, výstupy). Pro prezentaci výsledků byl pořízen SW Arc View 3D Analyst, který je určen k prezentaci 2D+ objektů.
Programové vybavení pro statistický model
          Pro reprezentaci skupiny statistických modelů byl vybrán SW SYMOS 97 firmy Idea Envi s.r.o., který je zpracováním oficiální metodiky modelování rozptylu ZL, vydané MŽPČR v letošním roce.
Programové vybavení pro dynamický model
          Jako zástupce dynamických modelů byl vybrán model, realizovaný SW PANACHE firmy Transoft International, který je specializovanou úpravou dynamického modelu proudění tekutin pro modelování rozptylu ZL z různých typů zdrojů.
Technické vybavení
          Pro praktické řešení bylo využíváno zařízení Laboratoře GIS na Katedře OŽP v průmyslu na naší fakultě.
1. SW Fluidyn Panache, který je zatím k dispozici pouze ve verzi pro PC byly využívány běžné personální počítače s operačním systémem Microsoft Windows NT 4.0
2. SW pro GIS byl instalován na grafických pracovních stanicích: 3. Výstupní zařízení: 3.3. Použitá data
SW Fluidyn Panache využívá pro charakteristiku prostorových okrajových podmínek geometrické charakteristiky a jejich vlastnosti, které ovlivňují proudění. Jedná se o prostorová data, která mohou být poskytnuta z GIS. Model Panache definuje pro tyto účely následující prostorové entity:
1. "DOMAIN" = Oblast modelování
* kvádr rovnoběžný s osou x definovaný souřadnicemi středu , výškou základny nad terénem a výškou horní plochy nad základnou.
2. "CURVE" = Vrstevnice
* linie řady bodů definovaná souřadnicemi tvořících bodů a výškou nad mořem .
3. "BUILDING" = Budova
* kvádr rovnoběžný s osou x definovaný souřadnicemi středu , výškou základny nad terénem a výškou horní plochy nad základnou
4. "FIELD" = Vegetace
* polygon definovaný souřadnicemi tvořících bodů obrysové čáry a atributy, charakterizujícími průměrnou výšku vegetace a objemovou hustotu listí, koeficient drsnosti.
5. "FOREST" = Les
* lesní a křovinatý porost definovaný definovaný souřadnicemi tvořících bodů obrysové čáry a atributy, charakterizujícími průměrnou výšku stromů, průměrnou výšku podrostu, hustotu listí v korunové části, hustotu listí v kmenové části, koeficient drsnosti.
6. 'WATER BODY' = Vodní plocha
* polygon definovaný souřadnicemi tvořících bodů obrysové čáry.
7. 'URBAN AREA' = Intravilan
* polygon definovaný souřadnicemi tvořících bodů obrysové čáry a atributy, charakterizujícími průměrnou výšku budov a tok antopogenního tepla.
8. 'MONITOR POINT' = Receptor
* bod, definovaný souřadnicemi x,y,z
9. 'ARBITRARY BUILDING' = Libovolná budova
* polygon definovaný souřadnicemi tvořících bodů obrysové čáry, výškou základny nad terénem a výškou horní plochy nad základnou.
10. 'METEO STN' = Meteostanice
* bod, definovaný souřadnicemi x,y,z a atributy, obsahujícími aktuální meteorologická data
          Tyto prvky musí obsahovat data v GIS. Bylo tedy nutno zvolit takový zdroj digitálních prostorových dat, který by vyhovoval požadavkům modelu. Data musí svou přesností a stupněm generalizace vyhovovat požadované podrobnosti modelování a velikosti modelované oblasti. Zároveň má být zdroj dat obecně dostupný, pokud možno standardní, aby mohlo být propojení GIS-Panache obecně použitelné kdekoli na území České republiky.
          Uvedeným požadavkům vyhovuje kombinace 2 zdrojů prostorových dat:
1. data z map katastru nemovitostí,
2. data z mapového díla základní mapy ČR v měřítku 1:10000.
          Současný stav tohoto díla je takový, že vektorová data, tvořící objekty z mapy 1:10000 jsou k dispozici ve formátu DGN, rozdělená do struktury tvořené kombinací vrstev (LAYER) a indexu barvy (COLOR). Všechny další atributy, které by blíže charakterizovaly objekty z mapového díla dosud nejsou k dispozici. Jednotlivé mapové listy jsou zpracovány vždy v souborech obsahujících výškopis a polohopis.
          Data polohopisu pro modelovanou oblast (čtverec o hraně 10000m se středem v potenciálním zdroji znečišťující látky) byla upravena tak, že byly spojeny mapové listy pokrývající tuto plochu. Z CAD souborů, obsahujících polohopis byla vytvořena topologická polygonová struktura. K takto vypracovaným datům byl přidán atribut TYP-PANACHE, který charakterizuje výše uvedené entity, používané jako prostorové okrajové podmínky modelování. Atribut byl automatizovaně vygenerován pro všechny polygonové prvky v ZABAGED na základě splnění podmínek výběru.(obr. 31)
          Data výškopisu obsahují bodové prvky (kóty) a liniové prvky (vrstevnice). Vrstevnice jsou dále rozděleny podle barvy do 3 skupin: ( viz kap. 4.4.7 o digitálních modelech terénu)
           Takto připravená prostorová data byla použita jako vstupní data pro dynamický model.

3.4. Převod dat z GIS do dynamického modelu
           Po konzultaci s výrobcem SW FLUIDYN PANACHE (Transoft International, Paris) byl dohodnut jako nejvhodnější vstupní formát textový soubor.
           Panache umožňuje vstup prostorových prvků (topografická plocha, topografická situace) třemi způsoby:
1. ruční editací na obrazovce ve čtvercové síti,
2. s využitím modulu DXFPAN přenos externích dat ve výměnném formátu pro CAD DXF,
3. pomocí textového souboru s přesně definovaným formátem.
          Cílem bylo převádět data z GIS do Panache zcela automaticky tak, aby výpočty dynamického modelu mohly probíhat na pozadí GIS bez zásahu operátorů GIS a bez nutnosti znalostí obsluhy SW Panache.
          V první fázi zpracování projektu byl vytvořen program uvnitř SW pro GIS pro konstrukci souborů DXF pro jednotlivé entity Panache. Po testech přímo u výrobce jsme ověřili, že modul DXFPAN nepřevádí korektně všechny DXF soubory. Proto byl vytvořen systém programových modulů uvnitř SW balíku pro GIS Arc/Info, který využívá analytických schopností pro manipulace s prostorovými daty tak, aby bylo možno korektně přenést všechny typy dat pro Panache (entity) s respektováním omezení, které tento SW má. Charakteristika těchto omezení je zřejmá z následující tabulky:


Omezení pro vyjádření entit Panache:

1. Neexistují topologické vztahy, každý polygon musí být definován zvlášť celou tvořící hranicí, celá oblast uzavřená touto čárou reprezentuje entitu - nejsou přípustné "ostrovy" v této oblasti.
2. Žádný z prvků nesmí být tvořen více než 200 lomovými body.
3. Pro jednu entitu nesmí být použito více než 128 prvků.
4. Oblast modelování musí ležet v kladných souřadnicích..
Vzhledem k způsobu definování entity typu BULDING a Domain je vhodné zavést další podmínku:
5. Osa x má být rovnoběžná s co nejvíce budovami, reprezentovanými entitou BUILDING.

Praktické řešení uvedených omezení:
ad 1. Byl vytvořen testovací program, který testuje všechna data v GIS tak, aby vybral prvky pro Panache vytvořené více než 200 body. Ukazálo se, že se to týká pouze některých vrstevnic v datech ZABAGED. Řešením je editace - rozdělení vybraných prvků.
ad 2. Pro vybranou oblast, řešenou dynamickým modelem (3000m2) se jednalo o prvky typu Building a Arbirtary Building. Při každém převodu dat je proto nejdříve automaticky vybráno 128 největších prvků pro danou entitu (test na plochu).
ad 3.,4. Data v GIS jsou vedena v souřadném systému JTSK. To znamená, že x a z osa jsou vzájemně zaměřeny oproti Kartérskému souřadnému systému a jejich směr je opačný. Data v těchto souřadnicích jsou proto obvykle v GIS vedena v Kartézském souřadném systému ve III. Kvadrantu a dosahují tedy značných záporných hodnot (řád. -1000000; -100000). Proto jsou původní data z reálného světa transformována do nového souřadného systému pro dynamický model.
ad 5. Směr osy x cílového systému volí obsluha GIS tak, že vybere budovu, s jejíž hranou bude osa x rovnoběžná. Velikost posunu dat se automaticky volí podle minimální souřadnice modelované oblasti tak, aby cílová data ležela vždy v kladném kvadrantu. Z polygonu vybrané budovy jsou automaticky vyhledány lomové body s nejnižšími souřadnicemi a transformovány do polohy rovnoběžné s osou x. Pak se provede otočení dat kolem rohu vybrané budovy do nového směru. Parametry transformace jsou uloženy, použity při transformaci ostatních dat a pro budoucí zpětnou transformaci.

Rozdělení budov do kategorií BUILDING, ARBITRARY BUILDING.
          Záměr je, aby bylo možno použít přímo dat z GIS, bez úpravy. Proto byl vytvořen modul, který testuje data z GIS a zařazuje je do jedné ze dvou uvedených kategorií v následujících krocích:
1. zda je kategorizace uvedena u příslušné budovy přímo v atributové databázi
2. zda je budova čtyřúhelník
3. zda je rovnoběžník (ve stanovené toleranci)
4. zda je obdélník nebo čtverec
5. zda je jedna její strana rovnoběžná s osou x (ve stanovené toleranci)

3.5. Přenos výsledků modelování z dynamického modelu do GIS

Rozbor problému
          V průběhu modelování v prostředí Panache jsou produkovány výsledky jednotlivých časových kroků v podobě binárních a textových výstupních souborů. Uvedené soubory obsahují ucelenou informaci o modelovaném případu:

Pro prezentaci v GIS lze tato data rozdělit do tří skupin:           Prostorovou lokalizací se myslí umístění v prostoru, který reprezentuje reálný svět.

Vektorové veličiny
          Pro názornou prezentaci byly vybrány vektory rychlostí proudění. Výstupem z Panache jsou složky vektorů rychlostí ve směru os x, y, z pro každý receptor. Grafickým vyjádřením těchto hodnot v GIS jsou prostorově lokalizované orientované úsečky ve zvoleném délkovém měřítku, které je reprezentují.

Receptory
          Receptory jsou v Panache dány křížením prostorových linií výpočtové sítě, která je definována kroky ve směrech jednotlivých os. Absolutní souřadnice těchto bodů jsou součástí výstupních souborů. Vyjádřením receptorů v GIS jsou body o uvedených souřadnicích.

Skalární veličiny
          Ze skalárních veličin je pro uvažované účely nejdůležitější koncentrace ZL. Ve výstupech z dynamického modelu jsou uvedeny koncentrace podle definovaného systému, který je odvozen od uspořádání receptorů v síti.
          Bylo rozhodnuto, že pro přenos dat budou využity standardní textové výstupní soubory (soubory pro řešený vzorový příklad čítají řádově desetitisíce řádků). V souborech se vyskytují standardní řetězce, které jsou neměnné ve všech výstupech. Ty byly použity jako návěští pro načítání veličin. Vlastní přenos a úprava dat probíhá v několika krocích:
1. Nalezení a načtení příslušné veličiny
2. Uložení jednotlivých hodnot v řadě do dočasných souborů
3. Načítání těchto souborů a zápis hodnot do souborů ve vstupním formátu SW Arc/Info
4. Načítání vstupních souborů a vytváření prostorových dat ve formátu Arc/Info coverage a databázových souborů ve formátu Arc/Info INFO.

Další úpravy a konverze dat s využitím analytických nástrojů SW Arc/Info.
Výsledkem předchozích kroků je sada různých druhů prostorových dat:           Dále byly vytvořeny datové soubory, obsahující souřadnice receptorů a informace o tvaru terénu, které slouží jako vstup pro statistický model SYMOS 97, který byl použit pro porovnání. Tak je zajištěno, že oba modely pracují se shodnými vstupními údaji a výstupy jsou posuzovány na shodných receptorech.
          Pro uvedené operace s daty mezi oběma systémy byla vytvořena sada modulů v programovacím jazyce Arc/Info AML.
          Pro prezentaci výstupních dat byl použit SW ArcView GIS v. 3.1 firmy ESRI, Inc. , který složí pro prezentaci dat ze SW balíku Arc/Info. Bylo využito toho, že v letošním roce bylo vyvinuto nové rozšíření pro zpracování a vizualizaci třírozměrných dat. V tomto prostředí je možno efektivně vizualizovat data , která jsou určena pro modelování terénu (TIN, Lattice). Kromě toho je možno zobrazovat ostatní data (vektorová i rastrová) promítnutá na vizualizovaný model terénu. Novou možností oproti základnímu SW Arc/Info je možnost třírozměrného zobrazení vektorových prvků podle atributu nebo podle konstanty či matematického výrazu tzv. protlačování ( funkce Extrude ).

4. Závěr
          Ukázalo se, že prezentace 3D dat v nativně 2D (respektive 2D + ) systémech pro GIS je obtížná, ale možné. Vzhledem k velkým množstvím zpracovávaných dat (pro zpracovávané příklady obvykle řádově 100000 buněk a tedy násobné množství vektorových entit prostorových dat a jejich atributů) trvá i při využití výkonných pracovních stanic přenos dat z dynamického modelu do GIS řádově desítky minut až hodiny.
          Řešení vzniklých krizových situací expertním systémem, složeným z dynamického modelu a GIS v reálném čase zatím není možné. Díky optimalizaci přenosu dat a prototypových programů by bylo možno částečně snížit časy přenosu (o minuty až desítky minut). Použitím výkonnější výpočetní techniky pro dynamický model bude možné dosáhnout snížení času modelování několikanásobně. Stále však bude nutno počítat s časy odezvy celého systému řádově v 10 minut až hodinách.
          V brzké době lze očekávat další rozvoj technických prostředků (zejména grafický a výpočetní výkon počítačů) i matematických algoritmů pro řešení prostorových dynamických modelů (kódy pro paralelní výpočty).
Proto navrhuji v dalším výzkumu prověřit následující možnosti:
1. Rozdělit reálnou oblast zájmového území (velikosti okresu) na části, které budou vhodně voleny kolem potenciálních zdrojů ZL. V GIS by byla udržována prostorová databáze těchto dílů, transformovaných do polohy vhodné pro dynamický model. V této databázi by byla udržována pouze generalizovaná topografická data jako prostorové okrajové podmínky pro dynamický model.
2. V těchto oblastech provést modelování proudění pro sadu meteorologických podmínek. Je možno uvažovat o sadě celé škály podmínek nebo statistickém výběru nejčastěji se vyskytujících podmínek. Výsledky modelování uložit do databáze řešení pro další použití v dynamickém modelu. Výsledky budou podobné prototypovému řešení.
3. V případě havárie se označí zdroj znečištění v GIS včetně upřesnění atributů, důležitých pro řešení (přesné místo úniku na zdroji, směr unikajícího proudu, typ a rozsah havárie apod.). Zdroj se rychle transformuje do příslušné transformované části a provede se zjednodušený výpočet v dynamickém modelu s využitím příslušné připravené situace proudění z databáze situací. Výsledek modelování se vizualizuje po transformaci zpět do GIS.
4. Zároveň se z modelované oblasti vytvoří oblast zdrojová - objemový zdroj se zprůměrovanými parametry emise na hranicích. Tento zdroj je možno použít pro statistický nebo dynamický model celého území (okresu) bez zahrnutí detailů topografické situace v reálných souřadnicích. Výsledky je možno vizualizovat GIS.

          Při použití navržené metodiky by bylo možno v případě havárie získat první výstupy v GIS při použití dostatečně výkonného technického vybavení již v řádově minutách až 10 minut.

Seznam použité literatury
[1] Drábková, S., Jaňour, Z., Kozubková, M., Šťáva, P.: Srovnání numerického a experimentálního modelování rozptylu příměsí v aerodynamickém tunelu, Dynamika tekutin ´97, ÚT AV ČR, Praha 1997
[2] Herčík, M., Lapčík, V: Ochrana životního prostředí, skripta VŠB Ostava, Ostrava, 1993
[3] Jančík P.: Matematické modelování rozptylu nebezpečných látek při haváriích, Sborník konference Požární ochrana a bezpečnost v průmyslu, Ostrava, 1994
[4] Jančík P.: Matematický model rozptylu znečišťujících látek v ovzduší a GIS, článek v časopise GIS & DPZ, ročník 0, číslo 0, str. 10 - 11, Ostrava, 1995
[5] Šťáva, P., Kozubková, M., Drábková, S.: Zkušenosti s aplikací některých software při řešení problému životního prostředí, Ostrava, 1998
[6] Šťáva, P., Kozubková, M.: Některé aspekty matematického modelování proudových polí vazké kapaliny, Seminář 3D, Ostrava, 1995

Obrázková příloha:

Obr. 1


Obr. 2


Obr. 3


Obr. 4