1. ábra
Kovács Zoltán–Kovács Tibor–Vincze Árpád
Vegyi monitoring és térinformatika
A nemzetközi mérõ-, megfigyelõ-, riasztó rendszerek folyamatosan bõvülnek és egyre inkább egy egységes környezetbiztonsági rendszerré szervezõdés jegyeit viselik. Valamennyi ágazati monitoring kapcsolódik a döntéstámogatás, bevetés-irányítás egységesülõ rendszeréhez. A cikk megírásának célja egyrészt, hogy rávilágítson: a különbözõ szakterületi tudományok a gyakorlatban felmerülõ feladatok megoldása során egymás eredményeit hogyan és milyen mélységben tudják hasznosítani; másrészt, hogy bemutassa a térinformatika nyújtotta lehetõségeket a veszélyes vegyi anyagok okozta súlyos ipari balesetek megelõzésében.
Veszélyes anyagként határozzuk meg mindazon nukleáris, vegyi, biológiai anyagokat, melyek az egészséget, az életet vagy a környezetet véletlenül vagy szándékosan elõidézett esemény következtében károsíthatják. Ebbe a csoportba tartoznak a robbanó-, a radioaktív-, a gyúlékony-, a folyékony- és szilárd-, az oxidáló, a toxikus- és maró anyagok, valamint a mérgek.
A mérgezõ anyagok kimutatása két helyszínen képzelhetõ el: in-situ (vagyis közvetlenül a helyszínen) vagy akár több tíz km-re a szennyezés helyszínétõl. Egy in-situ használható eszköz legfontosabb tulajdonságai közé tartozik, hogy egyszerû, specifikus, zavarérzéketlen, érzékeny, gyors. A vegyi-, és enzim színreakciók, az ionmozgékonyság spektrometria (IMS), a lángfotometria, a meghatározott hullámszámokon történõ elnyeléseket vizsgáló infravörös és lézertechnikák a gyors, helyszíni kimutatási módszerek kategóriájába sorolhatók. A kimutatás közvetlen mintavételezés nélkül történik a légtérben a mérgezõ anyag gõzfázisában, annak viszonylag nagy koncentrációja mellett. A zavaróanyag jelenléte korlátozott, a módszerek elválasztást nem igényelnek.
Az ionmozgékonyság spektrométerek a -, vagy b -sugárzással elõbb ionizálják a környezetbõl felvett levegõmintát, majd a keletkezett töltések mozgását elektronikus impulzussal vagy váltakozó frekvenciájú térrel manipulálják. A módszer tulajdonképpen a töltött részecskék eltérõ tömegére visszavezethetõen, azok különbözõ mozgékonyságát (tehetetlenségét) használja ki [2].
A lángfotometriai eljárás lényege az, hogy a környezetbõl a készülékbe injektált levegõt hidrogénlángban elégetik és a láng különbözõ elszínezõdése alapján, elsõsorban S és P atomokat tartalmazó vegyületek mutathatók ki.
A fotoakusztikus detektálás során egy cellába zárjuk az elemezni kívánt környezeti levegõ-mintát. Ezt impulzus-üzemû lézersugárral melegítjük. A felmelegedés tágulással jár, a térfogat-növekedés pedig a hallható tartományba esõ, az adott anyagra jellemzõ hangot ad (20 Hz – 20 kHz). A módszerrel több-összetevõs minta analízise is megkísérelhetõ [3].
Az infravörös és lézertechnikák közös jellemzõje, hogy a mintát alkotó összetevõkre bocsátott infravörös-, vagy lézerspektrum – a sugárzásnak az anyaggal való kölcsönhatása következtében – jól definiált, a minta összetételére jellemzõ (atomok, atomcsoportok, molekulák, kötések) hullámszámokon változást szenved.
A szennyezés helyétõl gyakran többször 10 km-re levõ, stabilan telepített laboratóriumokban való kimutatáskor a feladat jellegét tekintve lehet ténymegállapítás (a mintavételi helyen alkalmaztak-e, gyártottak-e mérgezõ anyagot, az adott élelmiszer, takarmány, víz fogyasztható-e stb.), kárfelmérés (a mérgezõ anyag alkalmazástól milyen mértékben károsodott a talaj, az élelmiszer stb.), egyéb információk biztosítása (a vizsgált minta hányféle mérgezõ anyagot tartalmazott stb.).
A kapott feladattól függõen mintavétel történhet levegõbõl, vízbõl, hóból, talajból, élelmiszerbõl, takarmányból, növényzetbõl, harc-, és technikai eszközök felületérõl. A mintát meghatározott elvek alapján kell gyûjteni és az analízis megkezdéséig tárolni. A minta laborba történõ eljuttatásához gyakran szállítóeszközrõl is gondoskodni kell. Az esetek döntõ többségében nincs lehetõség a minta azonnali elemzésére, azt elõzõleg tisztítani, koncentrálni kell. Végeredményben megállapítható, hogy a laboratóriumi módszerek idõigényességük miatt nem alkalmasak arra, hogy az azonnali döntésekhez támpontot adjanak [4].
A mérgezõ anyagok kimutatására leginkább felhasználható, minta-elõkészítést igénylõ laboratóriumi eljárások:
A mérgezõ anyagok laboratóriumi kvalitatív analízisénél igen kedvezõ, hogy a módszerek elmélete letisztult, az alkalmazott mûszerek szelektívek, alacsony a kimutatási küszöb, a számítógéphez történõ hardver–szoftver csatlakoztatás problematikája megoldott, az eszközök képesek detektálni a mérgezõ anyagok elõállításához szükséges alapanyagokat is, valamint feldolgozni a mérés során szerzett információkat stb. [5]
Vegyi felderítés, monitoring
Az aktuális vegyi helyzetre vonatkozó felderítési adatokat kaphatunk a járõr gyalogos-, gépjármûvel végrehajtott- vagy légi felderítõ szaktevékenysége során (változó pontokban kapott mérési eredmények), illetõleg a környezetellenõrzõ monitoring detektorainak mérései révén (helyhez kötött eredmények). Monitoring rendszer az azonnali észlelés feltételeinek biztosítása céljából telepített mûszeres figyelõ rendszer. Mûködtetésének elsõdleges célja a veszélyes ipari létesítmények környezetében a veszélyeztetõ hatások korai észlelése, az idõbeni riasztás feltételeinek biztosítása. Évek óta valós igény van arra, hogy olyan regionális – az országhatárokon is túltekintõ – korszerû mérõ-, jelzõ-, figyelmeztetõ rendszer épüljön, amely a veszélyekrõl folyamatos információkat szolgáltat és megbízható döntéstámogató eszköze a védelmi tervezésnek, reagálásnak [6].
A döntések hatékonyságának és azok megalapozottságának kezelése az állapotelemzés és a tervezési feladatok elvégzése, az ehhez szükséges idõ csökkentése, a különféle szakmai programok és egyéb feladatok végrehajtása, valamint az ellenõrzõ tevékenység hatékonyabbá tétele megköveteli az egységes, helyhez kötött, pontos, rendezett, naprakész, a teljességet minél inkább megközelítõ adatállományok rendszerének meglétét, illetve megjeleníthetõségét.
A szennyezések tér és idõbeni alakulásának nyomon követésére, az érzékeny területeket érintõ hatások megfigyelésére, a határokat átlépõ szennyezettség becslésére, valamint nagyobb térségeket érintõ beavatkozások feltérképezésére országos rendszert kell kialakítani úgy, hogy a létesülõ mérõhálózatok alkalmasak legyenek a környezetállapot komplex figyelésére, értékelésére. A mérõrendszereknek kapcsolódniuk kell a nemzetközi hálózatokhoz is, ezért az adatátviteli és feldolgozási rendszert az európai követelményeknek megfelelõen kell megvalósítani.
A különbözõ monitoring rendszerekkel lehetõség nyílik a környezetkárosító anyagok (ipari gázok, vegyi és mérgezõ anyagok, urbánus szennyezõdések) koncentrációjának (emissziós vagy imissziós) mérésére. Az érzékelõk széles választéka áll rendelkezésre a veszélyes ipari anyagok (például a klórgáz, ammónia), vagy városi szennyezõdések (például szénmonoxid, kéndioxid, nitrogénoxidok, ózon) és robbanásveszélyes anyagok mérésére. Szükség van olyan korszerû, megbízható és önmûködõ ellenõrzõ rendszer kiépítésére, amely képes egy adott terület, objektum vegyi, meteorológiai és sugárzási állapotának folyamatos mérésére. Alkalmas az esetleges veszélyhelyzetek korai felderítésére, a már kialakult veszélyhelyzetek értékelésére és a veszélyes anyagok terjedési jellemzõinek elõrejelzésére.
Laboratóriumi szinten a vegyi anyagok kimutatása és meghatározása olyan kimutatási és meghatározási módszereket igényel, amelyek alkalmasak a mérgezõ anyag kiindulási-, a köztes reakció-, és a bomlási termékek azonosítására. A különbözõ szintû döntéshozók számára mindenkor alapvetõ követelmény a helyzetet meghatározó információk gyors megszerzése, begyûjtése, rendszerezése, értékelése.
Mára megnövekedtek a vegyi anyagok kimutatási és meghatározási módszereivel szemben támasztott követelmények. A detektáláshoz különbözõ vegyi-felderítõ készülékeket alkalmaznak, amelyek mûködési alapját a mérgezõ anyagok fizikai, kémiai, biokémiai tulajdonságaiból adódó hatások képezik.
A vegyi helyzet felderítése és ellenõrzése, a különbözõ szintû nemzetközi feladatokhoz, illetve szervezetekhez való csatlakozások fejlett mérõmûszerek és módszerek alkalmazását igénylik. A korszerû számítástechnikai és monitoring rendszerek alkalmazása és folyamatos fejlesztése megnyitotta a lehetõséget a döntések meghozatalához szükséges idõ lerövidítésére és így a beavatkozások hatékonyságának növelésére. A döntések hatékonyságának és azok megalapozottságának kezelése az állapotelemzés és a tervezési feladatok elvégzése, az ehhez szükséges idõ csökkentése, a különféle szakmai programok és egyéb feladatok végrehajtása, valamint az ellenõrzõ tevékenység hatékonyabbá tétele megköveteli az egységes, helyhez kötött, pontos, rendezett, naprakész, a teljességet minél inkább megközelítõ adatállományok rendszerének meglétét, illetve megjeleníthetõségét.
A térinformatika kapcsolódása a vegyi felderítéshez
A mérõ-megfigyelõ rendszerek által rendszeresen szolgáltatott, valamint az egyéb, forrásokból származó, utólag összegyûjtött, származtatott adatok együttes kezelése, rendszerezése, tárolása, lekérdezése, belõlük különféle eredmények szolgáltatása tulajdonképpen a térinformatika témakörébe tartozó tevékenység.
Szükségesnek tartjuk megjegyezni, hogy nagyon sokszor a térinformatikát az informatikával azonosítják, a térinformatika kifejezést rendszeresen keverik a térinformációs rendszer fogalmával. A térbeli információk elméletével és feldolgozásuk gyakorlati kérdéseivel foglalkozó tudomány a térinformatika, összefogja a tudományterületeket, amelyek a térbeli információs rendszerek megértésében és további fejlesztésében segítenek. Az informatika azon ága, ahol az információ térbeli (térképészeti és földrajzi) kapcsolatokkal rendelkezik, az információk tárolásának, kezelésének, vizsgálatának alapvetõ rendezõ elve a térbeli elhelyezkedés és a valós térbeli viszonyok.
A térinformációs rendszer a helyhez kötött információk gyûjtésére, tárolására, kezelésére, elemzésére, jelenségek megfigyelésére, modellezésére, megjelenítésére szolgál. Egy más megfogalmazásban azt is mondhatjuk, hogy olyan eszközök együttese, amelyek különbözõ célok érdekében a körülöttünk lévõ világból nyert térbeli adatokat gyûjtenek, tárolnak, átalakítanak, visszahívnak, megjelenítenek. Olyan speciális informatikai rendszer, amelyben az egyes objektumok és a hozzájuk tartozó információk a valós térbeli viszonyoknak megfelelõen azonosíthatók, kezelhetõk és vizsgálhatók különbözõ relációk és szelekciós szempontok szerint. Az információk és térbeli kapcsolataik sokoldalúan analizálhatók, szintetizálhatók, generalizálhatók és az összefüggések alapján automatikusan új információk állíthatók elõ.
A térinformációs rendszer a Föld felszíni és felszín-közeli tárgyainak, jelenségeinek, folyamatainak helyzet leírására, állapot leírására, változások és hatásaik nyomon követésére alkalmas eljárások és eszközök rendszere. Megállja a helyét az a meghatározás is miszerint a térinformációs rendszer nem más, mint egy technológia, anyagok és eljárások egyesítése, bizonyos célok elérése érdekében. Olyan technológia, amely térbeli, helyzeti és nem térbeli, leíró adatokat tárol, kezel, elemez, továbbít, megjelenít. Egy rendszer, mely a hardver, szoftver, adat, felhasználói környezet olyan együttese, amelynek célja a térbeli jelenségek hatékonyabb kezelése, elemzése [7].
A térinformatikához kapcsolódik számos szakterületi tudomány. Pl: a matematika, a számítástechnika, az építõmérnöki tudományok, az operációkutatás, a földrajz, a térképészet, a geodézia... és még néhány.
A vegyi felderítés és monitoring kérdéskört vizsgálva az általános térinformatikai rendszer vázlatán (1. ábra) látható, hogy térinformatikai szemszögbõl nézve, tulajdonképpen az adatgyûjtési folyamatnak az attribútumadatok nyerését szolgáló eljárásán belül elsõdleges adatnyerési eljárásként kezelhetõk azok a módszerek, melyek a cikk elsõ részében részletesebben ismertetésre kerültek (1. ábra).
Nem csökken a világon az ipari és nukleáris létesítmények baleseteitõl, sérüléseitõl származó veszélyeztetés. A fejlesztés új típusú feladata elsõdlegesen a tudományos és kutató háttér bázis biztosítása a végrehajtás támogatására, katonai téren pedig részvétel a NATO Kutatási és Technológia Fejlesztési Szervezet (RTO) munkájában, valamint a szabványosításban annak érdekében, hogy a hazai kutató-fejlesztõ bázisok bekapcsolódhassanak a szövetségi együttmûködési tevékenységekbe.
A lehetõségekhez mérten csatlakozni szükséges a hosszú távú fejlesztési programokhoz. Az ABV-védelmi szakterületen ilyen hosszú távú program elsõdlegesen a biológiai felderítés feltételeinek megteremtése és az „NBC stand off” (vagyis: táv) detektálás. Ehhez kapcsolódik a különbözõ repülõeszközökre (pilóta nélküli repülõ, helikopter, mûhold) telepíthetõ távérzékelõk fejlesztése, illetve az ezek mûködésével kapcsolatos kutatómunka [8].
A cikk elején már említésre került, de itt is megerõsítjük, hogy elengedhetetlen egy, az egész országot átfogó vegyi megfigyelõ hálózat kialakítása mely egy jól felépített térinformatikai rendszer részeként a szolgáltatott adatok megfelelõ feldolgozása révén veszélyhelyzetben döntéstámogató eszköz az irányítási szervek kezében.
Veszélyes anyagokat nem csak a vegyi üzemekben használnak, hanem számos más tevékenység során is. A vállalatok által megtett fokozott biztonsági intézkedések ellenére elõfordulhatnak balesetek, amelyek veszélyes anyagok kibocsátásához vezethetnek. Ezek az anyagok az üzemi területen túlra is terjedhetnek, és az emberi egészséget, valamint a környezetet veszélyeztethetik.
1. ábra
A polgárok biztonságának védelme ma fontosabb követelmény, mint valaha volt. Az azonnali beavatkozó feladatokat ellátó tûzoltóságok mûködési feltételeinek megteremtésérõl és a lehetõ leghatékonyabb megelõzõ intézkedések foganatosításáról a kormánynak, a hatóságoknak és a gazdálkodó szerveknek gondoskodniuk kell, azonban az mindaddig nem lehet teljes, amíg a települések saját védelmi intézkedéseiket nem teszik meg.
Az elmúlt 30 évben bekövetkezett súlyos ipari balesetek élesen rávilágítanak a veszélyes anyagok okozta balesetek lehetséges következményeire. A statisztikák szerint, amint az Európában szinte mindenütt tapasztalható, sajnálatos módon a káresemények száma Magyarországon is évrõl évre növekszik. A súlyos ipari balesetek elleni védekezés egy komplex tevékenység, amely magába foglalja a megelõzés mûszaki-technikai és szervezési feladatait, a balesetek károsító hatásainak csökkentését, illetõleg a lakosság védelmét szolgáló intézkedéseket. E feladatsorba szervesen illeszkedik a térinformatika alkalmazása is.
Jelenleg ma Magyarországon ez idáig nem megoldott a katasztrófavédelem témakörében, ezen belül is a veszélyes anyagokat elõállító, raktározó veszélyes üzemekre vonatkoztatottan egy az egész országra kiterjedõ olyan térinformációs rendszer mûködtetése, mely nemcsak egyszerû térképalapú, helyhez kötött, adatok leíró jellegû tulajdonságadatait jeleníti meg egy adatbázisból a kisméretarányú térképeken, hanem széleskörû elemzéseket lehetõvé tesz az egyes üzemek nagyméretarányú céltérképeinek szintjén.
2. ábra
Szükséges a Magyarországon jelenleg használatos, meglévõ, hasonló célú rendszerek, térinformatikai eszközök, módszerek áttekintése, összehasonlítása, egy olyan, a gyakorlatban is alkalmazható térinformatikai rendszer létrehozása mely megkönnyítené a veszélyes üzemek vezetõi, valamint az esetlegesen bekövetkezõ balesetek okozta károk elhárításában közvetlenül és közvetve érintett szervezetek operatív irányító szerveinek, vezetõinek a hatékonyabb intézkedések megtételét mind a megelõzési, mind pedig a kárelhárítási munkák során.
A kiépítendõ minta térinformációs rendszerrel szemben támasztott, megfogalmazott igények áttekintése, elemzése után vizsgálandó: hogyan valósítható meg a veszélyes anyagokkal kapcsolatos súlyos balesetek által érintett vagy veszélyeztetett ipari létesítmények nyilvántartásának mûszaki számítástechnikai szempontok alapján történõ integrálása a térinformációs rendszerbe. Szükséges egy térinformatikai-, mûszaki-, szakigazgatási és kiegészítõ alrendszerekbõl álló térinformációs rendszer megvalósíthatóságának vizsgálata, céljainak meghatározása, a szükségletek elemzésétõl a rendszer bevezetéséig. A rendszer mûködéséhez szükséges hardver, szoftver, adatbeviteli és kimeneti eszközök vizsgálata mind a rendszermegvalósítás feladatai közé sorolandók.
A kutatások során megvizsgálandók: a különbözõ információs rendszerek, dokumentumok, feldolgozási módszerek, eljárások, adatáramlások, az adatok észlelési, fogadási, gyûjtési, tárolási, feldolgozási, értékelési kérdései.
A veszélyes anyagokkal kapcsolatos súlyos balesetek elleni védekezésben alkalmazott monitoring rendszerek által szolgáltatott adatok beillesztése a térinformációs rendszerbe egy sor problémát vet fel úgy, mint azonosítási, nyilvántartási, adatbázis feltöltési problémák, hatósági eljárásban alkalmazott vizsgálatok és ellenõrzések mûszaki-szakmai tartalmának rendszerbe illesztésekor felmerülõ problémák.
A térinformatikai adatok egységesítése, a digitálisan kezelt mérnöki adatokkal komoly gondot okozhat ugyanúgy, mint a helyhez köthetõséget biztosító térképi alapokkal szemben megfogalmazott elvárások.
A különbözõ forrásból származó, eltérõ mûszaki tartalmú térképi és tervezési adatok egységes megjelenítése, vagy a távérzékelési, távfelderítési foto, filmadatok rendszerbe való integrálásának problémái az adott témakörrel kapcsolatosan szintén elemzéseket igényelnek.
Szükségesnek tartjuk egy minta térinformációs rendszer kiépítését, mintaadatbázis felállítását, feltöltését elemzésre alkalmas geometriai, szak és egyéb attribútum adatokkal.
Elengedhetetlen a veszélyes anyagok ipartelepen belüli elhelyezkedésének, valamint az esetlegesen bekövetkezõ súlyos balesetek környezetre gyakorolt hatásának vizsgálata a területi kiterjedés alapján.
A térinformációs rendszer alkalmazása esetén védõidom, védõterület, védõsáv meghatározási és adathalmaz felhasználási lehetõségek, bekövetkezett káresemény hatásának vizsgálata lehetséges a helyhez kötöttség szempontjából.
Kiválasztott létesítmények, objektumok térbeli és attribútum adatainak lekérdezése, pufferzónák definiálása, elemzések készítése, területek távolságok számítása, tematikus térképek megjelenítése lehetséges a térinformációs rendszer alkalmazásával.
* * *
A jövõbeni katasztrófa térinformatikai monitoring alkalmazások, és az eszközök fejlesztési irányvonala egyaránt az ún. dinamikus térinformatika felé mozdul el, amikor az idõben gyorsan változó adatok kezelése mellett a változó felhasználói igényeknek is meg kell felelnünk. Ehhez a térinformatikai eszközrendszereknek a térbeli elemzések eszközei mellett olyan eszközöket is integrálniuk kell, mint pl. a modellezés események, folyamatok, döntések esetében.
A kutatás várható eredményei közül megítélésünk szerint a legjelentõsebb az, hogy alapul szolgálhat egy, az egész országra kiterjedõ, az összes magyarországi veszélyes üzemet magába foglaló, olyan egységes katasztrófavédelmi térinformációs rendszer felépítéséhez, mely szervesen illeszkedik az egész Európát átfogó térkép alapú geometriailag meghatározott, elemzésekre alkalmas térinformációs rendszerbe.
Az interaktív térképek, tervek térinformációs adatok hálózaton és mobileszközön történõ valós idejû elérhetõségének megvalósulása, a veszélyes anyagokkal kapcsolatos súlyos balesetek elleni védekezésben, a jövõben az eddigieknél hatékonyabb, gyorsabb döntések meghozatalát teszik lehetõvé a balesetek megelõzésében, illetve a balesetek elleni védekezésben. A tájékoztatás fontosságának tudatosulása a jövõben, lehetõvé teszi az egyén számára is, bizonyos megelõzõ intézkedések idõbeli megtételét.
A térinformációs rendszer mûködtetése során nyert differenciált szempontok szerinti vizsgálatok, elemzések eredményei hatással lesznek a környezeti tudat-, és szemléletformáló feladatok ellátásában, kutatási, oktatási, nevelési és ismeretterjesztési tevékenységekben.
FELHASZNÁLT IRODALOM
[1] Leskó: Integrált veszélyhelyzet kezelési monitoring alkalmazásának lehetõségei hidrológiai veszélyhelyzetek kezelésénél, Tanulmány, Borsod-Abaúj-Zemplén megyei Katasztrófavédelmi Igazgatóság Polgári Védelmi Kirendeltség, Miskolc, 2002.
[2] Ion Mobility Spectrometer, RAID–1; a Brucker Instruments Inc. Tájékoztató kiadványa, 1994.
[3] A 1302 fotoakusztikus gázérzékelõ készülék, a Brüel Kjær tájékoztató kiadványa, 1996.
[4] Kovács: GC és GC–MS mérõmûszerek alkalmazhatóságának vizsgálata mérgezõ harcanyagok kimutatására különbözõ mintákból, kandidátusi értekezés, 1996., 8–13. oldalak.
[5] Kovács: Mérgezõ anyagok elektronikai detektálása, Haditechnika, 1991/2., 35–36. oldalak.
[6] Leskó: Térinformatikai monitoring rendszer tervezése a Fûzfõi-öböl vízminõségének vizsgálatára, Tanulmány, Veszprémi Egyetem Analitikai Kémiai Tanszék – Környezetmérnöki és Kémiai Technológiai Tanszék, 2000.
[7] Kovács: Térinformatikai alapismeretek, egyetemi jegyzet, Szent István Egyetem, Gödöllõ, 2005.
[8] Juhász–Pintér: Az ABV felderítõ eszközök fejlõdési irányai a 21. század elsõ évtizedében, Tanulmány, HM Haditechnikai Intézet, 2000.