sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos...
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Sistemas de control Sistemas de control suplementario de la suplementario de la
contaminación atmosférica: contaminación atmosférica: predicción con modelos predicción con modelos
estadísticosestadísticos
José Luis Bermúdez CelaJosé Luis Bermúdez Cela
Belén Mª Fernández de CastroBelén Mª Fernández de Castro
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Estrategias Posibles
• Fijación de normas de calidad de aire que no pueden sobrepasarse
• Control de las emisiones mediante las mejores tecnologías disponibles
Estrategia Óptima
• Control de los nuevos focos mediante las mejores tecnologías disponibles
• Adaptación progresiva de los focos existentes a las exigencias de los nuevos
• Vigilancia y control de la calidad del aire
Estrategias de lucha contra la Estrategias de lucha contra la contaminación atmosféricacontaminación atmosférica
RED DE ALERTA
INFORMACIÓN METEOROLÓGICA
CONTROL DE EMISIONES
ADQUISICIÓN Y GESTIÓN DE LA INFORMACIÓN EN TIEMPO
REAL
TÉCNICAS DE PREDICCIÓN DE
INMISIÓN
CONTROL SUPLEMENTARIO
Sistemas de control suplementario de la Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosféricacontaminación atmosférica
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Control suplementario en la UPT As PontesControl suplementario en la UPT As Pontes
Objetivo
• Asegurar el cumplimiento de los requisitos contemplados en el RD 1073/2002 sobre evaluación y gestión del aire ambiente en el entorno de la UPT As Pontes
Actuaciones
• Planificación de la explotación minera
• Modificaciones inmediatas de las mezclas de carbón de consumo con el fin de utilizar hasta un 100% de carbón de importación
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Elementos
• Sistema de control de emisiones
• Red de vigilancia de la calidad del aire
• Estación meteorológica
• Unidad central de Adquisición de datos y gestión de la información
• Sistema de Predicción Estadística de Inmisión (SIPEI)
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
Control suplementario en la UPT As PontesControl suplementario en la UPT As Pontes
CEIOME’05, A Coruña
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
Red de Vigilancia de la Calidad de AireRed de Vigilancia de la Calidad de Aire
CEIOME’05, A Coruña
Océan
o Atlá
ntico
Sistema de predicción estadística de Sistema de predicción estadística de inmisióninmisión
• Desarrollado por por el Departamento de Estadística e Investigación Operativa de la Universidad de Santiago
• Objetivo: predecir con media hora de anticipación la evolución de los niveles de dióxido de azufre en el entorno de la UPT As Pontes y sugerir una línea de actuación
• Utilización de modelos estadísticos a partir de la información en tiempo real de emisiones, calidad de aire y meteorología
• Aplicación informática en tiempo real concebida como ayuda a la operación en la toma de decisiones inmediatas
• Nuevos desarrollos: ampliación de horizontes de predicción, utilización de datos minutales, predicciones probabilísticas
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Sistema de predicción estadística de Sistema de predicción estadística de inmisióninmisión
Planteamiento del problema estadísticoPlanteamiento del problema estadístico
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Se recogen datos de calidad de aire, en particular de SO2,
de las estaciones de la Red de Vigilancia de Calidad de Aire
(frecuencia pentaminutal).
La legislación vigente obliga a controlar la media horaria
de valores de SO2.
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Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
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SO2 (mg/m3)
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
• La instalación necesita disponer de información,
al menos, con ½ hora de antelación.
Principal objetivo:
prevenir episodios de alteración de la calidad del aire
Solución:
Herramientas de predicción de valores de SO2, en
media horaria, basados en modelos estadísticos
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Las diferentes metodologías utilizadas han aportado
soluciones desde varios puntos de vista:
I.Predicción puntual
II.Predicción probabilística
III.Predicción espacial
IV.Predicción funcional
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
I. Predicción puntual
Este planteamiento nos permite dar como respuesta la
predicción del nivel de SO2.
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SO
2 (m
g/m
3 )
SO2 Media Horaria Real Red Neuronal
CEIOME’05, A Coruña
I. Predicción puntual
Modelos utilizados:
• Semiparamétrico
• Redes Neuronales
6 1 1 3 21
ˆˆ ˆ ˆˆL
o h h h ht j j j j t j t
j
x f x x
6 6 1 6ˆˆˆ ˆ/ ,t t t t tx E x x x z
6 1ˆ / , , Nadaraya-Watsont t tE x x x
6 6 7ˆ ˆˆ ˆ ARIMA para / ,t i i i i iz z x E x x x
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
I. Predicción puntual
Modelos utilizados:
• Parcialmente Lineal
12 12 3ˆ ˆˆˆ / , Tt t t t tx E x x x V
12 3ˆ / , , Nadaraya-Watsont t tE x x x
12 15 12ˆ ˆˆˆ regresión lineal para / , T
i i i i ix E x x x V
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
vector de variables exógenasttV
II. Predicción probabilística
La utilización del modelo G-GAM nos permite dar como
respuesta la probabilidad de superar un cierto nivel de SO2.
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SO
2 (m
g/m
3 )
0
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0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Pro
bab
ilida
d
GGAM SO2 Media Horaria Real
CEIOME’05, A Coruña
II. Predicción probabilística
El objetivo es predecir:
Siendo Yt la variable binaria
El modelo:
3 3, 1/ ,t t t t t t tp X X X p Y X X X
6 0tt X xY I
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
3 0 1 2 3,t t t t t tp X X X H f X f X X
III. Predicción espacial
Los modelos de predicción espacial nos permiten construir
una superficie de predicción de niveles de SO2 para el
entorno de la instalación.
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
IV. Predicción funcional
Los modelos funcionales permiten dar como respuesta la
curva completa de niveles de SO2 para un cierto intervalo de
tiempo.
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
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7:3
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0
SO
2 (m g
/m3)
Xt real NF-Vglobal-MHniveles NF-Vglobal-MHformas
IV. Predicción funcional
Modelo:
• Núcleo funcional
• Autorregresivo de Hilbert
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
1n n nX X
0 0,C x E X x X 0 1,D x E X x X D C
11
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ˆ ( )n
ni
ii n
h ni
i n
X xX K
hx
X xK
h
SIPEISIPEI
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Integración de los sistemas de predicciónIntegración de los sistemas de predicción
Resultados
Recoge datos
Predicción Binaria
Predicción Espacial
Predicción Puntual
MEDASMEDASCrea archivos
de datos
UsuariosVPR_INM NL
Los modelos de predicción han sido programados e integrados
en un sistema que funciona en tiempo continuo en la
instalación.
Se ha desarrollado un programa que permite a los usuarios
del sistema visualizar la predicción.
Su última versión (VPR_INM NL) contiene información en
tiempo real de valores de diferentes contaminantes,
información meteorológica, datos de emisión, predicciones de
SO2, gráficas de predicción, mapas,…
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
Herramienta de visualizaciónHerramienta de visualización
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
VPR_INM NL:VPR_INM NL: pantalla principal
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
VPR_INM NL: VPR_INM NL: predicción puntual
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
VPR_INM NL:VPR_INM NL: predicción espacial
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
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VPR_INM NL: VPR_INM NL: emisión
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VPR_INM NL: VPR_INM NL: meteorología
Sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica: predicción con modelos estadísticos
CEIOME’05, A Coruña
VPR_INM NL: VPR_INM NL: visualización de históricos
