Инженерия и управление земными системами - Earth systems engineering and management

Инженерия и управление земными системами (ESEM) - это дисциплина, используемая для анализа, проектирования, проектирования и управления сложными экологическими системами . Он включает в себя широкий спектр предметных областей, включая антропологию , инженерию , экологию , этику и философию . По своей сути, ESEM стремится «рационально проектировать и управлять взаимосвязанными системами человека и природы с высокой степенью интеграции и этичности». ESEM - это новая область исследований, которая прижилась в Университете Вирджинии , Корнелла и других университетах США, а также в Центре исследований инженерных систем Земли (CESER) в Университете Ньюкасла в Соединенном Королевстве. Основателями дисциплины являются Брейден Алленби и Майкл Горман.

Введение в ESEM

На протяжении веков человечество использовало Землю и ее природные ресурсы для развития цивилизации и развития технологий. «Принципиальным [ sic ] результатом промышленных революций и связанных с ними изменений в человеческой демографии, технологических системах, культурах и экономических системах стала эволюция Земли, на которой в динамике основных природных систем все больше и больше доминирует деятельность человека».

Во многих отношениях ESEM рассматривает Землю как артефакт человека. «Чтобы поддерживать постоянную стабильность как естественных, так и человеческих систем, нам необходимо развивать способность рационального проектирования и управления связанными человеческими и естественными системами высокоинтегрированными и этичными способами - способность проектирования и управления земными системами (ESEM)».

ESEM был разработан несколькими людьми. Особо следует отметить Брейдена Алленби . Алленби считает, что основой, на которой построен ESEM, является представление о том, что «Земля в том виде, в котором она существует сейчас, является продуктом человеческого замысла». На самом деле в мире больше не осталось никаких природных систем, «на Земле не осталось мест, которые не подпадали бы под тень человечества». «Таким образом, вопрос не в том, как некоторые могут пожелать, должны ли мы начинать ESEM, потому что мы делаем это в течение длительного времени, хотя и непреднамеренно.

Вопрос в том, возьмем ли мы на себя этическую ответственность за рациональное и ответственное выполнение ESEM ". В отличие от традиционного процесса проектирования и управления", который предполагает высокую степень знания и уверенности в отношении поведения системы и определенной конечной точки процесса, "ESEM" будет в постоянном диалоге с [системами], поскольку они - и мы, и наши культуры - изменяются и совместно развиваются в будущем ». ESEM - это новая концепция, однако существует ряд областей,« таких как промышленная экология , адаптивное управление , а также системная инженерия, на которую можно положиться, чтобы обеспечить быстрый прогресс в развитии «ESEM как дисциплины».

Предпосылка ESEM заключается в том, что наука и технологии могут обеспечить успешные и долгосрочные решения созданных человеком проблем, таких как загрязнение окружающей среды и изменение климата. Это предположение недавно было подвергнуто сомнению в книге Techno-Fix: Почему технологии не спасут ни нас, ни окружающую среду .

Темы

Адаптивное управление

Адаптивное управление - ключевой аспект ESEM. Адаптивное управление - это подход к управлению окружающей средой. Он предполагает, что существует большая неопределенность в экологических системах, и утверждает, что никогда не существует окончательного решения проблемы земных систем. Следовательно, после того, как действие было предпринято, инженер земных систем должен будет поддерживать постоянный диалог с системой, наблюдая за изменениями и за тем, как система развивается. Этот способ мониторинга и управления экосистемами принимает присущую природе неопределенность и принимает ее, никогда не находя одного определенного лекарства от проблемы.

Инженерия земных систем

Инженерия земных систем - это, по сути, использование методов системного анализа при изучении экологических проблем. При анализе сложных экологических систем существует множество наборов данных, заинтересованных сторон и переменных. Поэтому подходить к таким проблемам уместно с помощью метода системного анализа. По сути, есть «шесть основных этапов правильно проведенного исследования системы». Шесть этапов заключаются в следующем:

  1. Определите цели системы
  2. Установить критерии для ранжирования альтернативных кандидатов
  3. Разработайте альтернативные решения
  4. Ранжируйте альтернативных кандидатов
  5. Повторять
  6. действовать

Часть процесса системного анализа включает определение целей системы. Ключевые компоненты разработки цели включают разработку описательного сценария, нормативного сценария и переходного сценария. По сути, описательный сценарий «описывает []] ситуацию такой, как она [и] говорит [], как она должна быть такой» (Гибсон, 1991). Другой важной частью описательного сценария является то, как он «указывает [s] на хорошие особенности и неприемлемые элементы статус-кво». Затем нормативный сценарий показывает конечный результат или то, как система должна работать в идеальных условиях после того, как будут предприняты действия. Для подхода к земным системам «Нормативный сценарий» будет включать наиболее сложный анализ. Нормативный сценарий будет работать с заинтересованными сторонами, создавая общую торговую зону или место для свободного обмена идеями, чтобы предложить решение о том, где можно восстановить систему или как именно ее следует модифицировать. Наконец, переходный сценарий представляет собой фактический процесс изменения системы из описательного состояния в нормативное состояние. Часто, как отмечается в адаптивном управлении, нет одного окончательного решения . Обычно происходит итеративный процесс, когда изменяются переменные и входные данные, а система эволюционирует вместе с анализом.

Наука об окружающей среде

Основная статья: Экология

При изучении сложных экосистем инженеру земных систем необходимо иметь четкое представление о том, как функционируют естественные процессы. Подготовка в области наук об окружающей среде будет иметь решающее значение для полного понимания возможных непредвиденных и нежелательных эффектов предлагаемой конструкции земных систем. Фундаментальные темы, такие как круговорот углерода или круговорот воды, являются ключевыми процессами, которые необходимо понять.

Этика и устойчивость

В основе ESEM лежит социальная, этическая и моральная ответственность инженера земных систем перед заинтересованными сторонами и проектируемой природной системой за разработку объективного переходного и нормативного сценария. «ESEM - это сам культурный и этический контекст». Ожидается, что инженер земных систем изучит этические последствия предлагаемых решений.

«Перспектива экологической устойчивости требует, чтобы мы задавались вопросом, как каждое взаимодействие с природной средой повлияет на наших детей в будущем и будет ли о них судить». «Растет осознание того, что процесс развития предоставлен самим себе, может нанести необратимый ущерб окружающей среде, и результирующий чистый прирост благосостояния и благосостояния людей вполне может быть отрицательным, если не катастрофическим ". С учетом этого понятия в настоящее время ставится новая цель устойчивого экологически безопасного развития. Устойчивое разработка является важной частью разработки соответствующих решений ESEM для сложных экологических проблем.

Промышленная экология

Основная статья: Промышленная экология

Промышленная экология - это представление о том, что в основных производственных и промышленных процессах необходимо перейти от систем с разомкнутым контуром к системам с замкнутым контуром . По сути, это переработка отходов для производства новых продуктов. Это уменьшает количество отходов и увеличивает эффективность использования ресурсов. ESEM стремится свести к минимуму воздействие промышленных процессов на окружающую среду, поэтому понятие вторичной переработки промышленных продуктов важно для ESEM.

Пример использования: Флорида Эверглейдс

Система Флорида Эверглейдс является ярким примером сложной экологической системы, которая подверглась анализу ESEM.

Задний план

Флорида Эверглейдс расположена в южной части Флориды. Экосистема представляет собой субтропическое пресноводное болото, состоящее из разнообразной флоры и фауны. Особо следует отметить густую траву и гряды, которые делают Эверглейдс уникальным. В течение последнего столетия присутствие человечества в этом регионе увеличивалось. В настоящее время весь восточный берег Флориды застроен, а население увеличилось до более чем 6 миллионов жителей. Это увеличивающееся с годами присутствие привело к тому, что вода направляется и перенаправляется с традиционного пути через Эверглейдс в Мексиканский залив и Атлантический океан. Это оказало множество разрушительных воздействий на Эверглейдс Флориды.

Описательный сценарий

К 1993 году на Эверглейдс повлияли многочисленные человеческие разработки. На поток и качество воды повлияло строительство каналов и дамб, а также ряд надземных автомагистралей, проходящих через Эверглейдс к обширной сельскохозяйственной зоне Эверглейдс, которые загрязнили Эверглейдс большим количеством азота. Результат этого уменьшенного потока воды был драматическим. Произошло сокращение популяции болотных птиц на 90-95%, сокращение популяции рыб и проникновение соленой воды в экосистему. Чтобы Эверглейдс во Флориде оставался достопримечательностью США, необходимо было принять меры.

Нормативный сценарий

В 1993 году инженерный корпус армии проанализировал систему. Они определили, что идеальной ситуацией было бы «наладить воду». При этом будет улучшен поток через Эверглейдс и уменьшится количество каналов и дамб, отправляющих воду в прилив.

Переходный сценарий

Именно на основе нормативного сценария инженерный корпус армии разработал CERP, Комплексный план восстановления Эверглейдса. В плане они определили график проектов, которые необходимо завершить, сметную стоимость и конечные результаты улучшения экосистемы за счет процветания местной флоры и фауны. Они также описывают преимущества проекта для человека. Мало того, что решение будет устойчивым, поскольку будущие поколения смогут наслаждаться Эверглейдс, но корректировка потока воды и создание хранилищ уменьшат возникновение засух и нехватки воды в южной Флориде.

Смотрите также

Публикации

  • Алленби, Б.Р. (2000). Инженерия земных систем: мир как артефакт человека. Мостик 30 (1), 5–13.
  • Алленби, Б.Р. (2005). Реконструкция Земли: технологии и окружающая среда в век человека. Вашингтон, округ Колумбия: Island Press. С https://www.loc.gov/catdir/toc/ecip059/2005006241.html
  • Алленби, BR (2000, зима). Инженерия и управление земными системами. Журнал IEEE Technology and Society, 0278-0079 (зима) 10-24.
  • Дэвис, Стивен и др. Эверглейдс: экосистема и ее восстановление. Бока-Ратон: St Lucie Press, 1997.
  • «Эверглейдс». Комплексный план восстановления Эверглейдс. 10 апреля 2004 г. https://web.archive.org/web/20051214102114/http://www.evergladesplan.org/
  • Гибсон, Дж. Э. (1991). Как сделать Системный анализ и декалог системного аналитика. В WT Scherer (Ed.), (Fall 2003 ed.) (Стр. 29–238). Департамент системной и информационной инженерии: Университет Вирджинии. Проверено 29 октября 2005 г.,
  • Горман, Майкл. (2004). Силабус весенний семестр 2004 . Получено 29 октября 2005 г. с сайта https://web.archive.org/web/20110716231016/http://repo-nt.tcc.virginia.edu/classes/ESEM/syllabus.html.
  • Холл, Дж. У. и О'Коннелл, ЧП (2007). Earth Systems Engineering: превращение видения в действие. Гражданское строительство, 160 (3): 114-122.
  • Ньютон, LH (2003). Этика и устойчивость: устойчивое развитие и нравственная жизнь. Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall.

Рекомендации

Внешние ссылки