Определение взаимосвязи пространственно распределенных факторов: этапы, процедуры, реализация

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Охрана окружающей среды


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПРОСТРАНСТВЕННО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ФАКТОРОВ: ЭТАПЫ, ПРОЦЕДУРЫ, РЕАЛИЗАЦИЯ
© Телегина М. В. *, Фарафонов А. И. *
Ижевский государственный технический университет, г. Ижевск
Предлагается метод определения взаимосвязи пространственно распределенных факторов, состоящий из ряда основных последовательных этапов: оценки данных, нахождение значений параметров для анализируемых участков, математико-статистического анализа распределений путем расчета коэффициентов корреляции. Приведены результаты анализа данных экологического мониторинга почвы.
Несмотря на существующие системы анализа и разработанные методы задача разработки эффективных методов анализа экологической и статистической социальной информации продолжает сохранять свою актуальность. Такие системы должны обеспечить компенсацию потери информативности распространения экологического загрязнения на урбанизированной территории при разделении ее на участки и методов отображения структурных элементов и одновременный учет пространственной зависимости экологических и социальных данных (заболеваемости проживающего населения, уровня смертности и т. д.) [1]. Это связано с целым рядом причин, среди которых можно указать на недостаточную определенность объективных критериев выбора минимальных (максимальных) размеров анализируемых участков урбанизированной территории. Неопределенность критериев связана с применением локальных (недостаточно помехоустойчивых) методов разбиения рассматриваемой урбанизированной территории на участки и эвристическим характером процедур учета пространственных взаимосвязей между участками в пространстве. Кроме того, при анализе элемента рассматриваемой урбанизированной территории возникает проблема совмещения результатов анализа отдельных слоев цифровой карты (например, объектами экологического загрязнения и объектами окружающей территории, имеющих свойства «поглощения» тех или иных показателей) [2].
Предлагается метод определения взаимосвязи пространственно распределенных факторов, состоящий из ряда основных последовательных этапов (рис. 1).
* Доцент кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления», кандидат технических наук, доцент.
* Магистрант кафедры «Программное обеспечение».
На первом этапе необходимо оценить вид данных:
— дискретные, относящиеся к определенному месту позиционирования (например, данные о заболеваемости в отдельном населенном пункте) —
— данные, представляющие собой сеть точек (анализ воздуха, почвы), для которых необходимо построить пространственное распределение с применением интерполяции-
— данные по объектам, влияние которых имеет непрерывный характер.
Рис. 1. Этапы и процедуры предлагаемого метода
Все данные должны иметь пространственную привязку к системе координат рассматриваемой территории.
К объектам, влияние которых имеет непрерывный характер, можно отнести объекты, оказывающие влияние на окружающую среду (дороги, заводы и т. п.), также в эту группу можно отнести и социальные факторы, характеризующие условия проживания и труда населения, и обуславливающие некоторые заболевания и оказывающие влияние на определенный участок территории.
Для объектов этой группы необходимо выполнить ранжирование объектов и их свойств, т. е. определить Лу — «массу"/-го свойства /-го объекта, отражающую объем (полноту, интенсивность) этого свойства. Рассматриваемые объекты групп могут иметь различное функциональное назначение, и перечни их свойств не совпадают. Ранжирование начинается с различных объектов (группы). Далее ранжируются объекты в группах, где многие свойства совпадают, но их «веса» могут быть различны.
В качестве математической модели, описывающей /-ые (/ = 1, т) свойства произвольного /-го {/ = 1, п) объекта территории принята функция нормального распределения на плоскости (закон Гаусса):
/ у) =
(х-тх)2 2гху (х~тхХу-т) {у~т)2
плотность распределения слу-
где х, у — случайные величины-
/ (х у) = / у- тх, ту -& amp-х, сту- гху) —
чайного вектора (х, у) — тх, ту — математические ожидания случайных величин х, у- стх, & lt-уу — средние квадратичные отклонения х, у- гху — коэффициент корреляции.
После применения принципа суперпозиции для математического описания объектов суммарного влияния на окружающую территорию может быть построена совокупная функция плотности свойств территории [2, 3].
На втором этапе должно происходить разбиение территории на квадратные зоны (участки). Необходимо найти значение общее каждого из анализируемых параметров для каждой зоны. Размер зоны определяет эксперт-пользователь.
На третьем этапе необходим анализ (сравнение) полученных распределений. Математико-статистических анализ предполагает расчет коэффициентов корреляции по сеткам с разными параметрами квадратных зон. В результате должны быть получены матрицы значений. Далее рассчитывается коэффициент корреляции для выбранных слоев данных.
Все предлагаемые функции процедуры учета взаимосвязи пространственно распределенных факторов программно реализованы и протести-
У
У
рованы. На примере экологических данных — показателях пробоотбора воздуха, воды, почвы по отдельным видам загрязняющих веществ, а также показателей биомониторинга в зоне влияния потенциально химически опасного объекта, найдены оптимальные размеры ячейки сетки для определения коэффициента корреляции [4]. На рис. 2 приведен пример интерфейса программы с панелями настроек визуализации и анализа.
Рис. 2. Интерфейс программы с данными интерполяции по пробам почвы
Для визуализации распределения значений концентрации загрязняющих веществ использована пространственная интерполяция значений показателей. Наиболее подходящим методом интерполяции в данном случае является крикинг. Данный геостатистический метод интерполяции выполняет две группы задач: количественное определение пространственной структуры данных и создание прогноза. Количественное представление (квантификация) пространственной структуры данных, дает возможность пользователям подобрать к данным модель пространственной зависимости. Для расчета (прогноза) неизвестного значения переменной в заданном месте кригинг использует подходящую модель из вариографии, конфигурацию пространственных данных и значения в точках измерений вокруг данного местоположения [5].
После расчета коэффициентов корреляции было выявлено то, что за три года проведения экологического мониторинга потенциально химиче-
ски опасного объекта наиболее тесная взаимосвязь обнаруживается между данными содержания мышьяка и железа в почве при определенном уровне кислотности почвы pH = 8. Это подтверждает то, что Ре (ОН)3 наиболее активно удерживает мышьяк при определенной кислотности почвы, следовательно, сорбция мышьяка полуторными оксидами обусловлена величиной pH. Мобильность соединений мышьяка увеличивается вследствие восстановления соединений железа [6].
Таким образом, используя непрерывную поверхность объектных свойств территории, и одновременно, применяя метод разбиения на зоны, можно достоверно оценить взаимовлияние объектов в любом выделенном участке и точке территории, оценить экологические показатели в каждой зоне, независимо от размера и формы, и проанализировать их взаимосвязь. На основе полученного анализа можно спланировать расположение необходимых объектов.
Применение данного подхода, учитывающего свойства и степень влияния различных объектов позволяет ставить и решать принципиально новые проблемы исследования в области охраны окружающей среды на уровне получения, визуализации достоверной информации, ее анализа и получения выводов о комплексной экологической обстановке территории и мероприятиях по ее улучшению.
Список литературы:
1. Марченко В. В. Информационная технология ситуационного анализа пространственной геоинформации / В. В. Марченко // Геоинформатика. -М. — 2002. — № 2. — С. 21.
2. Заикин Н. А. Организация эффективного управления производственным потенциалом промышленного предприятия [Электронный ресурс]. -Режим доступа: www. v4. udsu. ru/files. — 02. 06. 2009.
3. Телегина М. В. Оценка урбанизированных территорий для определения взаимосвязи данных и управления / М. В. Телегина // Проблемы урбанизированных территорий. — М: Изд-во «Камертон». — 2008. — № 3. — С. 24−27.
4. Телегина М. В. Решение задачи выявления корреляции пространственно распределенных данных биомониторинга с дозой загрязнений / М. В. Телегина // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции в 2 частях. — Киров: Изд-во «О-Краткое». — 2008. — Ч. 2. — С. 86−89.
5. Якубайлик О. Э. Методы и приемы пространственного анализа в геоинформационных системах: учебное пособие. — Красноярск: Издательство КрасГУ — 2001. — 98 с.
6. Янников И. М. и др. К вопросу о ремедиации территорий, загрязненных мышьякосодержащими соединениями / И. М. Янников, Н. В. Козловская, М. В. Телегина, М. С. Пупкова // Вестник Московского государственного университета леса. — Лесной вестник. — 2010. — № 1. — С. 53−59.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой