Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса создания автоматизированных систем мониторинга загазованности, обусловленной движущимся транспортом 10
1.1. Задачи и функции экологического мониторинга на современном этапе 10
1.2. Системы мониторинга окружающей среды в структуре информационного обеспечения управлением экологического состояния современного города 16
1.3. Системы экологического мониторинга
1.4. Геоинформационные мониторинговые системы 27
1.5. Экологические проблемы среднего города 28
1.6. Выводы 30
2. Обоснование и разработка математической модели движения транспорта на автомагистралях среднегогорода 32
2.1. Обоснование выбора метода моделирования 33
2.2. Анализ топологии дорожной сети среднего города 35
2.3. Нечеткая модель движения автотранспорта по линейной части дороги 37
2.4. Выводы 42
3. Анализ факторов, определяющих воздействие на окружающую среду и разработка модели для количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде среднего города 44
3.1. Анализ внешних факторов, определяющих воздействие на окружающую среду 44
3.2. Размещение центров проведения мониторинга заданного района... 45
3.3. Разработка нечеткой модели количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на перекрестках среднего города 48
3.3.1. Содержательная постановка задачи 48
3.3.2. Алгоритм нечеткого вывода 51
3.3.3. Построение базы нечетких лингвистических правил 52
3.3.4. Фаззификация лингвистических переменных 58
3.3.5. Агрегирование 65
3.3.6. Активизация 65
3.3.7. Аккумуляция 66
3.3.8. Дефаззификация выходной лингвистической переменной 66
3.3.9. Разработка нечеткой модели в системе MATLAB 67
3.3.10. Алгоритм реализации нечеткой модели оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на перекрестках среднего города 69
3.4. Выводы 69
4. Разработка средств обработки и хранения данных экологического мониторинга 71
4.1. Содержательная постановка задачи 71
4.2. Определение репрезентативности выборки 75
4.3. Определение параметра однородной генеральной совокупности 78
4.4. Использование графического языка UML при создании информационной системы определения параметров однородных генеральных совокупностей 80
4.5. Использование объектно-ориентированного программирования при создании информационной системы определения параметров однородных генеральных совокупностей 86
4.6. Интерфейс информационной системы определения параметров однородных генеральных совокупностей 89
4.7. Разработка базы данных системы СОПОГ 92
4.8. Использование системы СОПОГ при обработке результатов мониторинга 95
4.9. Результаты обработки данных 98
4.10. Выводы 100
5. Реализация результатов диссертационной работы на примере дорожной сети г. Курска 102
5.1. Разработка рекомендаций по размещению центров проведения мониторинга окружающей среды на примере г. Курска 102
5.2. Мониторинг состояния окружающей среды и пропускной способности перекрестков автотранспортной сети центральной части г. Курска 104
5.2.1. Содержательная постановка задачи по проведению мониторинга 104
5.2.2. Определение интенсивности движения автомобильного транспорта на характерных перекрестках 107
5.2.3. Определения содержания оксида углерода в атмосферном воздухе в районе исследуемых перекрестков 116
5.3. Реализация нечеткой модели оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на примере центральной части г.
Курска 121
5.4. Выводы 128
Заключение 129
Библиографический список
- Системы мониторинга окружающей среды в структуре информационного обеспечения управлением экологического состояния современного города
- Анализ топологии дорожной сети среднего города
- Разработка нечеткой модели количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на перекрестках среднего города
- Использование графического языка UML при создании информационной системы определения параметров однородных генеральных совокупностей
Введение к работе
Актуальность темы. Принятие решений о природоохранной деятельности опирается на достоверную и полную информацию о фактическом состоянии природных и техногенных объектов, получаемую, прежде всего, путем проведения экологических мониторингов и измерений экологических параметров. Особую значимость приобретают информационно-измерительные системы экомониторинга в техногенных условиях городов и мегаполисов.
В настоящее время актуальна задача создания эффективных информационно-аналитических систем сбора и обработки данных о состоянии городской окружающей среды, предназначенных для повышения качества информирования и эффективности разработки рекомендаций по управлению состоянием объекта предметной области. Данная задача включает в себя, прежде всего разработку адекватного математического аппарата. Однако на современном этапе использование непосредственного расчетно-логического аппарата для прогноза состояния объектов предметной области (экосистем) выявило множество препятствий и ограничений, не позволяющих устанавливать причинно-следственные связи между параметрами негативного воздействия и состоянием экосистемы города. Причиной этого являются такие свойства как эффекты запаздывания, нелинейные механизмы преобразования, недетерминированные дискретные процессы и другие причины. В данной связи возникает необходимость применения и развития вместо расчетно-логических моделей адаптивные нечеткие модели и основанные на них методы математического моделирования, что позволит своевременно принимать обоснованные решения.
Решению задачи по разработке информационно-мониторинговых систем, как специфических социально-экономических систем посвящены работы В.Ф. Крапивина, И.И. Потапова, С.Л. Белякова, А.М. Шутко, Ф.А. Мкртчяна, В.В. Климова, И.А. Данилина, К.Я. Кондратьева, С.В. Косякова, зарубежных ученых П.Х. Селлерса, С.О. Лоса, Л.С. Паркинсона, Х.Х. Крамера. Типовыми примерами таких информационных систем являются АСУ дорожного движения, информационно-аналитические комплексы сбора и обработки данных о водных ресурсах, оперативных центров МЧС по оценке атмосферного состояния и т.д. Вместе с тем основной акцент в таких информационных системах обеспечения решения сделан на автоматизации процессов сбора и хранения территориально-распределенных данных. Процессы разработки рекомендаций, обеспечения решений автоматизированы в меньшей степени и возложены на экспертов без соответствующего аппарата моделирования экосостояний города. В связи с этим имеет место актуальная научно-прикладная задача по разработке новых нечетких моделей и алгоритмов с учетом специфики современного города для модификации уже существующих информационных систем обработки, хранения и визуализации результатов экологического мониторинга.
Как известно, транспорт оказывает существенное воздействие на состояние окружающей среды города с населением более 50 тыс. человек.
Из изложенного следует, что разработка математических моделей и алгоритмов в рамках задач управления экологической обстановкой в районе автомагистралей города, на основе аппарата нечеткого моделирования и нечеткого графового подхода является актуальной и имеет практическую ценность.
Целью диссертационной работы является сокращение времени сбора информации в задачах управления экологической обстановкой, обусловленной
загрязнением транспортными средствами.
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:
-
Анализ структуры автотранспортной сети среднего города и определяющих факторов воздействия на уровень загазованности на автомагистралях среднего города и прилежащей территории.
-
Обоснование и разработка математической модели движения автотранспорта на автомагистралях среднего города.
-
Разработка алгоритма рационального распределения районов проведения мониторинга.
-
Разработка математической модели для количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в виде базы нечетких правил.
-
Разработка структурно-функциональной организации системы поддержки управления экологической обстановкой города.
-
Экспериментальная проверка и оценка результатов исследований.
Объектом исследования являются процессы анализа и управления экологической обстановкой в районе автомагистралей города.
Предметом исследования являются методы и модели анализа и прогнозирования состояния экосистем в районе автомагистралей города.
Методы и аппарат исследований. Для решения вышеуказанных задач использовались методы нечеткой логики и нечеткого моделирования теории вероятностей, математической статистики и прогнозирования, а также объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы заключается в том, что
-
Разработана модель движения автотранспорта по линейной части дороги, отличающаяся введением фактора нечеткости в описание динамики движения транспорта по автомагистрали, что позволяет учитывать нестабильность транспортного потока, дорожные условия, а также зависимость интенсивности движения от плотности транспортного потока.
-
Разработан алгоритм формирования множеств районов проведения мониторинга, отличительной особенностью которого является направленный перебор с учетом установления границ воздействия текущей вершины графа на соседние вершины с использованием функций принадлежности ребер.
-
Разработана база правил для системы нечеткого вывода по количественной оценке уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на основе учета состава и количества автотранспорта, позволяющая сократить количество средств измерений.
-
Синтезирована структурно-функциональная организация системы поддержки управления экологической обстановкой города, которая позволяет исключать неоднородные и нерепрезентативные выборки из дальнейшего процесса обработки за счет введения блока проверки выборок на однородность и репрезентативность, а введение в состав блока моделей алгоритма формирования множеств центров проведения мониторинга позволяет сократить время сбора информации за счет обоснованно выделенного числа анализируемых районов.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют сократить временные затраты проведения экомониторинга за счет использования алгоритма формирования множеств центров проведения мониторинга, исключают неоднородные и нерепрезентативные выборки из дальнейшего процесса обработки, а также позволяют проводить оценку состояния загазованности атмосферы на перекрестках города без привлечения дополнительной измерительной аппаратуры. Разработанный программный продукт СОПОГ имеет самостоятельную ценность для оценки статистических данных социально-экономических объектов.
Реализация результатов исследований. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в работе, были использованы в практической деятельности комитета природных ресурсов г. Курска, а также внедрены в учебный процесс Курского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика — 2006)» (г. Сочи, 2006 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Общие проблемы мониторинга природных экосистем» (г. Пенза, 2007 г.); на семинарах кафедры «Информационные системы в экономике» Курск ГТУ.
Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613375 «Система определения параметров однородных генеральных совокупностей (СОПОГ)».
Положения, выносимые на защиту:
-
Нечеткая модель движения автотранспорта на автомагистралях среднего города, учитывающая нестабильный характер движения автотранспортного потока, а так же внешние условия, оказывающие влияние на это движение;
-
Алгоритм формирования множеств районов проведения мониторинга заданной территории, базирующийся на использовании направленного перебора с учетом установления границ воздействия текущей вершины графа на соседние вершины, позволяющий сократить время проведения мониторинга исследуемой области.
-
Математическая модель в виде базы правил для системы нечеткого вывода по количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на перекрестках среднего города, отличительной чертой которой является использование аппарата нечеткого моделирования и с помощью которой можно адекватно оценить ситуацию на перекрестках города;
-
Структурно-функциональная организация системы поддержки управления экологической обстановкой города, особенностью которой является введение блока первичной обработки данных мониторинга, что позволяет исключить неоднородные и нерепрезентативные выборки, а также сократить время проведения экологического мониторинга за счет обоснованно выделенного числа анализируемых районов.
Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и перечисленных в конце автореферата: в [2] приведены результаты обработки мониторинга, произведенного на перекрестках центральной части г. Курска (70%); в [3] приводится разработка информационной системы определения параметров однородной генеральной совокупности (СОПОГ), предназначенной для первичной обработки статистических данных (50%); в [4] приводится разработка нечеткой модели оценки загазованности окружающей среды с ее апробацией на перекрестках автотранспортной сети г. Курска (70%); в [5] рассмотрены вопросы использования объектно-ориентированного программирования (ООП) для разработки современных программ и дается описание системы СОПОГ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (116 наименований) и 2 приложений, изложена на 135 страницах основного текста, включает 13 таблиц и 60 рисунков.
Системы мониторинга окружающей среды в структуре информационного обеспечения управлением экологического состояния современного города
Государственная сеть мониторинга окружающей среды обеспечивает органы государственного управления, хозяйственные организации и население систематической и экстренной информацией об изменениях уровней загрязнения природных сред, а также прогнозами и предупреждениями о возможных" изменений этих уровней. Направляет заинтересованным организациям материалы для составления рекомендаций в области охраны природы и рационального природопользования, для проектирования промышленных предприятий, водохозяйственных сооружений, крупных промышленно-энергетических комплексов, городов и пр.
Национальная система мониторинга построена по иерархическому принципу и состоит из нескольких уровней: первый (низший) уровень — станции на которых ведутся наблюдения, а также обрабатывают данные; второй (средний) уровень — территориальные и региональные центры, где обобщают, анализируют материалы, а также составляют местные прогнозы и оценивают состояние окружающей среды на территории этих центров; третий (высший) уровень — Росгидромет, Минприроды, Минздрав, Минсельхоз, Федеральная служба земельного кадастра России, Мировой центр данных (МЦД, г. Обнинск), ряд головных институтов, которые составляют прогнозы и оценивают состояние окружающей среды в национальном и глобальном масштабах. [94]
В 1998 г. работы в области экологического мониторинга проводились в рамках реализации второго этапа создания Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) — принципиально новой межведомственной информационно-измерительной системы, формируемой с опорой на территориальные звенья в субъектах РФ и ориентированной на комплексную оценку состояния окружающей природной среды и информационную поддержку принятия управленческих решений. [46,95] Продолжаются работы по созданию и развитию территориальных подсистем ЕГСЭМ (ТСЭМ) на экспериментальных территориях (республики Алтай, Мордовия, Чувашия; области: Вологодская, Калужская, Курганская, Пермская, Оренбургская, Челябинская; автономные округа: Ханты-Мансийский, Ямало-Ненецкий; эколого-курортный регион Кавказские Минеральные Воды). [54,20,21,4]
В настоящее время количество субъектов РФ, в которых развернуты работы по созданию ТСЭМ, приближается к 50.
Для оптимизации использования данных экологического мониторинга в 20 регионах созданы и функционируют региональные (территориальные) информационно-аналитические центры (РИАЦ, ТИАЦ), оснащенные современными компьютерными технологиями (включая ГИС-технологии), получившими широкое распространение в рамках ТСЭМ). [94]
На территории стран СНГ, функции, которые можно было бы в целом назвать экологическим мониторингом, выполняет ряд организаций. И только одна из них — Росгидромет — имеет мониторинг в качестве своей главной обязанности.
Главная проблема состоит в том, чтобы свести воедино обзоры состояния окружающей среды, получаемые из различных источников, поскольку зачастую имеет место несовместимость и различие в качестве данных, получаемых из отдельных отраслевых сетей. Для решения задачи стандартизации информации о состоянии окружающей среды правительство России предложило создать ЕГСЭМ.
Другая немаловажная проблема государственного мониторинга окружающей среды на территории СНГ состоит в том, что содержание вредных веществ в окружающей среде контролируется морально и физически устаревшими приборами, а оснащение служб контроля новыми приборами мирового класса сдерживается отсутствием средств на их приобретение и длительной процедурой сертификации приборов и методик измерения. Недостаточно развита на территории стран Восточной Европы и система расчетного мониторинга окружающей среды, позволяющая определять степень загрязненности окружающей среды в любой заданной точке и прогнозировать ситуацию при изменении производства и погодных условий. [46,23]
Не менее актуально создание системы мониторинга и управления экологическими процессами на планете Земля. Концепция построения такой системы предложена в работах [7, 8]. Она предполагает создание такой системы в виде замкнутого информационного цикла мониторинга и управления состоянием природных и антропогенных объектов и их комплексов (геосистем). [60] Для валидации концепции замкнутого информационного цикла и проведения необходимых компьютерных экспериментов была разработана его имитационная модель, названная программным комплексом «Геодиалог». [19] Схема работы такого комплекса сводится к замкнутому циклу циркуляции информации с обратной связью.
Одной из серьезнейших проблем, для решения которой требуется создание современных автоматизированных систем экологического мониторинга, является процедура принятия решений при управлении экологическим риском.
Согласно исследованиям работы [28], за последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы.
На сегодня существует не менее 24 основных источников экологического риска. Совокупность этих и других, еще не выявленных рисков создает среду всеобщего риска, т.е. ситуацию постоянной, всепроникающей и не предсказуемой опасности для здоровья и жизни человека. [4]
Анализ топологии дорожной сети среднего города
Для изучения структурных свойств дорожную сеть удобно представить в виде графа без петель G = {X, U}, где X = {xi, ..., хп} — совокупность узлов сети (вершины графа) и U = {ui2, ..., Uy} — множество дорог, соединяющих узлы Xj, Xj, соответствующих всем дорогам и путям между узлами (ребра графа). [44]
В дорожной сети города присутствуют дороги как с односторонним, так и с двухсторонним движениям. Но это не оказывает влияние на саму структуру дорожной сети. Поэтому, рассматривается не ориентированный граф.
В результате проведенного анализа были выявлены следующие характерные варианты топологических структур дорожной сети города: древовидные структуры. В таких структурах каждых узел связан с некоторыми другими двумя соседними узлами только одним каналом (участок а на рисунке 2.1); структуры кольцевого типа. В этих структурах каждый узел связан с двумя соседними узлами (участок б на рисунке 2.1). К этому типу структур относятся и структуры типа «петли»; сеткообразные структуры. Тут каждый узел имеет связи с некоторым числом ближайших узлов. Можно выделить следующие классы сеткообразных структур: a) структуры, в которых каждый дорожный узел имеет связь с тремя и более узлами посредством трех дорог (ребер) (участок в на рисунке 2.1), b) смешанная сеткообразная структура — древовидный случай, когда каждая вершина соединена с другими вершинами посредством нескольких ребер, которые являются, в свою очередь, ребрами деревовидной структуры. Кроме того, некоторые ребра, выходящие из узлов сеткообразной структуры могут являться началом древовидной структуры (участок d на рисунке 2.1), c) радиально-петлевая структура; линейная структура. Такая структура на всей площади района города не имеет узлов (или имеет их малое количество). Из рисунка видно, что большинство из пересечений являются Х- или Т-образными пересечениями главных или второстепенных дорог с пересекающими их. Автотранспортную сеть среднего города отличает отсутствие многоуровневых развязок, что при современной тенденции роста городского автомобильного парка, несомненно, приводит к увеличению числа заторов и, как следствие, увеличению вредных выбросов.
Как уже отмечалось ранее, автотранспортная сеть города может быть рассмотрена в рамках сложной системы, не имеющей четких границ. Поэтому отношения в рамках данной системы будут заданы в виде нечеткого графа.
Одной из важнейших характеристик автомобильных дорог и узлов автотранспортной сети является интенсивность движения. Как уже говорилось ранее, автотранспортную сеть можно отнести к сложной системе с нечеткими границами. Следовательно, в виде нечеткого графа может быть задана пропускная способность дороги. Для этого задается нечеткий орграф первого рода: H = {X,u) у которогоХ = {х1), /є/ = {і,2 «} — четкое множество пересечений автомагистралей (вершин), a U = {(ци(хпхк)/(х1,хк))} — нечеткое множество ребер, где х(,хкеХ, Миіхі хк) — значение функции возможности свободного проезда автотранспорта ци для участка дороги (ребра) (х,,хк) (рис. 2.2).
Задача построения нечеткой модели пропускной способности сводится к определению функции возможности беспрепятственного проезда автомобилей через некоторый участок дороги, которая тождественна задаче определения функции принадлежности нечеткого множества.
Возможность проезда автотранспорта с желаемой скоростью связана с такими факторами как интенсивность движения Q, которая рассматривается в зависимости от плотности автотранспортного потока R, а также поперечного сечения дороги S, и некоторого параметра V, характеризующего оценку нечеткой ситуации на рассматриваемом участке дороги, которая не поддается или трудно поддается описанию расчетно-логическими методами. К таким нечетким ситуациям могут быть отнесены наличие нерегулируемого пешеходного перехода, погодные условия и пр.
Рассматриваемая нечеткая модель строится из условия, что при уменьшении поперечного сечения s возможность беспрепятственного проезда уменьшается, т.е., если рш (х,,хк) = 0, то ци (xt,хк) = 0.
В качестве зависимости интенсивности движения от плотности потока выбрана одна из макромоделей, базирующаяся на экспоненциальной генерирующей функции [31] где Q — интенсивность транспортного потока; vf— скорость потока в свободных условиях; v,.— скорость кинематической волны в заторовых условиях; Rf — максимальная плотность; R— плотность транспортного потока; п — параметр.
Зависимость интенсивности движения от плотности автотранспортного потока Из данного графика видно, что после увеличения плотности до определенного критического уровня Rc интенсивность начинает снижаться, что приводит к заторам на данном участке дороги, и, как следствие, возможность проезда тоже уменьшается. Для описания существования заторовой ситуации, возникающей при увеличении плотности автопотока на рассматриваемом участке дороги, введен дополнительный промежуточный параметр Т. Это некоторая точка T(R,Q), принадлежащая кривой на рис. 2. Если R,uRe, то плотность автопотока не оказывает влияния на возможность беспрепятственного проезда, следовательно
Разработка нечеткой модели количественной оценки уровня опасности содержания угарного газа в окружающей среде на перекрестках среднего города
Первым шагом на пути изучения и решения экологических проблем является создание информационных систем, характеризующих состояние окружающей среды. В подавляющем большинстве случаев источники информации базируются на результатах аналитических измерений.
Количественная оценка промышленно-транспортных воздействий на окружающую среду необходима для: определения значимости отдельных факторов и выявления соответствующих закономерностей; разработки эффективных механизмов управления природоохранной деятельностью и рациональным использованием природных ресурсов в промышленности и на транспорте.
Она осуществляется в результате мониторинга промышленно-транспортных объектов и окружающей среды, т. е. слежения за промышленно-транспортными объектами как источниками загрязнений и изменением состояния окружающей природной среды, с целью предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.
Особенности мониторинга объектов промышленности и транспорта, диктующие требования к измерительным приборам, оборудованию, программным средствам и расчетным методикам, связаны с: множественностью подвижных источников загрязнения переменной интенсивности выбросов во времени и в пространстве; распределенностью источников загрязнений на значительной площади территории; наличием большого числа параметров, которые необходимо измерять регулярно или непрерывно с высокой степенью достоверности.
В связи с этим возникают особые требования к конструкции приборов, использованию специальных методов измерений и оценки экологически значимых показателей транспортных средств, материалов, технико-эксплутационного состояния инженерных сооружений, параметров состояния окружающей среды. Речь может идти о создании комплексной ГИС-системы мониторинга на основе аэрокосмического зондирования и наземного оперативного сопровождения с использованием стационарных и передвижных постов наблюдений.
Обязательным условием успешной работы такой системы является широкое использование специальных программных средств и математических методов обработки, анализа массивов текущей информации о промышленно-транспортных объектах и изменения состояния окружающей среды, восстановления информации о характеристиках транспортных потоков, уровнях загрязнения воздуха, воды, почвы, растительности на значительной площади территории (до 1000 км2), используя в качестве исходных данных результаты измерения этих параметров в отдельных (репрезентативных) точках пространства. Эти методы и средства необходимы для визуализации и представления результатов мониторинга в форме, удобной для принятия эффективных управляющих решений. Требуется также разработка специальных методов для сбора, накопления, предварительной обработки данных, поступающих от сети постов, в том числе и непрерывно, особенно если ставится задача экологически ориентированного управления транспортными потоками на значительной площади территории в режиме реального времени.
Ключевыми элементами экологического мониторинга является оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), представляющая собой процедуру учета экологических требований отечественного законодательства при подготовке и принятии решений о социально-экономическом развитии общества. ОВОС организуется и осуществляется в целях выявления и принятия необходимых и достаточных мер по предупреждению возможных неприемлемых для общества экологических и связанных с ним социальных, экономических и других последствий реализации хозяйственной или иной деятельности. Результатом проведения ОВОС является вывод заказчика о допустимости воздействия намечаемой им деятельности на окружающую среду. [91]
Мониторинг — это в том числе, экспериментальное моделирование, прогноз и рекомендации по управлению состоянием окружающей природной среды.
В настоящее время среди аналитических задач экологического мониторинга одно из важнейших мест занимают проблемы своевременной и качественной обработки информации. Система экологического мониторинга предусматривает оперативный доступ к информации удаленных пользователей и использование экологической информации для устойчивого развития социальных структур без деградации среды обитания. [100]
Наиболее остро эта задача стоит для систем непрерывного слежения, когда результаты наблюдений поступают в центр сбора и обработки информации с кратким периодом передачи.
Таким образом, информационные и коммуникационные технологии и Интернет-технологии приобретают в настоящее время важное значение для обеспечения оперативного доступа к данным и электронным ресурсам контроля экосистем. Развитие глобальной компьютерной сети Интернет и рост информационных технологий привели к повышению эффективности информационного обмена в мировом научном сообществе, электронного доступа ученых к информационным ресурсам и к научным базам данных ведущих национальных центров, интенсивной интеграции научно-исследовательской и информационной деятельности. [70]
Сегодня актуальна разработка первичных методов обработки данных, включающих в себя оценку случайности, независимости, однородности и репрезентативности элементов выборки в исследуемых областях, что до настоящего времени базировалось на априорных допущениях. В работах [113, 101, 102] предлагается решение этой задачи.
На рисунке 4.1 представлена Структурно-функциональная организация системы поддержки управления экологической обстановкой города данных экологического мониторинга, включающая в себя блок первичной обработки данных. Проводя первичную обработку данных, можно значительно повысить достоверность получаемых результатов.
Использование графического языка UML при создании информационной системы определения параметров однородных генеральных совокупностей
По биологической активности в концентрациях, характерных для атмосферного воздуха городов, ученые-гигиенисты выделяют окись углерода (СО), окислы азота (NOx), углеводороды (CnHm), альдегиды, дым, сажу. [71]
Вредные и токсические вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей, в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы: 1. Углеродсодержащие вещества — продукты полного и не полного сгорания топлива (СОг, СО, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа); 2. Вещества, механизм образования которых непосредственно не связан с процессом сгорания топлива (оксиды азота — по термическому механизму); 3. Вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа деталей (оксида металлов).
Влияние отдельных компонентов выхлопных газов на организм человека изучено достаточно полно. Так, например, окись углерода вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту. Это происходит потому, что СО изменяет состав крови и уменьшает образование гемоглобина, мешает процессу насыщения кислорода в организме. Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой чувствительности глаз, в связи с чем возрастает вероятность аварий.
К тому же, движение автотранспортных средств в составе плотных транспортных потоков на дорожной сети отличается от движения одиночного автомобиля при отсутствии помех движению, которое имеет место при проведении испытаний по оценке токсичности и топливной экономичности. Связанное с этим изменение условий движения (скоростей, ускорений) влечет изменение выбросов вредных веществ.
Транспортные потоки оказывают наибольшее влияние на уровень загрязнения окружающей природной среды. Основные влияющие факторы: состав, интенсивность, скорость и ускорение движения транспортного потока; технический уровень и эксплуатационное состояние автомобилей; объем и номенклатура перевозимых грузов.
В г. Курске численность автомобильного парка быстро растет. В результате чего происходит постоянный рост интенсивности дорожного движения на улично-дорожной сети города.
Для оценки влияния выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом на состояние атмосферного воздуха в г. Курске были проведены исследования на наиболее значимых перекрестках улиц Дзержинского, Красной Армии, Ленина и Карла Маркса, расположенных в центральной части города.
Для экологического исследования были выбраны перекрестки: ул. Карла Маркса — ул. Красный Октябрь, ул. Дзержинского - ул. Добролюбова, ул. Красной Армии - ул. Добролюбова и пл. Перекальского. Это обусловлено тем, что ежедневно на этих перекрестках наблюдается скопление большого количества народа, а также наличием значительного числа различных учреждений и торговых предприятий в зонах влияния перекрестков. Так, вблизи перекрестка ул. Карла Маркса — ул. Красный Октябрь расположен торговый центр. В районе перекрестков ул. Дзержинского - ул. Добролюбова и ул. Красной Армии - ул. Добролюбова находятся несколько торговых центров, школа искусств, цирк, государственные и коммерческие учреждения, а также центральный рынок. В зоне пл. Перекальского находятся учебные и жилые корпуса Курского государственного медицинского университета, филармония, школа искусств, музыкальный колледж, банки, супермаркет и др. Наличие больших. скоплений людей в зонах влияния этих перекрестков повышает требования к качеству воздуха и обусловливает необходимость проведения экологических исследований.
Все вышесказанное указывает на необходимость проведения сбора данных по двум направлениям: 1) замерить содержание угарного газа в атмосферном воздухе в районе перекрестков; 2) определить интенсивность движения на исследуемых перекрестках. Предполагается, что в весеннее-летний период увеличивается интенсивность автотранспортного потока, что вызывает необходимость проведения мониторинга отдельно для осенне-зимнего и весенне-летнего сезонов.
Интенсивность движения автотранспорта (G) определялось путем подсчета проходящих транспортных средств в течение часа на протяжении трех недель в рабочие и выходные дни. Данное исследование проводилось в часы с наибольшей нагрузкой на автомагистрали города (в так называемые «часы пик») — это с 7.30 до 9.30 часов утра, с 12.00 до 14.00 часов дня и с 17.30 до 19.30 часов вечера.
На основании результатов наблюдений было рассчитано среднее значение интенсивности движения транспорта в каждой из точек наблюдения. Определены четыре группы автотранспортных средств: легковые, «газели», автобусы и грузовые. Автотранспортные средства типа «Газель» были выделены в отдельную группу, т. к. в настоящее время такие автомобили занимают значительное место на улицах г. Курска. Их количество значительно превышает число автобусов и грузовых машин вместе взятых, а уступает лишь легковым автомобилям.
