Введение к работе
Актуальность темы. Длительное время многие регионы России, в том числе и территория Приморского края, испытывают интенсивный пресс техносферы. В этих условиях утверждение о том, что экологическая проблематика приобретает все большую актуальность, уже давно не требует специальной аргументации и становится самоочевидным. Качество управленческих, экономических и социальных решений все в большей и большей степени зависит от полноты учета экологических аспектов решаемых проблем. Стратегия принятия экологически выверенных решений с необходимостью должна опираться на информацию о трансформациях и взаимовлияниях физических, химических и биологических процессов в окружающей среде, предоставляемую разнообразными теоретическими исследованиями, мониторинговыми наблюдениями и численными экспериментами. Данное обстоятельство объясняет необходимость и возрастающий интерес к постановке все более сложных задач, связанных с комплексным анализом региональных данных по состоянию окружающей среды и ее воздействию на здоровье человека.
Из всевозможных факторов воздействия, к числу которых относятся химический, радиоактивный, пылевой, биологический и др., наиболее распространенным и экологически опасным является химический. "Изучение химии окружающей среды (естественной и техногенной) с эколого-геохимических позиций - одна из важнейших проблем современности, и большая ошибка не понимать, а тем более не изучать этих связей" (Ю.Г.Покатилов, 1993). Развитие геохимии окружающей среды и медицинской экологии в условиях интенсивного наращивания возможностей компьютерных технологий являются факторами, определяющими актуальность математических приложений и компьютерных технологий.
Действительно, с одной стороны, объем фактических материалов, экспериментально выявленных закономерностей и другой эмпирической информации, накопленной в геохимической экологии и смежных областях науки, все в большей
степени требует систематизации. Предметная область на стыке геохимической экологии, биометрики и изучения качества окружающей среды требует приложения и дальнейшего развития математических методов, прежде всего, методов многомерной статистики, и использования компьютерных технологий.
С другой стороны, на фоне традиционного для медицинской статистики и биометрики тяготения к математико-ста-тистическим методам в последнее время в постановке задач медико-экологических исследований ясно обозначилась тенденция перехода от вспомогательных (рабочих) характеристик к жизненно важным и наиболее значимым показателям, которыми, в конечном счете, являются благополучие и здоровье человека. Последнее обстоятельство подчеркивает необходимость дополнения собранной экологической информации медицинской статистикой и проведения совместного анализа факторов различной природы.
В этих условиях одной из центральных проблем становится выявление причинно-следственных связей между здоровьем населения и факторами его определяющими, а также решение многих сопутствующих задач, облегчающих совокупный анализ данных, таких как разработка методики количественной оценки статистически связанных признаков, проведение районирования территории, отработка процедуры картирования медико-экологических признаков и т.п. В настоящее время данный круг вопросов остается недостаточно изученным.
Цели и задачи диссертационной работы. Основной целью работы является формулировка и обоснование общей методики совокупного анализа геохимической и медико-экологической информации, направленного на выявление, моделирование и картографическое представление структуры и силы корреляционных связей, присутствующих в данных; создание карт рисков заболеваний для различных возрастных групп населения Приморского края.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд задач, в число которых входят:
постановка и решение математической задачи геохимического районирования, моделирование и исследование кластерной структуры данных;
выявление и количественная оценка статистических зависимостей между исследуемыми характеристиками; определение новых информативных признаков;
моделирование картируемой характеристики с необходимой детализацией и построение карт.
Фактический материал. В данной диссертационной работе объектом исследования является территория Приморского края. Исходная информация состоит из двух самостоятельных массивов данных. Один характеризует исследуемый регион с точки зрения физико-химического состояния, другой - определяет уровень здоровья населения.
Первую группу признаков представляет химический состав почв - одна из наиболее показательных характеристик состояния окружающей среды. Данные этой группы характеризуют исследуемую территорию с точки зрения как природного, так и техногенного загрязнения. Санитарное состояние почвы является одним из важнейших медико-экологических факторов здоровья. Очевидно, в первую очередь следует принимать во внимание состояние почв наиболее заселенных территорий.
Другая группа признаков, также отражающих качество окружающей среды, выражена статистикой заболеваемости населения, проживающего на данной территории. Состояние здоровья населения, безусловно, является непосредственным и наиболее важным показателем экологической благополучности среды обитания.
Методы исследования. Обработка данных основывается на классических алгоритмах многомерной статистики. Основу методики составляют алгоритмы теории распознавания образов, стандартные процедуры проверки статистических гипотез, методы анализа главных компонент, корреляционного и регрессионного анализов, теория канонических переменных и методы геостатистики.
Арсенал используемых компьютерных средств представлен, главным образом, специализированным комплексом программ, специально разработанным автором для целей настоящей работы (язык программирования Visual Basic). Программный комплекс содержит инструментарий многомерного статистического анализа, а также средства предмодельно-го анализа и подготовки данных. Помимо этого, на завершающем этапе работы при отрисовке некоторых карт, использовалась программа Surfer.
Научная новизна. Основные положения диссертации, определяющие научную новизну и выносимые на защиту, заключаются в следующем.
-
Предложен формальный математический подход к проведению районирования территории. Разработан алгоритм кластеризации, учитывающий особенности задачи Данные геохимического опробования почв центрального и южного Приморья подвергнуты кластерному анализу. Представлены карты почвенных кластеров.
-
Установлены статистические зависимости между химическим составом почвы и характером заболеваемости населения, сформированы типовые комплексы экологически значимых элементов.
-
Сформулирована методика картирования медико-экологических показателей, проведено моделирование рисков заболевания и построены карты рисков для различных заболеваний и возрастных групп. Подобному анализу медицинская статистика по Приморскому краю подвергается впервые.
Практическая значимость. Сформулированные и опробованные в данной диссертации алгоритмы помогают систематизировать экологическую информацию, дают возможность провести типизацию почв по физико-химическим признакам и.облегчают проведение районирования территории.
Привлечение методов математической статистики к медико-экологическому анализу позволяет точнее и полнее определить условия, способствующие возникновению и распространению экологически зависимых заболеваний, что, в свою очередь, может оказаться полезным при планировании оздо-
ровительных мероприятий и программ или принятии иных экономико-экологических решений.
Методика, предложенная в диссертации, внедрена в ООО МИФ "Экоцентр" (Владивосток) в рамках выполнения работ по многоцелевому геохимическому картированию на Приморском полигоне (1997-1998). Разработанное программное обеспечение использовалось в связи с проведением геохимического районирования и составлением эколого-геохимической карты Приморского края. Работы финансировались министерством природных ресурсов РФ.
Апробация результатов. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на научных семинарах в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН, кафедры информационных технологий Дальневосточной государственной академии экономики и управления, Институте окружающей среды Дальневосточного госуниверситета, 1-й Дальневосточной конференции аспирантов и студентов в Дальневосточном университете (Владивосток, 1997) и международных конференциях: "Сихотэ-Алинь: сохранение и устойчивое развитие уникальной экосистемы" (Владивосток, 1997) и "Рыбохозяй-ствепные исследования мирового океана" (Владивосток, 1999).
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы пять работ. Р1з работ, выполненных в соавторстве, в диссертацию вошли результаты, полученные лично автором, содержащие элементы научной новизны и включаемые в число положений, выносимых на защиту.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключешїяи списка литературы. Обший объем работы составляет 191 страницу, содержит 56 иллюстраций и 15 таблиц. Список литературы включает 73 наименования.
