УДК 504.06 Власов Антон Алексеевич Данилов Александр Сергеевич студенты группы ИЗ-10-3

УДК 504.06
Власов Антон Алексеевич
Данилов Александр Сергеевич
студенты группы ИЗ-10-3
Горный факультет, кафедра Геоэкологии
Научный руководитель: Пивоварова Инна Ивановна
доц., к.т.н.
кафедра ИиКт
Факультет фундаментальных и гуманитарных дисциплин
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
г.Санкт-Петербург
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ
СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ В ЭКОСИСТЕМЕ
DEVELOPMENT OF A SOFTWARE APPLICATION FOR
STATISTICAL DATA ANALYSIS IN THE ECOSYSTEM
В настоящее время экологические исследования не сводятся только к
сбору проб и оценке степени загрязнённости окружающей среды,
требуется построение моделей функционирования геосистем и
прогнозирования их поведения в условиях возрастающей антропогенной
нагрузки. В связи с этим возникает необходимость разработки методики
оценки
однородности
пространственно-корреляционной
функции
элементов геосистемы. В целях выполнения поставленной задачи возникла
необходимость реализации математического аппарата на языке
программирования.
Естественно, что неправильно ко всем геосистемам подходить с
едиными методиками и нормативами, но и невозможно для каждой
геосистемы разрабатывать индивидуальные методики и нормы из-за
неприемлемых временных и материальных затрат. Поэтому необходимо
объединять геосистемы в таксоны, в пределах которых вполне обосновано
применение единых методик определения допустимых границ
антропогенного воздействия и прогноза их развития. На основании данной
методики районирования возможно создание информационной базы с
целью оптимизации природопользования и принятия решения об
управлении природным объектом.
В качестве исследуемого региона был выбран участок бассейна реки
Ока в Московской области[1] в районе города Коломна. Были исследованы
данные по загрязнению фенолами, взятые с 29 створов за совместный
период наблюдений 10 лет (с 2000 по 2009 гг.). В основу оценки
однородности пространственно-корреляционной функции экологических
характеристик была положена методика Z-распределения Фишера. Были
рассчитаны 210 пар корреляционных соотношений между массивами
11
исходных данных. Затем были высчитаны значения эмпирической
корреляционной функции, а также определены значения теоретической
функции.
В дальнейшем, используя значения эмпирической и
теоретической функции, высчитаны дополнительные величины по методу
Фишера. Заключающим этапом было вычисление модуля разности
вспомогательных величин, описанных ранее, и сравнение их со
среднеквадратической ошибкой и удвоенной среднеквадратической
ошибкой соответственно. Данный этап являлся завершающим.
Техническим средством выполнения поставленной задачи являлась
реализация математического алгоритма вычислений в системе объектноориентированного программирования C++. Преимущество использования
объектно-ориентированного языка программирования С++ заключается в
быстроте работы программы (исследователь освобождается от рутинных
математических или статистических вычислений), удобстве проведения
исследовательских проектов[2] .
В результате проведенных расчетов был сделан вывод об условной
2
однородности исследуемого участка водотока реки Ока по критерию z
(количество превышений 105 при допустимом количестве превышений
при однородности – 92). Причиной квазиоднородности мог явиться
неучтенный сброс загрязняющих веществ в акваторию водного объекта.
Источниками подобных сбросов могли послужить предприятия
лакокрасочной, деревообрабатывающей или иной промышленности,
широко распространенные как непосредственно в г. Коломна, так и ниже
по
течению
реки
Ока,
которые
используют
фенолы
и
фенолформальдегидные смолы в качестве компонентов готовой
продукции.
Таким образом, в ходе выполнения данного проекта сделаны выводы
о возможности применения четкого математического алгоритма
определения пространственной однородности характеристик геосистемы с
последующим районированием по степени нарушенности среды и
экологической безопасности. Отработан механизм вычислений в
компьютерном приложении, позволяющий уйти от громоздких
математических вычислений и
имея
любые пространственнораспределенные данные на «входе» - получить в течение двух минут ответ
об однородности, по какой-либо характеристике, исследуемого объекта на
«выходе».
jk
Литература
1. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей
среды Московской области». – М.: НИА-Природа, 2003.
2. Николас А. Солтер, Скотт Дж. Клепер C++ для профессионалов. –
М.: Вильямс, 2006.
12
Аннотация
Базовые знания в области информатики и практические навыки
работы на персональном компьютере позволяют эффективно применять
современное программное обеспечение для решения прикладных задач в
области экологии. В данной курсовой работе проводится оценка
однородности пространственно-корреляционной функции и анализ
эмпирических данных в экосистеме. Расчеты проведены при помощи
программ Microsoft Excel и
объектно-ориентированного языка
программирования С++.
Base knowledge in the field of computer science and practical skills of
work on the personal computer allows to apply effectively the modern software
to the decision of applied problems in the field of ecology. In the given term
paper the estimation of uniformity of spatially-correlation function and the
analysis of the empirical data in an ecosystem is spent. Calculations are spent by
means of programs Microsoft Excel and C++.
Ключевые слова
однородность,
корреляционная
функция,
экосистема,
математический алгоритм, объектно-ориентированное программирование,
экологические характеристики
homogeneity of the correlation function, an ecosystem, a mathematical
algorithm, object-oriented programming, environmental characteristics
13