Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 19318 10.12737/article_5a28f848682128.91564605 Контроль и мониторинг Control and monitoring Контроль и мониторинг Assessment for Urban Environmental Status Based on Nuclear Approximation Оценка экологического состояния городской среды на основе ядерной аппроксимации Бельская Екатерина Николаевна Belskaya Ekaterina Nikolaevna ketrin_nii@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Медведев А. В. Medvedev A. V.

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Михов Е. Д. Mihov E. D. edmihov@mail.ru Тасейко О. В. Taseyko O. V. taseiko@gmail.com

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Красноярск Россия Reshetnev Siberian State University of Science and Technology Krasnoyarsk Russian Federation Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Красноярск Россия Reshetnev Siberian State University of Science and Technology Krasnoyarsk Russian Federation Сибирский федеральный университет Красноярск Россия Siberian Federal University Krasnoyarsk Russian Federation Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Красноярск Россия Reshetnev Siberian State University of Science and Technology Krasnoyarsk Russian Federation Специальное конструкторско-технологическое бюро Красноярского филиала Института вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук (СКТБ «Наука» ИВТ СО РАН) Красноярск Россия Special Design Technology Bureau of Krasnoyarsk Branch of Institute of Computational Technologies SB RAS (SDTB “Nauka”, ICT SB RAS) Krasnoyarsk Russian Federation 6 4 13 20 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/19318/view

В работе показано значение выявления и прогнозирования существующих экологических проблем городской среды (на примере города Красноярска). Рассмотрены основные источники загрязнения атмосферного воздуха. Аргументирована необходимость построения модели пространственного распространения загрязняющих веществ в городской среде в контексте относительно новых типов моделей (Н-моделей). При построении математических моделей для решения экологических задач важную роль играет правильное определение переменных, существенно влияющих на экологическое состояние рассматриваемой среды. В работе предложен новый способ определения наиболее информативных переменных. На основе предложенного подхода к моделированию разработана непараметрическая модель пространственного распространения формальдегида по территории города на основе данных наблюдений государственной сети мониторинга атмосферного воздуха. Скорость моделирования позволяет использовать данный метод в режиме реального времени.

In the work has been demonstrated the importance of the process of revealing and forecasting for existing ecological problems related to urban environment (on the example of Krasnoyarsk city). Have been considered the main sources of atmospheric air pollution. Has been argued the need for building the model for urban environment’s ecological state assessment in the context of new type of models (named H-models). In the construction of mathematical models for ecological problems solution the correct definition of variables essentially acting on considered environment’s ecological status is playing an important part. A novel way for determining of the most informative variables has been proposed. Based on presented by the authors approach to the modeling has been developed a nonparametric model for formaldehyde space distribution along city’s territory using data of atmospheric air state monitoring network. Modeling velocity allows use this method in the real-time.

 моделирование экологического состояния непараметрическое моделирование информативные признаки загрязнение атмосферного воздуха города. environmental modeling nonparametric modeling informative traits urban atmospheric air pollution.

1. ВведениеВ последние годы высокий уровень техногенной нагрузки и резкое ухудшение экологической обстановки в Красноярске сделали одним из приоритетных направлений оценку экологического состояния территории.

Бельская Е. Н., МедведевА. В., Михов Е. Д., Тасейко О. В. Применение методов непараметрического моделирования в решении задач экологического мониторинга // Вестник СибГАУ. 2016. № 1(Т. 17). С. 10-18. E. N. Bel’skaya, A. V. Medvedev, E. D. Mikhov, O. V. Taseyko Primenenie metodov neparametricheskogo modelirovaniya v reshenii zadach ekologicheskogo monitoringa [Application of Nonparametric Modeling Methods in Solving the Problems of Ecological Monitoring]. Vestnik SibGAU [Vestnik of SibSAU]. 2016, I. 1, V. 17, pp. 10-18. (in Russian) Антропов К. М., Казмер Ю. И., Вараксин А. Н. Описание пространственного распределения загрязнения атмосферного воздуха промышленного центра методом LandUseRegression (обзор) // Экологические системы и приборы. 2010. № 1. С. 28-41. Antropov K. M., Kazmer Yu.I., Varaksin A. N. Opisanie prostranstvennogo raspredeleniya zagryazneniya atmosfernogo vozdukha promyshlennogo tsentra metodom LandUseRegression (obzor) [Description of the spatial distribution of atmospheric air pollution in the industrial center by the LandUseRegression method (review)]. Ekologicheskie sistemy i pribory [Ecological systems and devices]. 2010, I. 1, pp. 28- 41. (in Russian) Аналитический обзор состояния и загрязнения атмосферного воздухаURL: http://krasecology.ru/Air/ LabReport. (Дата обращения 14.08.2015). Analiticheskiy obzor sostoyaniya i zagryazneniya atmosfernogo vozdukha [Analytical review of the state and pollution of the atmospheric air]. Available at: http://krasecology.ru/Air/LabReport (accessed 14 Auguast 2015). (in Russian) Молодой ученый. Информационная система для моделирования распространения загрязнения атмосферного воздуха с использованием ArcGIS. URL: http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/4/895 (Дата обращения 14.07.2015) Molodoy uchenyy. Informatsionnaya sistema dlya modelirovaniya rasprostraneniya zagryazneniya atmosfernogo vozdukha s ispol’zovaniem ArcGIS [A young scientist. Information system for modeling the distribution of atmospheric air pollution using ArcGIS]. Available at: http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/4/895 (accessed 14 July 2015). (in Russian) Шлычков В. А. Диагноз экстремальных концентраций формальдегида в г. Томске на основе численного моделирования // Оптика атмосферы и океана. 2010. № 6. С. 493-498. Shlychkov V. A. Diagnoz ekstremal’nykh kontsentratsiy formal’degida v g. Tomske na osnove chislennogo modelirovaniya [The diagnosis of extreme concentrations of formaldehyde in Tomsk based on numerical modeling]. Optika atmosfery i okeana [Optics of the Atmosphere and Ocean]. 2010, I. 6, pp. 493-498. (in Russian) Кошкин Г. М., Пивен И. Г. Непараметрическая идентификация стохастических объектов / Дальневост. отделение Рос. акад. наук. Хабаровск, 2009. Koshkin G. M., Piven I. G. Neparametricheskaya identifikatsiya stokhasticheskikh ob”ektov [Nonparametric identification of stochastic objects]. Dal’nevostochnoe Otdelenie Rossiyskoy akademii nauk [Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences]. Khabarovsk, 2009. Цыпкин Я. З. Основы теории обучающихся систем. М.: Наука, 1970. Tsypkin Ya.Z. Osnovy teorii obuchayushchikhsya system [Fundamentals of the theory of learning systems]. Moscow, Nauka Publ., 1970. (in Russian) Цыпкин Я. З. Основы информационной теории идентификации. М.: Наука, 1984. - 336 с. Tsypkin Ya. Z. Osnovy informatsionnoy teorii identifikatsii [Fundamentals of Information Theory of Identification]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 336 p. (in Russian) Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия. М.: Мир, 1993. Khardle V. Prikladnaya neparametricheskaya regressiya [Applied nonparametric regression]. Moscow, Mir Publ., 1993. (in Russian) Медведев А. В. Непараметрические системы адаптации. Новосибирск: Наука, 1983. - 174с. Medvedev A. V. Neparametricheskie sistemy adaptatsii [Nonparametric adaptation systems]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1983. 174 p. (in Russian) Медведев А. В. Основы теории адаптивных систем. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т., 2015. 526 с. Medvedev A. V. Osnovy teorii adaptivnykh system [Fundamentals of the Theory of Adaptive Systems]. Krasnoyarsk, Sib. Gos. Aerokosmich. Un-t Publ., 2015. 526 p. (in Russian) Медведев А. В. Анализ данных в задаче идентификации // Компьютерный анализ данных моделирования. Т. 2. Минск: БГУ, 1995. С. 201-206. Medvedev A. V. Analiz dannykh v zadache identifikatsii [Data Analysis in the Identification Problem]. Komp’yuternyy analiz dannykh modelirovaniya [Computer Analysis of Modeling Data]. Minsk, BGU Publ., 1995, V. 2, pp. 201-206. (in Russian) Надарая Э. А. Непараметрическое оценивание плотности вероятностей и кривой регрессии. Тбилиси: Изд-во Тбил. ун-та, 1983. Nadaraya E. A. Neparametricheskoe otsenivanie plotnosti veroyatnostey i krivoy regressii [Nonparametric estimation of probability density and regression curve]. Tbilisi, Tbil. Un-t Publ., 1983. (in Russian) Михов Е. Д. Оптимизация коэффициента размытости ядра в непараметрическом моделировании // Вестник СибГАУ. 2015. № 2(16). С. 338-342. Mikhov E. D. Optimizatsiya koeffitsienta razmytosti yadra v neparametricheskom modelirovanii [Optimization of the kernel blur factor in nonparametric modeling]. Vestnik Sib-GAU [Bulletin of Siberian State University of Management]. 2015, I. 2(16), pp. 338-342. (in Russian) Потылицына, Е.Н., Тасейко, О.В., Сугак, Е. В. Оценка влияния загрязнения воздуха предприятиями машиностроения на здоровье населения // Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16, № 4. С. 958-968. Potylitsyna, E.N., Taseyko, O.V., Sugak, E. V. Otsenka vliyaniya zagryazneniya vozdukha predpriyatiyami mashinostroeniya na zdorov’e naseleniya [Assessment of the impact of air pollution on the health of the population by machine building enterprises]. Vestnik SibGAU [Bulletin of Siberian State University of Management]. 2015, V. 16, I. 4, pp. 958-968. (in Russian) Безуглая Э. Ю., Воробъева И. А., Полуэктова М. В. Исследование химических процессов в атмосфере по данным мониторинга в городах // Тр. ГГО. СПб.: ГУ ГГО им. А. И. Воейкова, 2010. № 561. С. 164-184. Bezuglaya E. Yu., Vorob”eva I.A., Poluektova M. V. Issledovanie khimicheskikh protsessov v atmosfere po dannym monitoringa v gorodakh [Investigation of chemical processes in the atmosphere according to monitoring in cities]. Trudy GGO [Proceedings of the GGO]. St. Petersburg, GU GGO im. A. I. Voeykova Publ., 2010, I. 561, pp. 164-184. (in Russian) Ethylbenzene [Электронный ресурс].URL: http://monographs. iarc.fr/ENG/Monographs/vol77 /mono7710.pdf (Дата обращения: 17.05.2015). Ethylbenzene [Elektronnyy resurs]. Available at: http:// monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol77 /mono7710.pdf (accessed 17 May 2015). Бенз(а)пирен в атмосферном воздухе и онкологическая заболеваемость в Кемерово / С. А. Мун[и др.] // Гигиена и санитария. 2006. № 4. С. 28-30. Mun S. A. Benz(a)piren v atmosfernom vozdukhe i onkologicheskaya zabolevaemost’ v Kemerovo [Benz (a) pyrene in atmospheric air and oncological morbidity in Kemerovo]. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation]. 2006, I. 4, pp. 28-30. (in Russian) Качество воздуха в крупнейших городах России за десять лет. 1998-2007 гг.: Аналитический обзор. ГУ «ГГО». Росгидромет. СПб., 2009. - 133 с. Kachestvo vozdukha v krupneyshikh gorodakh Rossii za desyat’ let. 1998-2007 gg.: Analiticheskiy obzor [Air quality in the largest cities of Russia for ten years. 1998-2007: Analytical review]. St. Petersburg, GU «GGO» Publ., Rosgidromet Publ., 2009. 133 p. (in Russian) WHO (2007). Health relevance of particulate matter from various sources, Report on aWHO Workshop, Bonn, Germany, 26-27 March 2007. WHO (2007). Health relevance of particulate matter from various sources, Report on aWHO Workshop, Bonn, Germany, 26-27 March 2007. Усманова Л. М. Источники поступления формальдегида и его воздействие на живой организм // Научное сообщество студентов XXI столетия. Естественные науки: сб. ст. по мат. XXXI междунар. Студ. науч.- практ. конф. № 5(30). URL: http://sibac.info/archive/nature/5(30).pdf (датаобращения: 13.02.2017). Usmanova L. M. Istochniki postupleniya formal’degida i ego vozdeystvie na zhivoy organizm [Sources of formaldehyde intake and its effect on the living organism]. Nauchnoe soobshchestvo studentov XXI stoletiya. Estestvennye nauki [Scientific community of students of the XXI century. Natural Sciences]. Available at: http://sibac.info/archive/nature/5(30).pdf (accessed 13 February 2017). (in Russian) ATSDR. 1999. Toxicological Profile for Formaldehyde (Final Report). NTIS Accession № . PB99-166654. Atlanta, GA: Agency for Toxic Substances and Disease Registry. ATSDR. 1999. Toxicological Profile for Formaldehyde (Final Report). NTIS Accession № . PB99-166654. Atlanta, GA: Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Какарека С. В., Ашурко Ю. Г. Анализ и оценка источников выбросов формальдегида в атмосферный воздух на территории Беларуси // Природопользование. 2012. Вып. 21. С. 75-80. URL: http://ecology.basnet.by/jornal/priroda21/Kakareka%20Ashurko.pdf (Дата обращения: 28.02.2017) Kakareka S. V., AshurkoYu.G. Analiz i otsenka istochnikov vybrosov formal’degida v atmosfernyy vozdukh na territorii Belarusi. Prirodopol’’zovanie [Analysis and evaluation of sources of formaldehyde emissions into the atmospheric air on the territory of Belarus. NATURAL RESOURCES MANAGEMENT]. 2012, I. 21, pp. 75-80. Available at: http://ecology.basnet.by/ ornal/priroda21/Kakareka%20Ashurko.pdf (accessed 28 February 2017). (in Russian) Хлебопрос Р. Г., Тасейко О. В., Иванова Ю. Д., Михайлюта С. В. Красноярск. Экологические очерки. Красноярск: Изд-во СФУ, 2012. - 130 с. Khlebopros R. G., Taseyko O. V., Ivanova Yu.D., Mikhaylyuta S. V. Krasnoyarsk. Ekologicheskie ocherki [Krasnoyarsk. Ecological essays]. Krasnoyarsk, SFU Publ., 2012. 130 p. (in Russian) Михайлюта С. В. Особенности пространственно-временной динамики загрязнения атмосферы в условиях города: на примере г. Красноярска / диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск, 2005. - 134 с. Mikhaylyuta S. V. Osobennosti prostranstvenno-vremennoy dinamiki zagryazneniya atmosfery v usloviyakh goroda: na primere g. Krasnoyarska. Kand. Diss [Features of the space-time dynamics of atmospheric pollution in the city: on the example of the city of Krasnoyarsk. Cand. Diss]. Krasnoyarsk, 2005. 134 p. (in Russian)