Оценка экологического состояния природно-технической системы на основе векторного критерия

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы оценки экологического состояния территории природно-технических систем как важнейшего показателя их стабильности. Приведен краткий анализ критериев оценки загрязнения природной среды, основанных на скалярных свертках массивов данных экологического мониторинга. Отмечено, что отсутствие учета взаимной корреляции показателей загрязнения, определяемых в процессе экологического мониторинга, снижает информативность указанных критериев. Рассмотрены методические аспекты построения критерия оценки загрязнения территории, основанного на снижении размерности и декорреляции массива данных экологического мониторинга. В качестве примера использованы результаты мониторинга загрязнения почвенного покрова на территории локальной природно-технической системы, включающей в себя объект по уничтожению химического оружия и природную среду в границах зоны защитных мероприятий. Приведены результаты использования метода главных компонент для снижения размерности и декорреляции массива данных мониторинга. Показана возможность замены одиннадцати показателей загрязнения тремя главными компонентами при сохранении приемлемой информативности описания. Переход к ортогональному базису в пространстве главных компонент позволяет рассматривать значения последних в точке, как проекции в общем случае многомерного вектора, который назван вектором повреждения и может использоваться в качестве интегрального показателя загрязнения. Приведены варианты оценки загрязнения на основе сравнения текущего и начального модулей вектора загрязнения, а также с использованием поверхности критических загрязнений. Описана возможность упрощения структуры нейросетей для прогнозирования уровня загрязнении за счет использования единственного выходного параметра нейросети в виде вектора загрязнения. Приведен пример применения нейросети, обученной на данных фонового мониторинга почвенного покрова, для прогнозирования текущего загрязнения почвы в точках зоны защитных мероприятий. Показано, что перцептрон с одним скрытым слоем удовлетворительно описывает распределение вектора загрязнений по территории через пять лет после ввода техногенного объекта в эксплуатацию.