Розробка інформаційної технології нелінійної робастної сплайн-обробки даних в системі моніторингу

КИЇВСЬКИЙ МIЖНАРОДНИЙ УНIВЕРСИТЕТ ЦИВIЛЬНОЇ АВIАЦIЇ

 

05. 13. 06  Автоматизованi системи управлiння та прогресивнi iнформацiйнi технологiї

 

ОСТРОПИЦЬКИЙ Віталій Михайлович

УДК 519. 651. 3: 519. 6

 

Київ  1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрi математичного забезпечення ЕОМ Днiпропетровського державного унiверситету Міністерства освіти України.

Науковий керiвник – доктор технiчних наук, професор ПРИСТАВКА Олександр Пилипович, НДІ геології Дніпропетровського державного університету, головний науковий співробітник.

Офiцiйні опоненти: доктор технiчних наук, професор, лауреат Державної премiї України IГНАТОВ Володимир Олексійович, КМУЦА, завідувач кафедри; кандидат технічних наук, старший науковий співробітник ЧУПРИН Володимир Михайлович, Науково-дослідний інститут автоматизованих систем будівництва, завідувач лабораторії.

Провiдна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Міністерство освіти України, м. Київ

Захист вiдбудеться “10” лютого 2000 р. о 14 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д 26. 062. 01 при Київському мiжнародному унiверситетi цивiльної авiацiї за адресою: 03058, м. Київ-58, проспект Космонавта Комарова, 1.

З дисертацiєю можна ознайомитися в бiблiотецi Київського мiжнародного унiверситету цивiльної авiацiї.

сплайн регресія екологічний моніторинг

 

 

Актуальність теми. При обробці інформації в системах моніторингу вирішуються як детерміновані задачі на основі рівнянь математичної фізики (методу скінченних елементів, варіаційних задач Коші), так і стохастичні задачі з використанням імітаційного моделювання процесів та статистичного рішення, яке базується на обробці масивів статистичних даних.

Задача підвищення надійності відновлення залежностей та побудови адекватних моделей на основі статистичних даних є актуальною при створенні сучасних інформаційних технологій. При автоматичній обробці статистичних даних контролю параметрів систем, які змінюються з часом та є заданими на дискретній множині, для одержання вірогідних висновків відносно відновлених залежностей необхідно здійснити сплайн-перетворення. Реалізація сплайнів дозволяє підвищувати надійність відновлення моделей та знаходити структурні зміни в процесах та явищах, які спостерігаються. Фундаментальний внесок у теорію наближення сплайнами зроблено вітчизняними та зарубіжними вченими. У статистичній постановці задача побудови сплайнів досліджена в роботах Г. Уаба, І. Шоенберга, Б. Г. Марченка, М. О. Шутка, О. П. Приставки та ін.

Особливістю статистичних масивів є їх зашумованість. Для її зменшення реалізують такі методи:

попереднє згладжування за допомогою фільтрів (фільтрація даних) з наступним інтерполюванням; у цьому випадку реалізують процедури інтерполюючих та згладжуючих обчислювальних схем;

безпосереднє застосування згладжуючих сплайн-регресій;

реалізація робастних алгортмів для одержання стійких оцінок.

Існуючі методи та програмні середовища відновлення сплайн-регресійних моделей переважно базуються на інтерполяційних схемах. Їх застосування не завжди дає адекватні моделі при суттєвій осциляції випадкової складової, яка потребує згладжування. Це обумовило вибір згладжуючих та усереднюючих сплайн-функцій для відновлення одновимірних та багатовимірних регресійних залежностей.

Сучасні інформаційні технології дозволяють реалізувати методи відновлення сплайн-регресійних моделей у автоматизованій системі обробки експериментальних даних довільного характеру: показників фізичних приборів, результатів економічних, екологічних спостережень та ін.

У зв’язку із зростаючим антропогенним впливом на довкілля виникає необхідність створення систем екологічного моніторингу, призначених для вирішення задач оперативного аналізу та прогнозу, що визначають параметри навколишнього середовища. Вирішення цієї проблеми потребує розробки автоматизованої системи обробки даних для проведення кількісного аналізу екологічного стану довкілля. Особливо напружена екологічна ситуація склалася в районах розробки корисних копалин, де техногенна діяльність спричинила до необхідність ведення жорсткого моніторингу на території комбінатів, що можливо за умови створення автоматизованих систем оперативного аналізу та прогнозування стану природного середовища. Одним із завдань таких систем є територіальне картографування, яке відтворює функціональні залежності (рельєфи функцій) техногенного впливу за гідрохімічними показниками. Одержані таким чином карти складають основу територіального атласу, який є головним джерелом оперативного аналізу та прийняття рішень щодо зменшення впливу техногенних навантажень. Вирішення сформульованої загальної задачі моніторингу здійснюється шляхом знаходження функціональних залежностей та рельєфів функцій по вибіркових точках на поверхні та виконання картографічного відображення одержаних поверхонь та їх прив’язки до рельєфу місцевості. Отримані в результаті моделі – залежності між певними факторами – реалізуються для оперативного аналізу та прийняття рішень щодо поліпшення стану природного середовища.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати дисертаційної роботи одержані за період 1995-1999рр. згідно з тематичними планами науково-дослідних робіт:

держбюджетна тема 90-95 “Розробка принципів, методів та програмного середовища системи обробки, аналізу і прогнозу екологічного стану в зоні дії гірничорудних підприємств” ГР 0195U023134;

держбюджетна тема 01-71-98 ДДУ “Розробка автоматизованої системи зберігання, обробки та прогнозу стану природного середовища при техногенному впливі на основі сучасних iнформацiйних технологій (регіон Кривбасу) “ ГР 0198U003757;

госпдоговірна тема 123 “Вивчення впливу зміни напрямку гірничих робіт на гідрогеологічні та інженерно-геологічні умови в Кривбасі” ГР 194U039231;

госпдоговірна тема 86003001195 “Дослідження та розробка методики проведення гідрохімічних спостережень за свердловинами режимної мережі на території ПівнГЗК“.

Мета і задачі дослідження полягають у виборі методів, розробці стійких робастних алгоритмів та програмного забезпечення відновлення статистичних оцінок одновимірних та багатовимірних залежностей за експериментальними даними на основі згладжуючих та усереднюючих сплайн-регресій та реалізації розробленої інформаційної технології в системі екологічного моніторингу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що