Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів

In this paper, the necessity for creating new ecological principles in terms of the theoretical analysis and practical implementation of the foundations of sustainable development, implementing a synergetic, entropy-information component in the methodological support of integrated environmental asse...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Kozulia, Tatiana V., Sharonova, Natalia V., Bilova, Mariia O., Kozulia, Mariia M.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2016
Теми:	ентропійно-інформаційна складова комплексна оцінка головні компоненти компараторна ідентифікація алгоритмічно-програмний комплекс
Онлайн доступ:	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/74684
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System research and information technologies
Завантажити файл:

Репозитарії

System research and information technologies

_version_	1867334276676059136
author	Kozulia, Tatiana V. Sharonova, Natalia V. Bilova, Mariia O. Kozulia, Mariia M.
author_facet	Kozulia, Tatiana V. Sharonova, Natalia V. Bilova, Mariia O. Kozulia, Mariia M.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Tatiana V. Kozulia", "institution": "Кафедра комп’ютерного моніторингу і логістики Національного технічного університету \"Харківський політехнічний інститут\", Харків" }, { "author": "Natalia V. Sharonova", "institution": "Кафедра інтелектуальних комп’ютерних систем Національного технічного університету \"Харківський політехнічний інститут\", Харків" }, { "author": "Mariia O. Bilova", "institution": "Кафедра комп’ютерного моніторингу і логістики Національного технічного університету \"Харківський політехнічний інститут\", Харків" }, { "author": "Mariia M. Kozulia", "institution": "Кафедра інтелектуальних комп’ютерних систем Національного технічного університету \"Харківський політехнічний інститут\", Харків" } ]
author_sort	Kozulia, Tatiana V.
baseUrl_str	http://journal.iasa.kpi.ua/oai
collection	OJS
datestamp_date	2018-03-30T15:27:05Z
description	In this paper, the necessity for creating new ecological principles in terms of the theoretical analysis and practical implementation of the foundations of sustainable development, implementing a synergetic, entropy-information component in the methodological support of integrated environmental assessment system objects was justified. Supportive comprehensive assessment of environmental quality is provided in the form of integration methods of principal components and comparing identification when using diverse initial information on the characteristics of the system object. A practical application of presented proposals is considered using as an example the study of technologically loaded regional structures using monitoring information.
doi_str_mv	10.20535/SRIT.2308-8893.2016.2.05
first_indexed	2025-07-17T10:20:46Z
format	Article
fulltext	© Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля, 2016 Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 45 УДК 519.713: 504.064 DOI: 10.20535/SRIT.2308-8893.2016.2.05 ІНФОРМАЦІЙНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ОЦІНКИ ВІДПОВІДНОСТІ СТАНУ ЕКОЛОГІЧНОСТІ СИСТЕМНИХ ОБ’ЄКТІВ Т.В. КОЗУЛЯ, Н.В. ШАРОНОВА, М.О. БІЛОВА, М.М. КОЗУЛЯ Обґрунтовано необхідність створення нових засад екологічного аналізу в умо- вах теоретично-практичної реалізації основ сталого розвитку, упровадження синергетичної, ентропійно-інформаційної складових у методичне забезпечення системи комплексного оцінювання екологічності системних об’єктів. Методич- не забезпечення комплексного оцінювання якості навколишнього природного середовища подано у вигляді комплексування методик головних компонент і компараторної ідентифікації при багатоплановій вихідній інформації про ха- рактеристики системного об’єкта. Практичне застосування поданих пропози- цій розглянуто на прикладі дослідження техногенно-навантажених регіональ- них утворень з використанням моніторингової інформації. ВСТУП Актуальність роботи зумовлено розробленням і впровадженням універсаль- но удосконалених підходів до комплексного оцінювання відповідності ста- ну, функцій і зв’язків систем природно-техногенного об’єкта вимогам ста- лого розвитку і природному їх призначенню [1, 2, 3], визначенням оптимальної моделі прийняття рішення відповідно до мети розв’язання со- ціально-еколого-економічних завдань. Результат аналізу особливостей формування знань для еколого- економічних систем, подання інформації про комплексне оцінювання стану навколишнього природного середовища (НПС) показав необхідність звернен- ня до теорії системного аналізу для встановлення положень систем-системних досліджень з урахуванням об’єктивних законів виникнення і функціонування систем, які безпосередньо визначаються складовими теорії термодинамічно- го аналізу різнорідних утворень і синергетики стосовно самоорганізації від- ношень між системами, формування баз знань «природна система – соціаль- но-економічна система» на рівні досліджень «стан системи – процес – стан змін у системі» [4]. Стійка матеріальна система, що розвивається і еволюціонує, залежить від процесу, який контролює послідовність трьох стадій: 1) початковий ста- лий, «незмінний» стан; 2) процес еволюції системи (фізичної, біологічної, соціальної та ін.), що є дробовим, самоподібним перехідним станом- процесом; 3) кінцевий, стійкий, незмінний стан, після якого процес-система зникає. Еволюціонуючі системи визначають як нестійкі, перехідний процес яких є носієм спадкової інформації про систему в цілому. Інформація дозво- ляє встановити вірогідні шляхи, траєкторії і алгоритм розвитку системи на кожній з траєкторій — від її початку до кінця (виникнення системи, її ево- люція і завершення). Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 46 Управління системними процесами пов’язано з регулюванням екологіч- ності розвитку соціально-еколого-економічних утворень, визначених як кор- поративна екологічна система — концепція корпоративної екологічної сис- теми (структура запропонованої аналітичної системи, заснованої на систем- системному (корпоративному) підході дослідження складних природно- техногенних об’єктів) [5]. Об’єктивна послідовність реалізації складних системних утворень зале- жить від довільного виникнення відношень між складовими у процесі форму- вання цілісної системи (першочерговість і пріоритетність процесів самоор- ганізації за законами термодинаміки для будь-якого рівня систем). За визначенням Г. Хакена [6] такі процеси визначають колективні, кооператив- ні ефекти в системах і належать до нового напряму наукових досліджень — синергетики. Для системного об’єкта соціально-еколого-економічного зміс- ту (різноплановості і високого рівня складності) доцільним є звернення до синергетики, яка передбачає залучення до аналізу значного обсягу знань усіх галузей науки і техніки. Мета роботи — запровадження синергетичної парадигми в екологіч- ний аналіз і надалі в екологічне управління, передбаченої для об’єктів «со- ціально-економічна діяльність – природне середовище», «техногенний об’єкт – НПС – людина» [3]. Саме створення нового методологічного забез- печення розв’язання комплексних завдань є метою отримання практичних результатів з визначення дестабілізуючих факторів безпеки і встановлення механізмів регулювання екологічності техногенних систем. У цій роботі роз- глянуто і вирішено такі питання: 1) обґрунтування необхідності створення нових засад екологічного аналізу в умовах теоретично-практичної реалізації основ сталого розвитку, запровадження синергетичної, ентропійно-інформаційної складової в ме- тодичне забезпечення системи комплексного оцінювання екологічності сис- темних об’єктів; 2) визначення системи оцінювання відповідності стану природно- техногенних систем вимогам екологічної безпеки на основі компараторної ідентифікації якості в дослідженнях «стан системи – процес – зміни систе- ми», розроблення алгоритмічно-програмного комплексу розв’язання різно- планових завдань сталого розвитку. ОСНОВНІ НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ПРАКТИЧНЕ ОЦІНЮВАННЯ Загалом за наявності порушень природного порядку у навколишньому сере- довищі відбуваються зміни з погіршенням його якості, а створення нової високої якості потребує управління, ефективність якого безпосередньо ґрун- тується на знанні про систему. На створення такої ефективної системи управління і спрямовані дослідження ідентифікації ситуації та оцінювання відповідності вимогам якості для об’єкта аналізу «стан системи – процес – трансформаційні зміни – стан системи». За такого підходу зміни визнача- ються як трансформування будь-яких видів енергії, перетворення її у проце- сах на молекулярному рівні з відповідними ефектами на макроскопічних формах об’єкта дослідження, що загалом і становить сутність синергетич- них процесів. Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 47 Об’єктом дослідження за концепцією сталого розвитку є соціально- еколого-економічні утворення будь-якого рівня складності та призначення. Екологічність такого системного об’єкта визначається встановленням відпо- відності його стану і відсутністю негативних коливань від точки стаціонар- ності за наявних взаємовпливів із НПС, а саме: – виділення економічного, екологічного і соціального аспектів аналізу; ідентифікація стану «структура – функціональність – порушення – імовір- ність процесів – розвиток процесів (виділення довільних неконтрольованих змін, що приводять до самоорганізаційних структур) – стабілізація і відповід- ність природній функціональності системи»; – виявлення вагомих стабілізувальних процесів за оцінкою відповід- ності. Проблематичність вирішення етапних завдань полягає в необхідності після декомпозиції на складові звести різнопланові цілеспрямовані системи в єдиний розв’язок, оцінку і задати регулювальну дію для певної стабілізації системи. Синергетичний підхід у процесі аналізу явищ дозволяє спиратися на новітні наукові дослідження згідно із загальними принципами функціону- вання матеріальних систем для встановлення дієвих механізмів реалізації критичних (біфуркаційних) процесів. Саме виникнення біфуркаційного ста- ну в елементах і компонентах передує умові отримання необхідних знань системою про відповідність навколишньому середовищу [6]. Термін «синергетика», запропонований Г. Хакеном [6], акцентує увагу на узгодженості, когерентності взаємодії частин при утворенні структури цілого, на адитивному ефекті («ціле — більше від частин»). Із переходом від невпорядкованості (хаосу) до впорядкованості в явищах виникають коопе- ративна поведінка елементів, синергетичний ефект, що становлять кореля- цію частин цілого. Отримана інформація дозволяє розширити систему, яка під впливом негентропійних явищ стабілізується на новому рівні стану і відношень із системами та НПС. Стабілізація і гармонізація досягаються зі встановлен- ням рівноваги в систем-системному утворенні завдяки їх певній відповідно- сті вимогам самоорганізації до природної функціональності в системному утворенні або гармонізації «об’єкт впливу – процес – об’єкт змін – процес – об’єкт нового рівня». Збереження стійкості і здатності пристосовуватися до НПС за положеннями синергетики має оцінну функцію ентропії як міри по- рядку і відповідності, використаної для встановлення умов змін у системі і вивчення перебігу процесів, істотними з яких є стабілізувальні за відсутно- сті порушень стану об’єкта 0→ΔS (рис. 1). Для кожного стану A досліджуваної системи, тобто для кожного об’єкта в категорії Q вводиться величина, названа узагальненою ентропією стану :A )( )(~ ln)( AI AIAS = , (1) де )(~ AI — потужність множини ),( AASQ морфізмів категорії Q з A у саму себе; )(AI — потужність множини ),( AASQ , для якої ∅≠),( AASQ за визначенням поняття категорії, оскільки містить хоча б один одиничний морфізм. Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 48 Ентропію (1) пропонується розглядати як цільову функцію оцінювання відповідності, що інтерпретується як міра структурованості стану A , тобто міра структури стану A відносно його безструктурного аналога. Ентропія (1) визначається як кількість інформації про структуру системи [7]: ∑∑ == =−= w i i i w i i nn n n n nnS n 11 ,log)(1 , застосовуваної як індекс різноманітності видової структури співтовариств, або ступінь складності системи. Основою для такої інтерпретації ентропії є теорема стратифікації: увесь простір ресурсних факторів функціональності системи (об’єкта) розподіля- ється (стратифікується) на непересічні страти, кожна з яких відповідає одній з підмножин споживаних системою (об’єктом) ресурсів. У страті JN з не- порожньою підмножиною ресурсів J },,2,1{ mK виконуються умови: ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ = =→ ∑ ∑∑ = == .1 ;;max ln 1 11 r i i r i ii r i ii p mp N Mpp , ∞→′ΔS0→ΔS 0→ΔS 0→ΔS∞→ΔS Зовнішнє середовище: дія Сприйняття Передавання Отримання системою впливу Процеси: ступінь відповідності як імовірність прояву Стан системи: рівень відповідності як імовірність рівноваги Інформація Оцінювання Об’єкт дослідження Системи об’єкта дослідження Функціональність і відповідність стану об’єкта Оцінювання рівня стабільності Система ідентифікації 0→ΔS ∞→′ΔS Система дослідження Ресурси вирішення БАЗА ДАНИХ Комплексне оцінювання екологічності системного об’єкта Ефект Інформація ∞→′ΔS Потреба в регулюванні: вибір вирішення 0S →′Δ Рис. 1. Імітаційна модель матеріально-інформаційного забезпечення оцінки екологічності системних об’єктів: 0, →′ΔΔ SS — стан рівноваги при відповідності цільовій взаємодії «система – навколишнє середовище» за умови різниці між ре- зультатом впливу і стабілізувальним станом об’єкта ( SΔ ) і різниці між результа- том і вимогами відповідності ( S ′Δ ); ∞→′ΔΔ SS, — стан стаціонарності нескінченного розвитку системи за умови відповідності цільовій рівновазі Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 49 де ∑ = β− β− = r i m m i i i e ep 1 ; β — множник Лагранжа відповідно до границі та інтегрування dmm dmmppi →Δ→ ,)( . Звідси визначаємо відповідну поведінку змін ентропії при встановленні стану і перебігу процесів в об’єкті або системі, що для SΔ є: – додатною — хаотичне збільшення системи і її розвиток, відсутність натепер умов довільних процесів упорядкування, структуризації; – нульовою — стаціонарність стану, підтримання процесів функціо- нальності, розвиток відтворюваності структури без розширення системи; – від’ємною, менше нуля — розвиток системи за рахунок довільних процесів упорядкування на новому рівні складності, досягнення максимуму стаціонарності в самоорганізації підтримання стану системи. Для опису стану системного об’єкта потрібна комплексна математична модель, яка враховуватиме еволюцію в часі всієї системи, її окремих елемен- тів, що дозволить описати процес її функціонування, оцінити якість і ризи- ки, визначити шлях самоорганізації і переходу системи в стан самовіднов- лення. Умовна схема такої моделі відображає три важливі етапи еволюції від простої структури в певний момент часу до оптимально структурованої певної складності системи, що пристосована до зовнішніх умов і відповідає вимогам якості (рис. 2). В описі моделі архітектури системи необхідно знайти відповідність реа- льного простору, де вона функціонує, віртуальному суцільному середови- щу — абстрактний об’єкт, що враховує три важливі властивості середовища: 1) функціонування у фазовому просторі із системою координат ( pq , ), де q — узагальнена координата; p — узагальнений імпульс віртуального середовища; 2) еволюцію в часі t; 3) матричну форму щільності станів ),,( ρ tpq=ρ з визначенням сис- теми в певний момент часу, структуру взаємодії між елементами систе- ми [8]. Для встановлення стану віртуального середовища використовується поняття ентропії у вигляді інтегрального співвідношення ∫ Ω ρ Ωρρ−= ln dS , (2) де інтегрування виконується по всьому фазовому простору Ω . tt →0 )(min 0tt − Додавання хаотичності Вихідна архитектура системи Самоорганізація (процес зі зменшенням ентропійного навантаження), оптимальна структура системи Рис. 2. Структурна еволюція архітектури системи Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 50 Важливою властивістю віртуального суцільного середовища є також інформаційне поле — синхронізувальний фактор віртуального та реального середовищ, характеристика функціональності НПС. Фундаментальна властивість віртуального суцільного середовища від- повідає принципу максимуму ентропії [9]: )(Smax* ρρ =S , тобто ентропія системи зберігає своє значення, що справедливо для стаціонарних режимів хаотичної динаміки. Перетворення ентропійного виразу (2) з урахуванням принципу макси- муму визначає фундаментальну властивість: 1 =Ωρ∫ Ω d , тобто у віртуальному суцільному середовищі, що задовольняє принцип мак- симуму ентропії, враховані всі можливі стани системи і жодних невизначе- ностей, за винятком наявних у системі, немає. Фазовий простір вигляду pq ΩΩ=Ω характеризується ентропійною мірою: pq SSS =ρ , де qS — структурна ентропія; pS — ентропія імпульсу (випадковому век- тору відповідає своя ентропія). Подвійність ентропійного змісту визначає дві важливі властивості ент- ропії: 1) інваріантність фізичних властивостей віртуального суцільного сере- довища не є фізичною характеристикою; 2) геометрична інтерпретація функціонально значущих систем об’єкта в обраному просторі і відображення їх геометрії зв’язків. Таким чином, ентропійний підхід до опису структури і динаміки сис- темних утворень потребує визначення щільності (у математичному змісті) складної системи і її елементів, еволюційний розвиток у часі яких описуєть- ся оператором Гамільтона ( H -гамільтоніан). Оператор визначає геометрію, структуру, внутрішні зв’язки системи і повністю описує її динаміку та функ- ціонування. Поводження системи відображається рівнянням Ліувилля: ,] ,[ H t ρ= ∂ ρ∂ (3) де −ρ−ρ=ρ HHH ] ,[ — дужки Пуассона. Рівняння (3) є фундаментальним рівнянням для опису складних процесів і станів систем об’єкта еколого-економічного аналізу, що враховує структуру взаємодії, потоки інформації всередині систем, дисипацію, випадкову скла- дову взаємодії. Універсальною компонентою рівняння для опису процесу є оператор H. Урахування початкових і граничних умов, знайдене значення гамільто- ніана дозволяють розв’язати рівняння (3) для визначення стаціонарної ди- наміки процесу. Універсальною числовою характеристикою якості або ри- зиків для оцінювання стану систем є величина ентропії відповідно до співвідношення (2). Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 51 Тісна взаємозалежність показників якості, ризиків і знань для складних систем реалізується за допомогою ентропії, що повністю дозволяє описати якість, знання і ризики, а, отже, більш коректно змоделювати як конкретний процес, так і систему взаємодійних процесів. Така модель ентропійних функ- цій стану S складається з елементів матриці щільності ρ (рис. 3). Стан системи стабілізується шляхом зменшення ентропії за допомогою інформації, що надходить ззовні. Інформація в процесі розглядається як кіне- тична енергія системи, що зумовлює її продуктивну дію. У випадку замкненої системи кінетична енергія швидко вичерпується, і тільки відкриті системи завдяки енергії ззовні розбудовуються і продукуються [8, 10]. За наявності еволюційного рівняння (3) стану процесу важливо знати не лише його динаміку, можливі режими існування, але і стійкість цих ре- жимів, тобто чи будуть нехтовно малі збурювання наростати згодом, що в кінцевому підсумку призведе до збільшення ентропії та руйнування сис- теми. За допомогою розв’язання диференціального рівняння шляхом поеле- ментного додавання до елементів матриці щільності ρ й оператора H (у дисипативному випадку) малих додатків ρΔ і HΔ аналізується стійкість рівняння (3) [11]: ] [ ] [ HH t Δρ+ρΔ= ∂ ρ∂ . (4) Рівняння (4) описує динаміку малих збурень за часом t з урахуванням поточного стану системи. У процесі дослідження стійкості системи необхід- но враховувати не тільки фактичну її структуру, а і стан, використовуючи числові методи аналізу складних систем. Метод Ляпунова для розв’язання рівняння (4) передбачає надання ρΔ і HΔ вигляду: tt eHHe λλ Δ→ΔρΔ→ρΔ 11 , . (5) Підставляючи рівняння (5) у рівняння (4), отримуємо лінійне алгебрич- не рівняння для власних значень: .] [ ] [ 111 HH Δρ+ρΔ=ρΔλ (6) Таким чином, якщо всі власні значення λ додатні, то малі збурення щільності не наростатимуть згодом, а, отже, стан (процес) буде стійким. У випадку наявності хоча б одного додатного власного значення система S Знання Відповідність (ризик невідповідності) Якість Рис. 3. Схематичне зображення співвідношення характеристик оцінювання якості Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 52 буде демонструвати нестійке поводження. Втрата стійкості є реакцією сис- теми на зовнішній вплив НПС, вихід стабільного розвитку динамічного процесу за граничні умови, межі критеріїв стійкості. На практиці в системі комплексного оцінювання стану об’єктів приро- дно-техногенного походження як критерії стійкості розглядаються правила, що дозволяють досліджувати стійкість системи без безпосереднього знахо- дження коренів характеристичного рівняння. Під час розроблення методич- ного забезпечення в оцінюванні якості складних системних об’єктів врахо- вано, що стійкість визначається порушеннями упорядкованості системи (1)–(6) і її кінцевим синергетичним станом, що відповідає вимогам якості (рис. 3). Для комплексного оцінювання екологічності територіально-об’єктових систем упроваджено компараторну ідентифікацію у вигляді функції відповід- ності як кількісне визначення за двома параметрами — 0 і 1, що дозволяє поєднати зміни у стані систем і об’єкта та ймовірності порушення зв’язків у середовищі [12, 13]. За результатами ідентифікації стану систем і відповід- ності умовам стійкості процесів, що відбуваються в об’єктах дослідження, за методом компаратора екологічності надається узагальнена характеристи- ка об’єкта на основі ризик-аналізу. На останньому етапі реалізації комплекс- ного оцінювання визначається стан усіх трьох складових сталого розвитку, виділяються процеси стабілізації і дестабілізації в аналізованих об’єктах навколишнього середовища. Реалізацію методики комплексного оцінювання якості НПС розглянуто на прикладі дослідження техногенно-навантажених регіональних утворень з використанням моніторингової інформації. Для отримання адекватних ре- зультатів унаслідок оброблення такої інформації важливим є усунення ін- формаційного шуму, що супроводжує вихідні дані розрахунку екологічності [14]. У цій роботі пропонується запровадити метод головних компонент для виокремлення потрібної для вирішення поставленого завдання інформації з усього доступного набору даних зі збереженням його інформативності, подання її у більш компактній і вагомій формі для оброблення та аналізу отриманих результатів [15]. Значення головних компонент за розрахунками в Statistica 6.0 [16] дозволяє використати вагомі параметри управління для стабілізації стану в системі. Алгоритмічне забезпечення оцінювання екологічності природно- техногенних об’єктів у зв’язку з комплексуванням методик головних ком- понент і компараторної ідентифікації при багатоплановій вихідній інформа- ції визначає послідовність усунення інформаційного шуму, установлення узагальненої оцінки якості системного об’єкта (рис. 4). Для визначення групувань для шкали сталості систем до ризику на ос- нові невідповідності вимогам сталості, де під невідповідністю розуміється результат «0» на виході компаратора, пропонується застосувати методи ста- тистичної теорії. Зокрема, для визначення кількості інтервалів шкали у цій роботі використано формулу Стержеса [17]: Nn lg322,31+= , Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 53 де n — кількість інтервалів; N — загальна кількість досліджуваних па- раметрів. Оскільки для кожного розрізу дослідження згідно з поставленим за- вданням установлено, що достатньою є загальна кількість 20=N , то ,32,5=n тобто кількість інтервалів дорівнює 5. Пропонується виокремити такі інтервали: дуже високий, високий, середній, низький, дуже низький. Для визначення межі кожного інтервалу було взято за основу емпірич- ну шкалу ризиків [18], у якій виділено 6 інтервалів: 0–0,1 — дуже високий рівень якості сфери; 0,1–0,3 — високий рівень якості сфери; 0,3–0,4 — середній рівень якості сфери; 0,4–0,6 — низький рівень якості сфери; 0,6–1 — дуже низький рівень якості сфери. Таке групування визначається як первинне, однак воно не задовольняє мету дослідження щодо кількості груп [19]. Для усунення цього недоліку проводиться вторинне групування, що полягає в зміні інтервалів первинного групування для багатоаспектного аналізу статичних даних [19]. Початок Збирання даних Уведення даних Нормування даних Виділення головних компонент Виділення параметрів, що корелюють з кожною з головних компонент Аналіз обраних параметрів за методикою оцінювання екологічності з елементами компараторної ідентифікації Виведення на z-те місце рейтингу системи, що максимально відповідає поставленим вимогам Виведення системи з вибірки 1+= zz Кінець Місце рейтингу z = 1 Достатність надання оцінювання екологічності Рис. 4. Схема алгоритму комплексного оцінювання екологічності об’єкта Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 54 Запропоновану методику протестовано для оцінювання стану 25 регіонів України (ураховуючи АР Крим) за 60 параметрами, де параметри 1–20 характеризують екологічний, 21–40 — економічний, 41–60 — соціаль- ний стани регіону. У результаті використання методу головних компонент (рис. 5 і 6) виділено 20 головних компонент, які корелюють з 53 параметра- ми сукупності вхідних даних, які і було долучено до подальшого аналізу. Для прийняття рішень щодо підвищення екологічної якості та загальної сталості функціонування природно-техногенних систем пропонується аналі- зувати вихідні характеристики об’єкта за трьома напрямами: екологічним, економічним та соціальним, тобто поділити параметри на три групи (див. таблицю). Рейтинг регіонів з екологічної якості порівняно з результатами оціню- вання стану екологічної безпеки областей України (АР Крим) за значенням інтегрального показника ризику і відповідністю їх трьом класам небезпеки [20]. Аналіз показав, що на перші 11 місць отриманого рейтингу припадає низький рівень небезпеки, на місця 12–20 — низький та середній рівні не- безпеки, на місця 21–25 — високий рівень небезпеки. Отже, практичну здат- ність такого підходу підтверджено відповідністю отриманих даних резуль- татам досліджень за іншими методиками визначення рівня екологічної якості територіальних об’єктів. Рис. 5. Фрагмент визначення головних компонент параметрів оцінювання сталості Рис. 6. Фрагмент таблиці факторних координат параметрів відповідно до кореляції Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 55 Кінцеві рейтинги регіонів Рейтинг регіонів за станом екологічної сфери Рейтинг регіонів за станом економічної сфери Рейтинг регіонів за станом соціальної сфери № з/п Назва № з/п Назва № з/п Назва 1 Чернівецька 1 Донецька 1 Закарпатська 2 Волинська 2 Дніпропетровська 2 Харківська 3 Тернопільська 3 Харківська 3 Волинська 4 Закарпатська 4 Одеська 4 Івано-Франківська 5 Рівненська 5 Київська 5 Кіровоградська 6 Сумська 6 Луганська 6 Одеська 7 Чернігівська 7 Полтавська 7 Донецька 8 Житомирська 8 Львівська 8 Дніпропетровська 9 Хмельницька 9 Запорізька 9 Львівська 10 Кіровоградська 10 АР Крим 10 АР Крим 11 Миколаївська 11 Вінницька 11 Київська 12 Івано-Франківська 12 Черкаська 12 Луганська 13 Вінницька 13 Миколаївська 13 Рівненська 14 Черкаська 14 Хмельницька 14 Запорізька 15 Херсонська 15 Івано-Франківська 15 Полтавська 16 Львівська 16 Житомирська 16 Чернівецька 17 АР Крим 17 Сумська 17 Вінницька 18 Полтавська 18 Кіровоградська 18 Миколаївська 19 Одеська 19 Рівненська 19 Хмельницька 20 Харківська 20 Чернігівська 20 Черкаська 21 Запорізька 21 Херсонська 21 Сумська 22 Луганська 22 Закарпатська 22 Тернопільська 23 Київська 23 Волинська 23 Чернігівська 24 Дніпропетровська 24 Тернопільська 24 Херсонська 25 Донецька 25 Чернівецька 25 Житомирська Для автоматизації проведеного оцінювання та виділення природно- техногенних комплексів, що відповідають певному рівню стану досліджува- ної сфери розроблено програмний комплекс для операційної системи Android (рис. 7). Вибір системи програмування зумовлено потребою в оперативному управлінні для середнього та нижнього організаційних рівнів системи. Ав- томатизована система реагування на зміни дає змогу швидко обробляти дані і відповідно регулювати ситуацію (рис. 8). База даних на локальному сервері Програмне забезпечення на пристрої Передавання останніх даних Передавання нових даних на сервер Рис. 7. Принцип роботи програмного продукту Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.О. Білова, М.М. Козуля ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2016, № 2 56 Таким чином, у роботі обґрунтовано доцільність комплексного оціню- вання рівня екологічності природно-техногенних об’єктів за характеристи- кою їх стану і процесів у них для виявлення факторів дестабілізації систем і визначення ризик-ситуації з метою подальшого прийняття рішень щодо її стабілізації. Запропоновано програмну реалізацію застосовуваного підходу до дослідження складних об’єктів з метою автоматизації комплексного об- роблення вхідної інформації та отримання знань про стан системи і її скла- дових, основні фактори стабільного розвитку або дестабілізації системи. ВИСНОВКИ Надано алгоритмічне забезпечення запропонованої методики для кінцевого оцінювання з відокремленням характеристик, що становлять інформаційний шум. Розроблена методика оцінювання стану природно-техногенних об’єктів (див. рис. 4) дозволила отримати такі науково-практичні результати: 1) упровадження елементів синергетичного аналізу в систему оціню- вання стану складних об’єктів техногенно-природного походження (див. рис. 1, рівняння (1) – (6)); 2) визначення основних елементів методичного забезпечення комплек- сного оцінювання відповідності рівню екологічної безпеки природно- техногенних систем на основі компараторної ідентифікації (див. рис. 4) ; 3) розроблення алгоритмічно-програмного комплексу розв’язання різ- нопланових задач оцінювання якості складних регіональних утворень (див. рис. 7 і 8). Запропонована методика дозволила отримати порівнянні результати на регіональному рівні досліджень при багатоаспектному аналізі визначеного об’єкта дослідження. 5 5 5 4 44 4 3 2 1 Рис. 8. Результати роботи програми для аналізу екологічності регіонів України; рівні небезпеки: 1 — дуже низький, 2 — низький, 3 — середній, 4 — високий, 5 — дуже високий Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану екологічності … Системні дослідження та інформаційні технології, 2016, № 2 57 ЛІТЕРАТУРА 1. Козуля Т.В. Моделирование структуры и идентификация состояния корпора- тивной экологической системы (КЭС) / Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова // Пробле- ми інформаційних технологій. — 2007. — № 01 (001). — С. 178–187. 2. Sharonova N.V. Entropy as Substratum of identifying the Corporative Ecological system (CES) condition / N.V. Sharonova, T.V. Kozulia // Вестн. Херсон. нац. техн. ун-та. — 2008. — № 2 (31). — С. 518–527. 3. Козуля Т.В. Процеси екологічного регулювання. Концепція корпоративної екологічної системи: моногр. / Т.В. Козуля. — Х.: НТУ «ХПИ», 2010. — 588 с. 4. Козуля Т.В. Методичне забезпечення комплексної оцінки екологічності систе- мних об’єктів методом компараторної ідентифікації / Т.В. Козуля, М.О. Бі- лова // Системный анализ и информационные технологии: материалы 16-й Междунар. науч.-техн. конф. SAIT 2014 (Київ, 2014) / УНК «ИПСА» НТУУ «КПИ». — К.: УНК «ИПСА» НТУУ «КПИ», 2014. — С. 107–108. 5. Kozulia T.V. Teoretiko-prakticheskie osnovy metodologii kompleksnoj ocenki jeko- logichnosti territorial'nyh i ob'ektovyh sistem. Monografіja / T.V. Kozulia. — Saarbrücken: Palmarium Academic Publishing, 2014. — 298 s. 6. Хакен Г. Синергетика: иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся сис- темах и устройствах / Г. Хакен; пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 423 с. 7. Levich A.P. Category-functor modelling of natural systems / A.P. Levich, A.V. So- lov'yov // Cybernatics and Systems. — 1999. — № 30 (6). — P. 571–585. 8. Николис Г. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации / Г. Николис, И. Пригожин. — М.: Мир, 1979. — 512 с. 9. Панченков А.Н. Энтропия / А. Н. Панченков. — Н.Новгород: Интерсервис, 1999. — 592 с. 10. Пригожин И.Р. Порядок из хаоса / И.Р. Пригожин, И. Стенгерс. — М.: Наука, 1986. — 432 с. 11. Климентович Ю.Л. Статистическая теория открытых систем / Ю.Л. Клименто- вич. — М.: Янус, 2001. — 305 с. 12. Козуля Т.В. Процеси екологічного регулювання. Концепція корпоративної еко- логічної системи: моногр. / Т.В. Козуля. — Х.: НТУ «ХПИ», 2010. — 588 с. 13. Козуля Т. В. Информационно программное обеспечение оценки качества и безопасности объектов исследования мониторинговых систем / Т.В. Козуля, Н.В. Шаронова, М.М. Козуля, Я.В. Святкин // International Periodical Scien- tific Journal “Intelecti” – Tbilisi, 2015. – 3(53). – P.67–72. 14. Козуля Т.В. Обоснование методики компараторной идентификации для систе- мы экологического мониторинга на региональном уровне исследования / Т.В. Козуля, М.О. Білова // Проблеми інформаційних технологій. — №02(014). — 2013. — С. 45–49. 15. Российское хемометрическое общество. Метод главных компонент [Електрон- ний ресурс]. — Режим доступу: http://chemometrics.ru/materials/ text- books/pca.htm 16. STATISTIСA. Версия 6.1. Системный подход к анализу данных [Електронний ресурс]. — StatSoft Russia. — Режим доступу: http://www.statsoft.ru. 17. Sturges H. The choice of a class-interval / H. Sturges // Journal of the American Sta- tistical Association. — 1926. — N 153. — Р. 65–66. 18. Машина Н.І. Економічний ризик і методи його вимірювання / Н.І. Машина. — К.: Центр навч. літ-ри , 2003. — 188 с. 19. Аладьев В.З. Курс общей теории статистики / В.З. Аладьев, В.Н. Харитонов. — М.: Fultrus Book, 2006. — 250 с. 20. Качинський А.Б. Екологічна безпека України: системний аналіз перспектив по- кращення / А.Б. Качинський. — К.: Екологічна безпека, 2001. — 251 с. Надійшла 02.07.2015
id	journaliasakpiua-article-74684
institution	System research and information technologies
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2025-07-17T10:20:46Z
publishDate	2016
publisher	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
record_format	ojs
resource_txt_mv	journaliasakpiua/e0/9fa406d09d18b35f6f82ed7a20fa3de0.pdf
spelling	journaliasakpiua-article-746842018-03-30T15:27:05Z Information characteristics of an assessment of the compliance status of environmental friendliness of system objects Информационные особенности оценивания соответствия состояния экологичности системных объектов Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів Kozulia, Tatiana V. Sharonova, Natalia V. Bilova, Mariia O. Kozulia, Mariia M. entropy-information component comprehensive assessment principal components comparing identification algorithmic and program complex энтропийно-информационная составляющая комплексная оценка главные компоненты компараторная идентификация алгоритмически-программный комплекс ентропійно-інформаційна складова комплексна оцінка головні компоненти компараторна ідентифікація алгоритмічно-програмний комплекс In this paper, the necessity for creating new ecological principles in terms of the theoretical analysis and practical implementation of the foundations of sustainable development, implementing a synergetic, entropy-information component in the methodological support of integrated environmental assessment system objects was justified. Supportive comprehensive assessment of environmental quality is provided in the form of integration methods of principal components and comparing identification when using diverse initial information on the characteristics of the system object. A practical application of presented proposals is considered using as an example the study of technologically loaded regional structures using monitoring information. Обоснована необходимость создания новых основ экологического анализа в условиях теоретически-практической реализации основ устойчивого развития, внедрения синергетической, энтропийного-информационной составляющих в методи-ческое обеспечение системы комплексного оценивания экологичности системных объектов. Методическое обеспечение комплексного оценивания качества окружающей природной среды предоставлено в виде комплексирования методик главных компонент и компараторной идентификации при многоплановой исходной информации о характеристиках системного объекта. Практическое применение предоставленных предложений рассмотрено на примере исследования техногенно-нагруженных региональных образований с использованием мониторинговой информации. Обґрунтовано необхідність створення нових засад екологічного аналізу в умовах теоретично-практичної реалізації основ сталого розвитку, упровадження синергетичної, ентропійно-інформаційної складових у методичне забезпечення системи комплексного оцінювання екологічності системних об’єктів. Методичне забезпечення комплексного оцінювання якості навколишнього природного середовища подано у вигляді комплексування методик головних компонент і компараторної ідентифікації при багатоплановій вихідній інформації про характеристики системного об’єкта. Практичне застосування поданих пропозицій розглянуто на прикладі дослідження техногенно-навантажених регіональних утворень з використанням моніторингової інформації. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2016-06-21 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/74684 10.20535/SRIT.2308-8893.2016.2.05 System research and information technologies; No. 2 (2016); 45-57 Системные исследования и информационные технологии; № 2 (2016); 45-57 Системні дослідження та інформаційні технології; № 2 (2016); 45-57 2308-8893 1681-6048 uk https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/74684/70091 Copyright (c) 2021 System research and information technologies
spellingShingle	ентропійно-інформаційна складова комплексна оцінка головні компоненти компараторна ідентифікація алгоритмічно-програмний комплекс Kozulia, Tatiana V. Sharonova, Natalia V. Bilova, Mariia O. Kozulia, Mariia M. Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title	Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title_alt	Information characteristics of an assessment of the compliance status of environmental friendliness of system objects Информационные особенности оценивания соответствия состояния экологичности системных объектов
title_full	Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title_fullStr	Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title_full_unstemmed	Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title_short	Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
title_sort	інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів
topic	ентропійно-інформаційна складова комплексна оцінка головні компоненти компараторна ідентифікація алгоритмічно-програмний комплекс
topic_facet	entropy-information component comprehensive assessment principal components comparing identification algorithmic and program complex энтропийно-информационная составляющая комплексная оценка главные компоненты компараторная идентификация алгоритмически-программный комплекс ентропійно-інформаційна складова комплексна оцінка головні компоненти компараторна ідентифікація алгоритмічно-програмний комплекс
url	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/74684
work_keys_str_mv	AT kozuliatatianav informationcharacteristicsofanassessmentofthecompliancestatusofenvironmentalfriendlinessofsystemobjects AT sharonovanataliav informationcharacteristicsofanassessmentofthecompliancestatusofenvironmentalfriendlinessofsystemobjects AT bilovamariiao informationcharacteristicsofanassessmentofthecompliancestatusofenvironmentalfriendlinessofsystemobjects AT kozuliamariiam informationcharacteristicsofanassessmentofthecompliancestatusofenvironmentalfriendlinessofsystemobjects AT kozuliatatianav informacionnyeosobennostiocenivaniâsootvetstviâsostoâniâékologičnostisistemnyhobʺektov AT sharonovanataliav informacionnyeosobennostiocenivaniâsootvetstviâsostoâniâékologičnostisistemnyhobʺektov AT bilovamariiao informacionnyeosobennostiocenivaniâsootvetstviâsostoâniâékologičnostisistemnyhobʺektov AT kozuliamariiam informacionnyeosobennostiocenivaniâsootvetstviâsostoâniâékologičnostisistemnyhobʺektov AT kozuliatatianav ínformacíjníosoblivostíviznačennâocínkivídpovídnostístanuékologíčnostísistemnihobêktív AT sharonovanataliav ínformacíjníosoblivostíviznačennâocínkivídpovídnostístanuékologíčnostísistemnihobêktív AT bilovamariiao ínformacíjníosoblivostíviznačennâocínkivídpovídnostístanuékologíčnostísistemnihobêktív AT kozuliamariiam ínformacíjníosoblivostíviznačennâocínkivídpovídnostístanuékologíčnostísistemnihobêktív

Інформаційні особливості визначення оцінки відповідності стану экологічності системних об’єктів

Репозитарії

Схожі ресурси