Управление биотехносферой локальных урбанизированных территорий на основе ситуационного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Кванин Денис Александрович

• Кванин Денис Александрович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кванин Денис Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОСФЕРОЙ ЛОКАЛЬНЫХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1 Особенности формирования экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях в современных условиях расширения и уплотнения застройки

1.2 Поддержка принятия решений в сфере управления биотехносферой застроенных территорий

1.3 Проблемы оценки экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях

1.4 Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СИТУАЦИОННОГО ЦЕНТРА КАК ОСНОВЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОСФЕРОЙ ЛОКАЛЬНЫХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

2.1 Система управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий в структуре общей интеллектуальной сети управления функциями города

2.2 Функциональная, структурная модели и особенности актуализации интеллектуальной системы управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий

2.3 Построение структурной модели экологического ситуационного центра

2.4 Разработка методики построения и организации функционирования экологического ситуационного центра

2.5 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. СИТУАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМ УПРАВЛЕНИИ БИОТЕХНОСФЕРОЙ ЛОКАЛЬНЫХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

3.1 Системное описание состояния биотехносферы локальных урбанизированных территорий как объекта управления

3.2 Ситуационный подход при интеллектуальном управлении биотехносферой локальных урбанизированных территорий

3.3 Моделирование экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях на основе синтеза аппарата нечеткой логики и ГИС- средств

3.4 Разработка метода и алгоритма выбора рациональных управляющих воздействий для изменения состояния биотехносферы на основе

ситуационного моделирования

3.5 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИТУАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОСФЕРОЙ

ДВОРОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ

4.1 Конкретизация объекта управления и параметров интеллектуального мониторинга для дворовых территорий

4.2 Моделирование экологической ситуации на дворовых территориях

на основе разработанного метода

4.3 Разработка программной реализации моделей и алгоритмов

4.4 Применение разработанных методов, моделей и программной реализации для управления биотехносферой на конкретных дворовых территориях

4.5 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Логические правила для получения значений

составных лингвистических переменных

Приложение 2. Фрагмент листинга программной реализации

Приложение 3. Акты внедрения

Приложение 4. Свидетельства о госрегистрации программ для ЭВМ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление биотехносферой локальных урбанизированных территорий на основе ситуационного моделирования»

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня одной из важнейших и быстроразвивающихся сфер экономики России является строительство, а также соответствующая непроизводственная составляющая - жилищно-коммунальное хозяйство, состояние которых в значительной степени определяет уровень экономического развития регионов, влияет на трудоустройство населения. Наиболее быстрыми темпами развивается жилищное строительство (в т. ч., реконструкция): объем жилья, введенного

Л

РФ в 2014 году - более 80 млн. м , превысил советские рекордные показатели 1987 года - 72,8 млн. м2 [1].

Под влиянием расширения и уплотнения застройки на современных урбанизированных и субурбанизированных территориях постоянно происходит техногенная трансформация биосферы и быстрое развитие биотехносферы, для которой характерно структурно-функциональное единство природных, технических и социальных факторов, а ее состояние определяет формирование и развитие определенной экологической ситуации. Результаты различных исследований и данные государственного экологического мониторинга свидетельствуют: значительная часть современных локальных урбанизированных территорий1-* находится в зонах повышенного негативного техногенного влияния, где превышены санитарные нормы содержания токсичных и канцерогенных веществ в атмосфере, нормы воздействия шумов и электромагнитных полей, наблюдается значительное скопление твердых отходов, угнетение растительного мира [2-10]. Следует особо выделить городские дворовые и сельско-городские территории, характеризующиеся специфическими условиями формирования биотехносферы, качественное состояние природной среды которых влияет на здоровье наиболее уязвимой части населения: дети, подростки, молодые мамы, пожилые люди [11].

1-1 территории в рамках муниципального образования, имеющие естественные или природные границы: двор, улица, микрорайон, поселок.

Управление биотехносферой локальных урбанизированных территорий -это управление сложной системой, состояние которой характеризуется как количественными, так и качественными параметрами, множественными и неоднородными исходными данными; а для принятия управленческих решений необходимо учитывать слабоформализуемые понятия и разнородные данные о состоянии объекта управления и внешней среды. При таких условиях наиболее рациональным является построение интеллектуальной системы управления, в которой управленческие решения будут формироваться на основе интеллектуального анализа данных: извлечении и представлении знаний об объекте управления и других подсистемах, механизмах их взаимодействия между собой и с внешней средой; модельной оценке состояния биотехносферы и способов управления им на уровне математических и логико-лингвистических моделей; использовании обучения, обобщения и классификации при построении сценариев управления по текущим и прогнозным экологическим ситуациям.

Исходя из вышесказанного, сегодня актуальной научной задачей является разработка комплекса методов, моделей и алгоритмов, актуализирующих функционирование интеллектуальных систем управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий, в том числе, с использованием ситуационного подхода и ситуационного моделирования.

Исследованиями в области построения и развития систем, реализующих функции экомониторинга, прогнозирования и управления экологической безопасностью для урбанизированных территорий занимались Андерсон Дж., Аморе М., Батзиас Ф., Бонаккорсо А., Васильев А.В., Воронцов А.М., Денисов В.Н., Донченко В.К., Иващук О.А., Ильичев В.А., Иоаннис Н., Константинов И.С., Ксандопуло С.Ю., Кузичкин О.Р., Ли В., Осипов В.И., Панарин В.М., Растоскуев В.В., Соколов Э.М., Теличенко В.И., Слесарев М.Ю., Фатта Д. и др. ученые. Однако до сих пор не решена задача обеспечения поддержки решений в сфере интегрированного управления состоянием природных и техногенных систем локальных урбанизированных территорий, с осуществлением

непосредственной трансформации полученных экоданных в научно обоснованные результативные управляющие воздействия.

Вышесказанное обуславливает актуальность темы исследования, выбор объекта, предмета и цели исследования.

Объектом исследования является процесс управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий в современных условиях расширения и уплотнения застройки.

Предметом исследования являются методы, модели и алгоритмы, обеспечивающие актуализацию интеллектуальных систем управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий, информационное обеспечение и поддержку результативных управленческих решений.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение эффективности принимаемых решений при управлении биотехносферой локальных урбанизированных территорий на основе совершенствования функционирования систем управления за счет применения ситуационного моделирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ современного состояния в сфере управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий, проблем осуществления оценки и прогнозирования развития экологической ситуации.

2. Исследование и построение моделей интеллектуальной системы управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий и ее подсистемы - экологического ситуационного центра - как основы информационного обеспечения и интеллектуальной поддержки управления.

3. Системное описание состояния биотехносферы локальных урбанизированных территорий как объекта интеллектуального управления с выявлением основных параметров интеллектуального мониторинга, ситуационного моделирования и управления.

4. Реализация ситуационного подхода для построения моделей и алгоритмов, обеспечивающих проведение интеллектуального мониторинга и интеллектуальную поддержку принятия решений при управлении биотехносферой локальных урбанизированных территорий.

5. Разработка конкретных ситуационных моделей и их программная реализация для обеспечения управления биотехносферой на примере дворовых территорий многоэтажных комплексов, разработка практических рекомендаций по применению моделей, алгоритмов и программ.

Методы исследования основываются на системном анализе; теории множеств и математической логике; ситуационном подходе; использовании аппарата нечеткой логики, геоинформационных технологий; экспертных оценках; экспериментальных исследованиях.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается соблюдением ГОСТов, СНиПов и другой нормативной документации, применением сертифицированного лабораторного оборудования и программного обеспечения; успешной программной реализацией на ЭВМ и положительным внедрением результатов работы.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в получении следующих новых научных результатов:

- теоретико-множественная и структурная модель экологического ситуационного центра как базовой составляющей интеллектуальной системы управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий, обеспечивающей процесс непосредственной трансформации экоданных в результативные управляющие воздействия за счет интегрированной актуализации интеллектуального мониторинга и комплексного интеллектуального анализа данных с формированием и оценкой альтернативных сценариев управления;

- концептуальная модель биотехносферы локальной урбанизированной территории как объекта управления, представленного в виде природно-социо-техногенной системы, состояние которой определяется совокупностью параметров, отражающих взаимодействие отдельных компонентов между собой и

с внешней средой и являющихся параметрами интеллектуального мониторинга и управления;

- разработанный на основе синтеза нечеткой логики и ГИС-технологий метод комплексной визуализированной оценки текущей и прогнозной экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях по совокупному состоянию подсистем биотехносферы;

- алгоритм формирования сценариев управления, отличительной особенностью которого является возможность оценки результативности управляющих воздействий, актуализация которых не будет вызывать противоречивый эффект в изменении качества отдельных составляющих природной среды.

Практическая значимость работы заключается в программной реализации построенных ситуационных моделей и алгоритма формирования сценариев управления (получены свидетельства о госрегистрации в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам), их применении на конкретных локальных урбанизированных территориях; в результатах интеллектуального экомониторинга дворовых территорий гг. Орла и Белгорода; в практических рекомендациях по применению разработанных программ и алгоритмов.

Результаты внедрения. Результаты диссертационной работы в виде разработанных моделей, алгоритмов, их программной реализации и рекомендаций внедрены: в Департаменте жилищно-коммунального хозяйства Белгородской области для проведения комплексной оценки и прогнозирования природно-технического состояния дворовых территорий многоэтажных жилых комплексов, разработки сценариев управления и оценки конкретных мероприятий по изменению параметров инженерных сетей и инфраструктуры территории для достижения требуемого уровня биотехносферной безопасности; в Департаменте архитектуры и строительства администрации Малоархангельского района Орловской области для проведения прогнозных оценок состояния биотехносферы при планировании строительства жилых домов и проектирования планировочной

структуры их дворовых территорий; в Белгородском государственном национальном исследовательском университете при осуществлении учебного процесса и научно-исследовательской работы студентов и аспирантов.

Связь с научными и инновационными программами. Результаты диссертационного исследования использовались при выполнении следующих проектов: грант РФФИ № 14-41-08055 (2014,2015 гг.) «Исследование и разработка распределенной автоматизированной системы интеллектуального экомониторинга и управления экологической безопасностью городских территориальных агломераций»; грант РФФИ № 15-48-03163 (2015 г.) «Создание и исследование технологии и прототипа системы интеллектуального экомониторинга, прогнозирования и ситуационного управления биотехносферой сельско-городских территорий».

На защиту выносятся:

- модель экологического ситуационного центра как базовой составляющей интеллектуальной системы управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий;

- модель биотехносферы локальной урбанизированной территории как объекта интеллектуального управления;

- метод комплексной визуализированной оценки текущей и прогнозной экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях;

- алгоритм формирования сценариев управления;

- модели экологической ситуации на дворовых территориях многоэтажных комплексов;

- программная реализация моделей и алгоритмов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XIX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2012» (г. Москва, 2012 г., грамота за лучший доклад), Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Юго-Западного государственного университета «Строительство: тенденции развития и перспективы» (г. Курск, 2014 г.), VI Международной научно-практической

конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире» (г. Санкт-Петербург, 2014 г.), а также на научных семинарах и конференциях Белгородского государственного национального

исследовательского университета, Приокского государственного университета (Госуниверситет-УНПК), Орловского государственного аграрного университета, (2012-2015 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе, 5 научных статей в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации трудов на соискание ученых степеней, 1 статья в издании, включенном в международную базу данных Scopus. Получено 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений. Содержание работы изложено на 153 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 4 таблицы, список литературных источников из 151 наименования.

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ особенностей формирования и развития экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях в условиях расширения и уплотнения застройки. Также проведен анализ существующих подходов к реализации поддержки решений в сфере управления динамикой состояния биотехносферы застроенных территорий на основе актуализации систем мониторинга, использующих современные технологии сбора и обработки экоинформации, в том числе с функциями интеллектуального анализа данных; анализ проблем оценки экологической ситуации. Определены пути решения выявленных проблем, на основе этого сформулированы задачи дальнейшего исследования.

Во второй главе определено место системы управления биотехносферой локальных урбанизированных территорий в иерархии общей интеллектуальной

сети управления функциями города. Разработаны функциональная и обобщенная структурная модели систем данного класса. Выявлены функции базовой составляющей - экологического ситуационного центра, который, по сути, является подсистемой интеллектуального мониторинга и интеллектуальной поддержки принятия решений. Представлена и исследована его теоретико-множественная модель, выявлены основные функции и реализующие их подсистемы, на основе чего предложена структурная модель. Актуализация обеспечивает непосредственную трансформацию экоданных в результативные управляющие воздействия. Разработана методика для формирования конкретных систем.

В третьей главе представлено системное описание состояния биотехносферы локальной урбанизированной территории, на основе чего выявлены параметры, необходимые для осуществления: интеллектуального мониторинга; комплексной оценки и прогнозирования экологической ситуации, формирования и оценки результативности сценариев управления. Описано использование ситуационного подхода при моделировании состояния биотехносферы. Предложен метод проведения комплексной визуализированной оценки экологической ситуации локальной урбанизированной территории по совокупному состоянию природной среды и планировочной структуры. Данный метод основан на синтезе аппарата нечеткой логики и ГИС-средств. Представлен реализующий его алгоритм, а также алгоритм выбора результативных управляющих воздействий.

В четвертой главе представлены результаты применения разработанного метода, моделей и алгоритмов для организации процесса управления биотехносферой дворовых территорий многоэтажных комплексов. Конкретизирован объект управления, разработаны соответствующие ситуационные модели, создана программная реализация. Показаны результаты проведения интеллектуального мониторинга и интеллектуального анализа данных для конкретных дворовых территорий с выработкой рекомендаций по улучшению экологической ситуации.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОСФЕРОЙ ЛОКАЛЬНЫХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1 Особенности формирования экологической ситуации на локальных урбанизированных территориях в современных условиях расширения и

уплотнения застройки

В последнее десятилетие темпы роста строительной сферы в регионах РФ относятся к одним из самых значимых показателей социально-экономического развития страны. Так, к 2013 году Россия вошла в тройку лидеров в Европе по интенсивности жилищного строительства [12]. К 2014 году число действующих строительных организаций различных форм собственности в стране превысило 210 тыс. (почти в 2 раза больше, чем в 2000 году), инвестиции в их основной капитал составляют около 1000 млрд. рублей в год, среднегодовая численность работающих - более 2,5 млн. человек; объем работ, выполненных по виду экономической деятельности «Строительство», за последние 10 лет вырос более чем в 4,5 раза и составил около 6000 млрд. рублей. При этом 25-30 % от значений указанных выше показателей приходится на ЦФО [1,13,14]. Вклад отдельных регионов представлен на рисунке 1.

При этом, развитие любой отрасли экономики должно осуществляться в соответствии с требованиями обеспечения экологической безопасности, обеспечения прав граждан на здоровую и благоприятную среду, достоверную информацию о ее состоянии, что закреплено в Конституции РФ (статья 42) [15]. Согласно ФЗ «Об охране окружающей природной среды» [16], все юридические и физические лица, организации и объединения обязаны руководствоваться основополагающими принципами, отраженными на рисунке 2.

Объем работ, выполненных по виду экономической деятельности "Строительство" организациями различных форм собственности

Другие регионы ЦФО Липецкая обл.

Курская обл. Рязанская обл. Ярославская обл.

г. Москва Московская обл. Калужская обл. Воронежская обл. Белгородская обл.

Ш 2,9 Ш 12,5

т 3,2 шт 4,з ^тш 6

Рисунок 1 - Процентное соотношение вкладов регионов ЦФО в значения показателей развития экономической сферы «Строительство» (на 01.01.2014 г.).

Научно обоснованное сочетание экологических, социальных, экономических и иных интересов

Рациональное использование природных

ресурсов и недопущение необратимых последствий для окружающей природной среды и здоровья человека

Л

Ч

ПРИНЦИПЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ИНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Соблюдение требований природоохранного законодательства, неотвратимостью наступления ответственности за их нарушения

Приоритет охраны жизни и здоровья человека перед экономическими и другими задачами

Рисунок 2 - Принципы осуществления хозяйственной и иной деятельности согласно ФЗ «Об охране окружающей среды».

С точки зрения системного подхода, биотехносфера урбанизированных территорий - как застроенных, так и планируемых под застройку и развитие

инфраструктуры - представляет собой многокомпонентную систему, включающую различные взаимодействующие между собой и с внешней средой природно-технические подсистемы, совокупное функционирование которых решает цели социально-экономического развития рассматриваемой территории. В результате, формирование и изменение экологической ситуации на рассматриваемой урбанизированной территории, характеризующейся определенными условиями и параметрами застройки, параметрами инженерных сетей, действующих производственных, транспортно-дорожных, культурно-бытовых и др. объектов, зависит как от внешних воздействий, так и от состояния и динамики данной природно-технической системы в целом и ее отдельных компонентов в их взаимосвязи.

Для результативного регулирования сложившейся и прогнозируемой экологической ситуации важно выявить те параметры биотехносферы, которые являются:

- наиболее значимыми с точки зрения воздействия на здоровье населения рассматриваемой территории (по мощности и объему);

- реально управляемыми, изменение которых обеспечит возможность реализации конкретных природоохранных мероприятий.

Результаты по оценке здоровья населения в регионах РФ, полученные при проведении государственного социально-гигиенического мониторинга, показали сильную зависимость между ростом заболеваемости и болезненности (органы дыхания, сердечно-сосудистая система и др.), особенно у детей и подростков, и повышением уровня негативного техногенного воздействия на различные компоненты природной среды жилых районов, прежде всего, на воздушный бассейн [10,11,17]. От различных объектов промышленности и транспорта происходит выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух среднегодовыми объемами в десятки млн. т по стране (например, в 2014 г. - более 31 млн. т): в среднем около 57% приходится на стационарные источники и около 43% - на передвижные (при этом в ЦФО, вклад автомобилей достигает 70^95% [10,14]). Наиболее распространенными загрязняющими веществами являются:

оксид углерода (С02) - 15517 млн.т или 106 кг на душу населения страны, диоксид серы (502) - 4131 млн.т/ 28 кг, оксиды азота (N0) - 3379 млн.т/ 23 кг, летучие органические соединения - 2741 млн.т/19 кг, аммиак - 87 млн.т / 0,6 кг соответственно (данные на 2014 год). На ЦФО приходится около 9 % всех выбросов в атмосферу, при этом основными регионами-загрязнителями являются: Липецкая обл. (347 тыс. т или 22%), Московская обл. (199 тыс.т, 13%), Тульская обл. (181 тыс.т, 11,5%), Рязанская обл. (124 тыс.т, 7,8 %) и Белгородская обл. (118 тыс.т, 7,5 %) [10,14].

Следует отметить, что вредные выбросы, поступающие в атмосферу локальных урбанизированных территорий, в частности дворов многоэтажных комплексов, могут являться консервативными (например, угарный газ СО) и сохраняться длительное время в зависимости от застройки и инфраструктуры территории. По данным регулярных наблюдений Росгидромета, при общем небольшом снижении в последнее десятилетие вредных выбросов, концентрации оксида углерода не снижаются (это напрямую связано с ростом автомобилизации), и именно по этому показателю чаще всего превышаются допустимые нормы.

При взаимодействии таких веществ, содержащихся в техногенных выбросах, как окислы серы или азота с другими газами образуются новые вещества (сульфаты, нитраты, кислоты и др.), обладающие большей токсичностью. Вторичные источники интенсивно загрязняют как атмосферу, так и природные воды, почвы, растения.

Необходимо отметить значительный рост негативного техногенного влияния на акустическую среду. Число жалоб на внешнее шумовое воздействие в ряде регионов превышает 50% [10,14]. Наиболее неблагоприятными, с этой точки зрения, также являются автомобили - преобладающие источники интенсивного и длительного шума [18-21].

Опасным является воздействие на человека инфразвука, источники которого, например, это различные типы транспортных средств, компрессоры, вентиляционные системы и системы кондиционирования. Оно выражается в

угнетении слуховой и вестибулярной функций, в утомлении. Проведены исследования, которые показывают, что одновременное действие высоких уровней шума и инфразвука увеличивает плохое самочувствие в 3 раза: взаимодействие этих факторов носит характер потенцирования [22,23].

Значительное вредное влияние на организм человека оказывают электромагнитные поля. Оно связано с переносом энергии электромагнитных излучений и определяется ее количеством, которое зависит от частоты волн. Наиболее опасно поглощение электромагнитных волн внутренними органами, обладающими слабо выраженным механизмом терморегуляции (почки, сердце, мозг, глаза) [24].

Параметры биотехносферы конкретных локальных урбанизированных территорий, связанные как с природными составляющими, например, рельефом, так и с особенностями современной застройки и инфраструктуры, существенно влияют на их микроклимат, а также на характер рассеивания и скопления поступающих из внешней среды и образующихся непосредственно на рассматриваемой территории химических и физических загрязнений. Например, в пониженных формах рельефа чаще застаивается воздух. Под влиянием неровностей местности изменяется движение и турбулентный режим воздушных потоков, что вызывает существенное перераспределение концентрации загрязняющих веществ [25,26].

Рассеивание вредных примесей в приземном слое застроенных территорий, особенно многоэтажных комплексов, имеет свои характерные особенности и существенно отличается от аналогичных процессов, наблюдаемых над протяженной земной или водной поверхностью. Препятствия в виде городских строений, встречающиеся на пути распространения воздуха, становятся причиной возникновения циркуляционных зон, отличающихся очень слабой возможностью воздухообмена и циркуляцией по замкнутым контурам [26,27]. В результате пониженного давления в данных областях, загрязняющие вещества, попадающие в них (чаще всего от автомобилей), накапливаются до концентраций, превышающих предельно-допустимые нормы (ПДК). Сплошная высотная

застройка создает особые условия, когда воздушные потоки в нижней тропосфере практически отсутствуют, как следствие, происходит значительное скопление и застой вредных примесей.

Замкнутость объемов застройки, создающей «глухие» дворы и дворы-«колодцы» значительно ухудшает условия рассеяния выбросов от автомобилей [28]. Парковка автотранспорта вблизи жилых строений становится причиной повышенных уровней загрязнения воздуха, как вблизи застроек, так и в квартирах нижних этажей: соответствующие режимы работы двигателей при пуске, прогреве и выезде являются «залповыми» для выбросов отработавших газов. Так, «холодный» автомобиль расходует топлива до 30 % больше, чем «горячий», и при этом выбрасывает СО больше на 86 %, углеводородов СхНу - на 40 %, оксидов азота ЫОх - на 12 %. Как показывают исследования ученых, строительные оболочки способны ослабить внешние концентрации загрязняющих веществ только на 30-40 %, в результате на уровне первых этажей фиксируются их концентрации до 5 ПДКм.р. (предельно-допустимая концентрация максимально-разовая) при работающих на улице двигателей автомобилей [5,11,28].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кванин Денис Александрович, 2016 год

// // //

FuzzyVariable fvInfrastructure

5.0);

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(0.0, 0.0, 1.0, 2.0)));

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(2.0, 3.0, 4.0, 5.0)));

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(3.0, 4.0, 5.0, 5.0)));

fsInfrastructure.Output.Add(fvInfrastructure);

Create output variables for the system

FuzzyVariable("Infrastructure" FuzzyTerm("notsatisfactorily", FuzzyTerm("satisfactorily", FuzzyTerm("good",

0.0,

new

new

new

//

// Create three fuzzy rules

//

try {

MamdaniFuzzyRule rulel = fsInfrastructure.ParseRule("if (Parking is bad ) or (Insolation is low) or (Greenary is low) then Infrastructure is notsatisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule2 = fsInfrastructure.ParseRule("if (Parking is good ) and (Insolation is high) and (Greenary is high) then Infrastructure is good");

MamdaniFuzzyRule rule3 = fsInfrastructure.ParseRule("if (Parking is good ) and (Insolation is high) and (Greenary is high) then Infrastructure is satisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule4 = fsInfrastructure.ParseRule("if (Parking is good ) and (Insolation is high) and (Greenary is medium) then Infrastructure is

satisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule5 = fsInfrastructure.ParseRule("if (Parking is good ) and (Insolation is high) and (Greenary is medium) then Infrastructure is

satisfactorily");

fsInfrastructure.Rules.Add(rulel); fsInfrastructure.Rules.Add(rule2); fsInfrastructure.Rules.Add(rule3); fsInfrastructure.Rules.Add(rule4); fsInfrastructure.Rules.Add(rule5);

}

catch (Exception ex) {

MessageBox.Show(string.Format("Parsing exception: {0}", ex.Message +

"2"));

return null;

}

return fsInfrastructure;

}

MamdaniFuzzySystem CreateYardRatingSystem() {

//

// Create empty fuzzy system //

MamdaniFuzzySystem fsYardRating = new MamdaniFuzzySystem();

6.0);

//

// Create input variables for the system //

FuzzyVariable

fvInfrastructure

new

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(0.0, 0.0, 1.0, 2.0)));

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(1.0, 2.0, 4.0, 5.0)));

fvInfrastructure.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(4.0, 5.0, 6.0, 6.0)));

fsYardRating.Input.Add(fvInfrastructure);

FuzzyVariable("Infrastructure" FuzzyTerm("notsatisfactorily", FuzzyTerm("satisfactorily", FuzzyTerm("good",

0.0,

new

new

new

FuzzyVariable fvNaturalEnv = new FuzzyVariable("NaturalEnv", 0.0, 6.0);

fvNaturalEnv.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(0.0, 0.0, 1.0, 2.0)));

fvNaturalEnv.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(1.0, 2.0, 4.0, 5.0)));

fvNaturalEnv.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(4.0, 5.0, 6.0, 6.0)));

FuzzyTerm("notsatisfactorily", FuzzyTerm("satisfactorily", FuzzyTerm("good",

new

new

new

fsYardRating.Input.Add(fvNaturalEnv);

//

// Create output variables for the system

//

FuzzyVariable fvYardRating = new FuzzyVariable("YardRating", 0.0, 6.0);

fvYardRating.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(0.0, 0.0, 1.0, 2.0)));

fvYardRating.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(1.0, 2.0, 4.0, 5.0)));

fvYardRating.Terms.Add(new TrapezoidMembershipFunction(4.0, 5.0, 6.0, 6.0)));

FuzzyTerm("notsatisfactorily", FuzzyTerm("satisfactorily",

FuzzyTerm("good'

new

new

new

fsYardRating.Output.Add(fvYardRating);

//

// Create three fuzzy rules //

try {

MamdaniFuzzyRule rule1 = fsYardRating.ParseRule("if (NaturalEnv is notsatisfactorily ) or (Infrastructure is notsatisfactorily) then YardRating is notsatisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule2 = fsYardRating.ParseRule("if (NaturalEnv is good ) and (Infrastructure is good) then YardRating is good");

MamdaniFuzzyRule rule3 = fsYardRating.ParseRule("if (NaturalEnv is satisfactorily) and (Infrastructure is good) then YardRating is satisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule4 = fsYardRating.ParseRule("if (NaturalEnv is satisfactorily ) and (Infrastructure is satisfactorily) then YardRating is satisfactorily");

MamdaniFuzzyRule rule5 = fsYardRating.ParseRule("if (NaturalEnv is good ) and (Infrastructure is satisfactorily) then YardRating is satisfactorily");

fsYardRating.Rules.Add(rulel); fsYardRating.Rules.Add(rule2); fsYardRating.Rules.Add(rule3); fsYardRating.Rules.Add(rule4); fsYardRating.Rules.Add(rule5);

}

catch (Exception ex) {

MessageBox.Show(string.Format("Parsing exception: {0}", ex.Message +

"3"));

return null;

}

return fsYardRating;

}

public double Calculate(double noiseLvl, double atmospherePolution, double

magneticField, double infrasound, double insolation,double greenary , double parking) {

FuzzyVariable fvNoiseLvl = _fsNaturalEnv.InputByName("NoiseLvl"); FuzzyVariable fvAtmosperePolution =

fsNaturalEnv.InputByName("AtmospherPolution");

FuzzyVariable fvMagneticField = _fsNaturalEnv.InputByName("MagneticField"); FuzzyVariable fvlnfrasound = _fsNaturalEnv.InputByName("Infrasound"); FuzzyVariable fvNaturalEnvResult = _fsNaturalEnv.OutputByName("NaturalEnv");

FuzzyVariable fvInsolation = _fsInfrastructure.InputByName("Insolation"); FuzzyVariable fvGreenary = _fsInfrastructure.InputByName("Greenary");

FuzzyVariable fvParking = _fsInfrastructure.InputByName("Parking"); FuzzyVariable fvInfrastructureResult =

fsInfrastructure.OutputByName("Infrastructure");

FuzzyVariable fvInfrastructure =

_fsYardRating.InputByName("Infrastructure");

FuzzyVariable fvNaturalEnv = _fsYardRating.InputByName("NaturalEnv"); FuzzyVariable fvYardRating = _fsYardRating.OutputByName("YardRating");

Dictionary<FuzzyVariable, double> inputNaturalEnv = new

Dictionary<FuzzyVariable, double>();

inputNaturalEnv.Add(fvNoiseLvl, noiseLvl);

inputNaturalEnv.Add(fvAtmosperePolution, atmospherePolution); inputNaturalEnv.Add(fvMagneticField, magneticField); inputNaturalEnv.Add(fvInfrasound, infrasound);

Dictionary<FuzzyVariable, double> inputInfrastructure = new Dictionary<FuzzyVariable, double>();

inputInfrastructure.Add(fvInsolation, insolation); inputInfrastructure.Add(fvGreenary, greenary);

inputInfrastructure.Add(fvParking, parking);

Dictionary<FuzzyVariable, double> resultInfrastructure =

_fsInfrastructure.Calculate(inputInfrastructure);

Dictionary<FuzzyVariable, double> resultNaturalEnv =

_fsNaturalEnv.Calculate(inputNaturalEnv);

this._infrastructure =

resultInfrastructure[fvInfrastructureResult].ToString("f2");

this._nature = resultNaturalEnv[fvNaturalEnvResult].ToString("f2"); Dictionary<FuzzyVariable, double> inputYardRating = new

Dictionary<FuzzyVariable, double>();

inputYardRating.Add(fvInfrastructure, resultInfrastructure[fvInfrastructureResult]);

inputYardRating.Add(fvNaturalEnv,resultNaturalEnv[fvNaturalEnvResult] );

Dictionary<FuzzyVariable, double> resultYardRating =

_fsYardRating.Calculate(inputYardRating);

return resultYardRating[fvYardRating];

public string getNature() return this._nature;

public string getInfrastructure() return this._infrastructure;

}

}

using System;

using System.Drawing;

using System.Collections.Generic;

using System.Collections.ObjectModel;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

using System.Data.SQLite;

using GMap.NET;

using GMap.NET.WindowsForms;

namespace YardRating {

public delegate void YardEventHandler (object sender, EventArgs e );

public class Constants{

public const int EMPTY_ID = -1;

}

public struct HslColor {

double _hue; double _saturation; double _luminosity;

public HslColor(double hue, double saturation, double luminosity) {

_hue = hue % 360.0;

_saturation = Math.Min(1.0, Math.Max(0.0, saturation)); _luminosity = Math.Min(1.0, Math.Max(0.0, luminosity));

}

public Color ToRgb() {

double red; double green; double blue;

HslToRgbInternal(_hue, _saturation, _luminosity, out red, out green, out

blue);

return Color.FromArgb(

(int)Math.Round(255 * red), (int)Math.Round(255 * green), (int)Math.Round(255 * blue));

}

public static implicit operator Color(HslColor hslColor) {

return hslColor.ToRgb();

}

public double Hue {

get { return _hue; }

set {

_hue = Math.IEEERemainder(value, 360.0);

}

}

public double Saturation {

get { return _saturation; }

set { _saturation = Math.Min(1.0, Math.Max(0.0, value)); }

}

public double Luminosity {

get { return _luminosity; }

set { _luminosity = Math.Min(1.0, Math.Max(0.0, value)); }

static void HslToRgbInternal(double hue, double saturation, double luminosity, out double red, out double green, out double blue)

{

double chroma = (1.0 - Math.Abs(2.0 * luminosity - 1.0)) * saturation; double scaledHue = hue / 60.0;

double x = chroma * (1.0 - Math.Abs((scaledHue % 2.0) - 1.0));

switch ((int)Math.Floor(scaledHue)) {

case 0:

red = chroma; green = x; blue = 0.0; break;

case 1:

red = x; green = chroma; blue = 0.0; break;

case 2:

red = 0.0; green = chroma; blue = x; break;

case 3:

red = 0.0; green = x; blue = chroma; break;

case 4:

red = x; green = 0.0; blue = chroma; break;

default:

red = chroma; green = 0; blue = x; break;

}

double lightnessMatching = luminosity - 0.5 * chroma;

red += lightnessMatching; green += lightnessMatching; blue += lightnessMatching;

}

}

public class ColorUtils {

static public Color getColorByFloat(float num, float max)

double h = 82 / max * num;

HslColor hsl = new HslColor(h, 1, 0.5);

return hsl.ToRgb();

}

}

struct CatalogYardStruct { public int id; public string address;

}

struct YardWindowStruct {

public Yard Yard; public Form Window;

}

struct VertexStruct

{

public double x; public double y; public Boolean isDelete;

}

public class Manager {

private int NewYardCounter;

private static Manager _manager;

public string SearchYardAddress = "";

private MainForm _ownerForm;

private Collection<YardWindowStruct> _yards;

public SQLiteConnection DBConnection;

//public event YardEventHandler OnDelYard ;

public event YardEventHandler OnYardsListEmpty;

//public event YardEventHandler OnAddYard;

public event YardEventHandler OnYardsListHasYard;

private static Manager GetInstance(MainForm ownerForm) {

if (_manager == null) {

_manager = new Manager(ownerForm);

}

return _manager;

}

public Manager(MainForm ownerForm) {

_yards = new Collection<YardWindowStruct>(); _ownerForm = ownerForm;

DBConnection = new SQLiteConnection("Data Source=database.db;Version=3;"); DBConnection.Open();

}

public Yard getYardByForm(YardForm Form) {

foreach (YardWindowStruct Struct in _yards) { if (Struct.Window == Form){

return Struct.Yard;

return null;

}

public List<Yard> getAllYard() {

List<Yard> list = new List<Yard>(); string query = "SELECT id FROM tbl_yard";

SQLiteCommand command = new SQLiteCommand(query, DBConnection); try{

SQLiteDataReader reader = command.ExecuteReader(); while (reader.Read()){

list.Add(new Yard(Convert.ToInt16(reader["id"]), DBConnection));

}

}

catch (SQLiteException ex) {

Console.WriteLine(ex.Message);

}

return list;

}

public Boolean SaveYard(Form form) {

Yard yard = getYardByForm((YardForm)form);

try {

yard.Save(DBConnection); return true;

}

catch (Exception e) { return false;

}

}

internal Collection<CatalogYardStruct> getCatalogCollection() {

Collection<CatalogYardStruct> collection = new

Collection<CatalogYardStruct>();

string query = "SELECT id,address FROM tbl_yard"; SQLiteCommand command = new SQLiteCommand(query,DBConnection); if (SearchYa rdAddre ss!=""){

query = query + " WHERE address like @searchAddress"; command.CommandText = query; Console.WriteLine(command.CommandText); command.Parameters.Add(new

SQLiteParameter("@searchAddress","%"+SearchYardAddress+"%")); }

try{

SQLiteDataReader reader = command.ExecuteReader(); while (reader.Read()){

CatalogYardStruct catalogStruct = new CatalogYardStruct(); catalogStruct.address = reader["address"].ToString(); catalogStruct.id = Convert.ToInt16(reader["id"]); collection.Add(catalogStruct);

}

}

catch(SQLiteException ex){

Console.WriteLine(ex.Message);

}

return collection;

}

public Boolean DelYard(int id) { try{

Yard.Delete(DBConnection, id); return true;

}

catch (Exception e){

Console.WriteLine(e.Message); return false;

}

}

public void NewYard() {

if (_ownerForm!=null) {

YardForm mdiChild = new YardForm(this._ownerForm); mdiChild.MdiParent = _ownerForm;

YardWindowStruct newYardWindow = new YardWindowStruct(); newYardWindow.Window = mdiChild; newYardWindow.Yard = new Yard();

newYardWindow.Yard.Address= string.Format("HoBbM двор - {0}",

NewYardCounter);

newYardWindow.Yard.isChange = false; _yards.Add(newYardWindow);

if (_yards.Count == 1) {

EventArgs e = new EventArgs(); DoYardsListHasYard(e);

}

mdiChild.DisplayYard();

mdiChild.Show();

NewYardCounter++;

}

}

public void OpenYard(int id) {

if (_ownerForm != null) {

YardForm mdiChild = new YardForm(this._ownerForm); mdiChild.MdiParent = _ownerForm;

YardWindowStruct newYardWindow = new YardWindowStruct(); newYardWindow.Window = mdiChild; newYardWindow.Yard = new Yard(id,DBConnection); newYardWindow.Yard.isChange = false; _yards.Add(newYardWindow);

if (_yards.Count == 1) {

EventArgs e = new EventArgs(); DoYardsListHasYard(e);

}

mdiChild.DisplayYard(); mdiChild.Show();

}

}

public bool DelYard(YardForm window) {

if (_ownerForm!= null) {

foreach (YardWindowStruct yardWindowStruct in _yards ) {

if (yardWindowStruct.Window == window)

_yards.Remove(yardWindowStruct);

if (_yards.Count==0) {

EventArgs e = new EventArgs(); DoYardsListEmpty(e);

}

return true;

}

}

return false;

}

else {

return false;

}

}

protected virtual void DoYardsListHasYard(EventArgs e) {

if (OnYardsListHasYard != null) {

OnYardsListHasYard(this, e);

}

}

protected virtual void DoYardsListEmpty(EventArgs e) {

if (OnYardsListEmpty != null) {

OnYardsListEmpty(this, e);

}

}

}

public class Yard {

private int _id; private bool _isNew = true; private string _address = ""; private float _atmospherePolution = 0; private float _noiseLevel = 0 ; private float _magneticField = 0; private float _infrasound = 0; private float _naturalEnv = 0; private float _insolation = 0; private float _greenary = 0;

private float _parking = 0; private float _infrastructure = 0; private float _general = 0;

private Collection<VertexStruct> _polygonVertex; public bool isChange = false;

public float AtmospherePolution {

set {

_atmospherePolution = value;

isChange = true; }

get { return _atmospherePolution; }

}

public string Address {

set {

_address = value; isChange = true;

}

get { return _address; }

}

public float NoiseLevel {

set { _noiseLevel = value;

isChange = true; }

get { return _noiseLevel; }

}

public float MagneticField {

set { _magneticField = value;

isChange = true; }

get { return _magneticField; }

}

public float Infrasound {

set { _infrasound = value;

isChange = true; }

get { return _infrasound;}

}

public int vertexCount() {

return _polygonVertex.Count;

}

public GMapPolygon getPolygon() {

List<PointLatLng> points = new List<PointLatLng>();

foreach (VertexStruct vertex in _polygonVertex) {

PointLatLng point = new PointLatLng(vertex.y, vertex.x); points.Add(point);

}

GMapPolygon polygon = new GMapPolygon(points, _address); polygon.Fill = new SolidBrush(Color.FromArgb(50,

ColorUtils.getColorByFloat(_general,5))) ;

polygon.Stroke = new Pen(ColorUtils.getColorByFloat(_general, 5), 1); return polygon;

}

public float NaturalEnv {

set { _naturalEnv = value;

isChange = true; }

get { return _naturalEnv; }

public float Insolation {

set { _insolation = value;

isChange = true; }

get { return _insolation; }

}

public float Greenary {

set { _greenary = value;

isChange = true; }

get { return _greenary; }

}

public float Infrastructure {

set { _infrastructure = value;

isChange = true; }

get { return _infrastructure; }

}

public float General {

set { _general = value;

isChange = true; }

get { return _general; }

}

public float Parking {

set { _parking = value;