Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві

Створено методи грубого і тонкого оцінювання стану області ґрунту забрудненої важкими металами при точному землеробстві. Для грубого оцінювання розроблена конструкція узагальненого параметра, що враховує всі фактори забруднення. При тонкому оцінюванні ступеня забруднення розроблено принцип побудови...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2019
Hauptverfasser:	Суровцев, І.В., Бабак, О.В., Галімова, В.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН та МОН України 2019
Schriftenreihe:	Управляющие системы и машины
Schlagworte:	Intelligent Information Technologies and Systems
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/161659
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві / І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова // Управляющие системы и машины. — 2019. — № 4. — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-161659
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1616592019-12-18T01:25:12Z Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві Суровцев, І.В. Бабак, О.В. Галімова, В.М. Intelligent Information Technologies and Systems Створено методи грубого і тонкого оцінювання стану області ґрунту забрудненої важкими металами при точному землеробстві. Для грубого оцінювання розроблена конструкція узагальненого параметра, що враховує всі фактори забруднення. При тонкому оцінюванні ступеня забруднення розроблено принцип побудови математичної моделі об’єкта і кваліметричної шкали. Цель статьи – создание методов грубой и тонкой оценки состояния области почвы, загрязненной тяжелыми металлами, а также разработка принципа построения квалиметрической шкалы подобной шкале Харрингтона. Методы. При создании инструмента грубого оценивания использована разработанная конструкция обобщенного параметра, учитывающая факторы загрязнения тяжелыми металлами. Для тонкого оценивания разработана математическая модель, позволяющая оценивать степень загрязнения ими. Результаты. Разработанные методы оценки показали достаточную эффективность при обработке данных компьютерного эксперимента. Purpose. The purpose of the article is to create the methods for a rough and subtle assessment of a soil area contaminated with heavy metals, as well as the development of a principle for constructing a qualimetric scale similar to the Harrington scale. Methods. When creating a rough estimation tool, the developed design of a generalized parameter has been used, taking into account the factors of contamination with heavy metals. For fine estimation, a mathematical model has been developed, which allows to assess the degree of contamination. Results. The developed evaluation methods have shown sufficient efficiency in the processing of computer experiment data. 2019 Article Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві / І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова // Управляющие системы и машины. — 2019. — № 4. — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 0130-5395 DOI: https://doi.org/10.15407/csc.2019.04.035 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/161659 004.942 uk Управляющие системы и машины Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН та МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Intelligent Information Technologies and Systems Intelligent Information Technologies and Systems
spellingShingle	Intelligent Information Technologies and Systems Intelligent Information Technologies and Systems Суровцев, І.В. Бабак, О.В. Галімова, В.М. Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві Управляющие системы и машины
description	Створено методи грубого і тонкого оцінювання стану області ґрунту забрудненої важкими металами при точному землеробстві. Для грубого оцінювання розроблена конструкція узагальненого параметра, що враховує всі фактори забруднення. При тонкому оцінюванні ступеня забруднення розроблено принцип побудови математичної моделі об’єкта і кваліметричної шкали.
format	Article
author	Суровцев, І.В. Бабак, О.В. Галімова, В.М.
author_facet	Суровцев, І.В. Бабак, О.В. Галімова, В.М.
author_sort	Суровцев, І.В.
title	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
title_short	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
title_full	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
title_fullStr	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
title_full_unstemmed	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
title_sort	методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві
publisher	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН та МОН України
publishDate	2019
topic_facet	Intelligent Information Technologies and Systems
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/161659
citation_txt	Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві / І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова // Управляющие системы и машины. — 2019. — № 4. — С. 35-41. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Управляющие системы и машины
work_keys_str_mv	AT surovcevív metodiocínûvannâstupenâzabrudnennâvažkimimetalamigruntívpritočnomuzemlerobství AT babakov metodiocínûvannâstupenâzabrudnennâvažkimimetalamigruntívpritočnomuzemlerobství AT galímovavm metodiocínûvannâstupenâzabrudnennâvažkimimetalamigruntívpritočnomuzemlerobství
first_indexed	2025-07-14T14:15:18Z
last_indexed	2025-07-14T14:15:18Z
_version_	1837632081766645760
fulltext	ISSN 2706-8145, Control Systems and Computers, 2019, № 4 35 DOI https://doi.org/10.15407/usim.2019.04.035 УДК 004.942 І.В. СУРОВЦЕВ, д-р техн. наук, ст. науковий співробітник, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем НАН України та МОН України, просп. Академіка Глушкова, 40, Київ, 03187, Україна, dep175@irtc.org.ua; igorsur52@gmail.com О.В. БАБАК, канд. тех. наук, ст. науковий співробітник, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем НАН України та МОН України, просп. Академіка Глушкова, 40, Київ, 03187, Україна, dep175@irtc.org.ua; babak@irtc.org.ua В.М. ГАЛІМОВА, канд. хіміч. наук, в.о. доцента, Національний університет біоресурсів та природокористування України (НУБтаП України),вул. Героїв Оборони, 17, корпус № 2, 16, 18, Київ, 03041, Україна, galimova2201@gmail.com МЕТОДИ ОЦІНЮВАННЯ СТУПЕНЯ ЗАБРУДНЕННЯ ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ ГРУНТІВ ПРИ ТОЧНОМУ ЗЕМЛЕРОБСТВІ Створено методи грубого і тонкого оцінювання стану області ґрунту забрудненої важкими металами при точному землеробстві. Для грубого оцінювання розроблена конструкція узагальненого параметра, що враховує всі фактори за- бруднення. При тонкому оцінюванні ступеня забруднення розроблено принцип побудови математичної моделі об’єкта і кваліметричної шкали. Ключові слова: точне землеробство, важкі метали, оцінювання, узагальнений параметр, індекс забруднення, математична модель, кваліметрична шкала. Вступ Точне землеробство являє собою новий етап у розвитку прецизійних технологій виробни- цтва сільськогосподарської продукції [1]. У зв'язку з цим цілком природним є прагнення впровадити передові інформаційні техноло- гії в існуюче землеробство і цим сприяти під- вищенню врожайності, а також екологічній безпеці продуктів сільського господарства в широкому сенсі цього слова. Однією з проб- лем, що супроводжують технічний прогрес, є зростаюче забруднення ґрунтів важкими мета- лами (ВМ), особливо в промислових районах Донбасу, Дніпропетровської та Запорізької областей. Очевидно, що зондування ґрунтів великих площ сільськогосподарських угідь на забруд- нення ВМ набуває першочергового значення. Попри все це поряд з класифікацією забруд- нених ділянок ґрунту [2] виникає супутня за- дача оцінювання ступеня їх забруднення. Важ- ливість її вирішення пов'язана з оптимізацією фінансових витрат на детоксикацію землі, яка передбачає проведення недешевих агротехніч- них та агрохімічних заходів. По суті задачею оцінювання забруднення ділянок ґрунту є оцінка якості об'єктів, що характеризуються деяким числом параметрів, значення яких носять випадковий характер. При великому числі об'єктів, що досліджують- І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова 36 ISSN 2706-8145, Системи керування та комп'ютери, 2019, № 4 ся, підхід до вирішення зазначеної задачі є до- статньо відомий. Він визначається створенням певної кваліметричної психофізичної шкали бажаності, побудованої на основі експонент- ної функції бажаності Харрінгтона [3]. Оскільки принцип створення такої функції дуже близький до запису стандартного закону нормального розподілу, то є можливість ефек- тивного застосування його на практиці. А саме, ця функція придатна для оцінки якості порів- няно великого числа об'єктів різної природи не тільки технічної (масова продукція), а наприк- лад, і медико-біологічної [4] та ін. І це природ- но, тому що з теорії ймовірності випливає, що розподіл суми великого числа незалежних ви- падкових величин близький до нормального. Однак це означає, що будувати методи оціню- вання забруднення ділянок ґрунту ВМ за цим принципом неперспективно, оскільки зазви- чай число таких ділянок є незначне і вимірю- ється не сотнями і тисячами, а десятками. Реа- лізація зазначеного підходу оцінювання якості об'єктів була б неможлива без запропонованої Харрінгтоном так званої узагальненої функції бажаності або, іншими словами, узагальнено- го інформаційного показника, що являє собою середнє геометричне від різних інформаційних показників (характеристик) об'єкта. В основі цієї пропозиції лежить плідна ідея перетворення властивостей об'єкта, отриманих в різних одиницях виміру, в безрозмірну шкалу. Ця ідея використана, наприклад, при побудові узагальненого параметра оптимізації [5]. У за- пропонованій статті вона отримала свій розви- ток у вигляді індексу забруднення об'єкта ВМ, що дало змогу запропонувати два методи гру- бого оцінювання якості об'єктів, а також більш тонкий метод оцінювання якості об'єктів на основі побудови математичної моделі. Розроб- лено також принцип побудови кваліметрич- ної психофізичної шкалі, яка подібна таблиці Харрінгтона. Постановка задачі Розробити методи грубого оцінювання забруд- нення ВМ ділянки ґрунту, використовуючи інтегральний показник забруднення. Створи- ти метод оцінювання якості на основі матема- тичної моделі забрудненого ВМ об'єкта та розробити принцип побудови кваліметричної шкали, що подібна шкалі Харрінгтона. Розв'язання задачі Перший метод. Нехай при наземному зонду- ванні область ґрунту, забрудненого N мета- лами, поділена на l ділянок x ij . Зауважимо, що геометрична форма ділянок в загальному ви- падку залежить від рельєфу і принципового значення не має. В результаті комп'ютерного експерименту отримана вибірка x ij випадкових значень концентрацій на i ділянці для j металу, фрагмент якої відображено в табл. 1 , 1, , 1,ijx i j N= =� , (1) де l = 10, N = 4. Відповідно, кожне значення індексу j має своє фізико–хімічне пояснення, а саме: x i1 — свинець (Pb), x i2 — кадмій (Cd), x i3 — мідь (Cu), x i4 — цинк (Zn). Всі значення x ij нормовані за величиною гранично допустимої концентрації кожного із j металів. Введемо поняття «індексу забруднення ді- лянки» у вигляді узагальненого параметра 1 N n ij ij j P x = = ∏ , 1,i = �. (2) У нашому випадку 4 4 1 ij ij j P x = = ∏ . (3) Встановимо P ij у відповідність з найпрості- шим стандартом шкали, який містить тільки два значення: 1 — незабруднена ділянка, 0 — забруднена ділянка. Для цього виберемо дея- кий критерій концентрації C k , який у нашому випадку має значення C k = 0,8 [2]. Відразу за- уважимо, що це значення може бути іншим в залежності від характеру поставленої задачі до- слідження (1). Тоді, при ij kx C< – незабруднена ділянка, а при ij kx C≥ — забруднена ділянка. Відповідно до обраної шкали у першому випадку всі x ij в формулі (2) і (3) мають значення 1, а в друго- му — хоча б один з них дорівнює 0. У табл. 1, ISSN 2706-8145, Control Systems and Computers, 2019, № 4 37 Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами ґрунтів при точному землеробстві згідно графи P1 об'єкти 2, 7, 1 — незабруднені, а всі решта — забруднені. Для оцінки у процентному співвідношенні всієї області за кількістю забруднених ділянок l 1 індекс забруднення дорівнює 1100 %P = � � . Цілком очевидно, що такий підхід є занад- то грубим і придатним лише для попередньої оцінки забруднення земельної ділянки. Другий метод. Менш грубим є підхід, коли на досліджуваній ділянці відомі значення кон- центрації кожного ВМ, які є «ідеальними» x 0j . При цьому в якості метрики, що задає близь- кість до x 0j , зручно застосувати величину (x ij – x 0j ). Використаємо поняття «індекс забруднен- ня ділянки», який в даному випадку приймає вигляд 2 0 1 0 , 1, . N ij j i j j x x P i x= ⎛ ⎞− = =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∑ � (4) Якщо для деякої ділянки має місце ситуа- ція, коли x ij = x 0j , то значення P i стане рівним нулю. Таким чином, чим менше P i тим краще, тобто до цього треба прагнути. Однак слід звер- нути увагу на те, що у формулі (4) всі значення x ij вважаються рівноправними і ця обставина є недоліком. Особливо це проявляється при оцінці ступеня забруднення ділянок ґрунту, коли ВМ з точки зору екологічної безпеки да- леко нерівноправні. Тому формулу (4) слід ін- формаційно посилити введенням в неї вагово- го показника k j > 0 2 0 1 0 , 1, . N ij j i j j j x x P k i x= ⎛ ⎞− = =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∑ � (5) Тут 1 1. N j j k = =∑ (6) У спрощеному випадку k j можна ранжувати за ступенем токсичності або за атомною ва- гою ВМ. Однак, коли це стосується біології, медицини та інших областей, потрібно ско- ристатися послугами експертів. Для прикладу, в табл. 1 наведено розрахунок індексу забруднення ділянки P2: x i1 = 0,356 (Pb), x i2 = 0,630 (Cd), x i3 = 0,579 (Cu), x i4 = 0,469 (Zn). З огляду на значення атомної ваги (Pb = =207, Cd = 112, Zn = 65, Cu = 63) встановимо вагові коефіцієнти (6). Відповідно: 1 0,46, k = 2 0,25,k = 3 0,15,k = 4 0,14k = . Беручи x 02 = 0,5 згідно з виразом (5), знаходимо P 2 ≈ 0,06. Та- ким чином, визначивши P i , (i = 10) і упоряд- кувавши значення, можна оцінити ступінь за- бруднення всіх ділянок (див. табл. 1, графа P2). Отже, найбільш забрудненою є ділянка 20 (P20 = =0,61). Третій метод. Для більш тонкого вирішення задачі оцінювання ступеня забруднення ділян- Таблиця 1. Фрагмент даних комп’ютерного експерименту Код Найменування Pb-Свинець Cd - Кадмій Cu-Мідь Zn-Цинк Р1 Р2 М L 23 Об’єкт_23 0,316 0,820 0,375 0,479 0 0,24 4,6 3 2 Об’єкт_2 0,356 0,630 0.579 0,469 1 0,06 4,0 4 8 Об’єкт_8 0,496 0,910 0,139 0,593 0 0,23 5,9 3 3 Об’єкт_3 0,866 0,370 0,660 0,100 0 0,01 5,2 3 7 Об’єкт_7 0,708 0,290 0,700 0,761 1 0,26 4,2 4 1 Об’єкт_1 0,322 0,750 0,724 0,244 1 0,25 4,3 4 20 Об’єкт_20 0,954 0,550 0,142 0,955 0 0,61 6,4 3 5 Об’єкт_5 0,513 0,360 0,801 0,943 0 0,19 4,6 3 28 Об’єкт_28 0,931 0,550 0,338 0,766 0 0,40 6,0 3 10 Об’єкт_10 0,804 0,300 0,972 0,135 0 0,41 4,6 3 І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова 38 ISSN 2706-8145, Системи керування та комп'ютери, 2019, № 4 ки ґрунту ВМ спробуємо розробити її матема- тичну модель. При цьому в якості незалежних змінних приймаємо значення концентрації ВМ. Вважаємо, що рішенням задачі може служи- ти лінійна модель 0 N j j j y b x = = ∑ , (7) де b j — коефіцієнти моделі, а y — залежна змін- на, сенс якої буде розкрито далі. Будемо шукати значення невідомих коефіці- єнтів (7) шляхом обробки методом найменших квадратів деякої системи лінійних рівнянь, що має в матричної формі вигляд Y = XB. (8) Причому для спрощення розрахунків підста- вимо X у вигляді ортогональної матриці, де елементи її приймають кодовані значення ±1. Зауважимо, що по суті X являє собою матрицю планування повного факторного експеримен- ту [5] 2Nm = (m — число дослідів, N — число факторів). Рішення системи (8) знаходимо у вигляді наступної формули ( ) 1 ,T TB X X X Y − = де T — знак транспонування матриці X. В результаті рішення, при ортогональності X, співвідношення для визначення коефіцієн- тів регресії будуть наступними 1 1 , m j ij i i b x y m = = ∑ .ij m= (9) Нагадаємо, що в (9) x ij = ±1. Причому x ij прий- має знак (+) або (–) в залежності від положен- ня в матриці X. З огляду на вказані теоретичні передумови, розглянемо питання побудови методу по суті. Як вже розглядалося у вступі, число забруд- нених ділянок зазвичай порівняно мале, тому шкалу бажаності на основі закону нормально- го розподілу не будують. У даному випадку шкала бажаності у першо- му наближенні може бути описана прямою, рівняння якої має вигляд y = kx. При цьому, на осі абсцис розташовуються деякі вузлові зна- чення узагальненого параметра P i (2), а на осі ординат — цифрова оцінка M i . Принцип реалізації запропонованого мето- ду оцінювання якості забруднення об'єкта і, відповідно, побудови психофізичної таблиці, розглянемо тільки для двох ВМ — Pb і Cd. При- родно, що подібним чином цей підхід можна використати і при створенні методу оцінюван- ня для більшого числа ВМ. Із даних комп’ютерного експеримента ви- пливає, що x max1 ≈ 1, x min1 ≈ 0,2 і x max2 ≈ 0,9, x min2 ≈ ≈ 0,3 (в кодованому вигляді xk max 1 = 1, xk min 1 = =–1 и xk max 2 = 1, xk min 2 = –1). Зведемо в табл. 2 всі можливі сполучення x в кодованому та некодованому вигляді і визна- чимо значення узагальненого параметра від- повідно до співвідношення (2) 2 2 1 i ij j P x = = ∏ , 1,4i = . Вибираємо чотиризначну систему лінгвіс- тичних оцінок L=2,3,4,5. Впорядкувавши P i , створимо лінійну цифрову шкалу оцінок M i = kP i = 9,28P i , 4 1 1 4 i j i Lk P= = ∑ . М: 2,32; 3,11; 3,9; 4,45; 5; 6,91; 8,82, де підкрес- лені вузлові точки, що відповідають графі лінг- вістичних оцінок. З огляду на кодовані значення і вузлові точ- ки М, відповідно до процедури, описаної в [6], № x max1 x max2 0 kx 1 kx 2 kx P i M i Лінгвістичні оцінки (L) 1 1 0,9 +1 +1 +1 0,95 8,82 погано (2) 2 0,2 0,9 +1 –1 +1 0,42 3,9 добре (4) 3 1 0,3 +1 +1 –1 0,55 5 задовільно (3) 4 0,2 0,3 +1 –1 –1 0,25 2,32 відмінно (5) Таблиця 2. Значення лінгвістичних оцінок ISSN 2706-8145, Control Systems and Computers, 2019, № 4 39 Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами ґрунтів при точному землеробстві знаходимо коефіцієнти лінійної моделі (9), яка має такий вигляд 1 25 1,9 1,35k kM x x= + + . (10) Остаточно отримані результати приведені в психофізичній табл. 3. Приклад. Оцінимо ступінь забруднення ді- лянки 20 (табл. 1) при 1 2 0,954, 0,55x x= = . Використовуючи формулу кодування [5] ( )0 – / ,k j j jx x x I = ,де + )minjx+ , отримаємо 1 0,93kx = , 2 0,3kx = − . Підставляючи 1 kx і 2 kx в (10), отримаємо значення 6,4M = , яке на підставі табл. 3 відповідає лінгвістичній оцінці «задовільно». В табл. 1 у графах M і L наведені значення для 10 об'єктів. Цілком очевидно, що подібну психофізич- ну таблицю можна розробити для області за- бруднення з більшим числом ВМ при (N > 2). У цьому випадку доцільно враховувати вагові показники металів (k j > 0), які підпорядкову- ються умові (6). Тоді співвідношення (2) набу- ває вигляду 1 , 1, N N i j ij j P k x i = = =∏ �. Однак розгляд цього питання виходить за рам- ки даної роботи. Висновки У статті наведено три методи оцінювання сту- пеня забруднення важкими металами ґрун- ту при точному землеробстві. Інструментом реалізації методів є запропонований індекс забруднення ділянки ґрунту у вигляді уза- гальненого параметра, що враховує значення концентрацій всіх важких металів, що містять- ся в об'єкті. Розроблено оригінальний алгоритм побудо- ви математичної моделі забруднення ділянки ґрунту та психофізичної таблиці лінгвістичних оцінок. Підсумовуючи викладений матеріал, можна констатувати, що ефективність роз- роблених методів підтверджується обробкою даних, отриманих на основі комп'ютерного експерименту. Застосування запропонованих методів сприятиме оптимізації матеріальних витрат, пов'язаних із заходами стосовно агро- технічної та агрохімічної детоксикації ділянок забрудненого ґрунту. № Лінгвістичні оцінки (L) Інтервал зміни функції 1 відмінно 2,32 3,11M≤ ≤ 2 добре 3,11 3,90M< ≤ 3 добре 3,90 4,45M< ≤ 4 задовільно 4,45 5,00M< ≤ 5 задовільно 5,00 6,91M< ≤ 6 погано 6,91 8,82M< ≤ Таблиця 3. Психофізична таблиця оцінювання (0 max 0,5j jеx x= ( )max min 0,5 –j jI x x= ЛІТЕРАТУРА 1. Якушев В.В. Точное земледелие: теория и практика. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2016. 364 с. 2. Суровцев И.В., Бабак О.В. Классификация загрязнения участков почвы тяжелыми металлами по результатам компьютерного эксперимента. УСиМ. 2019. № 1. С. 88–94. https://doi.org/10.15407/usim.2019.01.088 3. Harrington E.C. The desirability function industrial quality control. 1965. April. P. 494–498. 4. Королева С.В. Практические аспекты использования функции желательности в медико-биологических экспериментах. Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6. С. 32–38. 5. Адлер Ю.В., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука. 1976. 277 с. 6. Бабак О.В. О синтезе математической модели объекта на основе мысленного эксперимента. Кибернетика и вычислительная техника. 1997. Вып. 108. С. 76–83. Надійшла 03.07.2019 І.В. Суровцев, О.В. Бабак, В.М. Галімова 40 ISSN 2706-8145, Системи керування та комп'ютери, 2019, № 4 I.V. Surovtsev, Dr (Eng.), Senior Researcher, International Research and Training Centre of Information Technologies and Systems of the NAS and MES of Ukraine, Acad. Glushkov ave., 40, Kiev, 03187, Ukraine, dep175@irtc.org.ua; igorsur52@gmail.com O.V. Babak, PhD (Eng.), Senior Researcher, International Research and Training Centre of Information Technologies and Systems of the NAS and MES of Ukraine, Acad. Glushkov ave., 40, Kiev, 03187, Ukraine, dep175@irtc.org.ua; babak@irtc.org.ua V.M. Galimova, PhD (Chem.), Associate Professor, Senior Lecturer, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Heroiv Oborony Str.17, building 2, of. 16, 18, Kyiv, 03041, Ukraine, Galimova2201@gmail.com METHODS ESTIMATING THE DEGREE OF SOIL CONTAMINATION BY HEAVY METALS IN PRECISION FARMING Introduction. Precision farming is a new stage in the development of crop technology, especially in industrial areas, where soil pollution with heavy metals is steadily increasing. Its implementation requires the development and putting into practice modern information technolo- gies, including ground-based sensing of the soil for the maintenance of the various toxic elements. At the same time, the task of assessing the quality of the contaminated soil objects requires an exact solution, since optimization of the material resources necessary for soil detoxifica- tion for agrotechnical and agrochemical measures depends on it. Purpose. The purpose of the article is to create the methods for a rough and subtle assessment of a soil area contaminated with heavy metals, as well as the development of a principle for constructing a qualimetric scale similar to the Harrington scale. Methods. When creating a rough estimation tool, the developed design of a generalized parameter has been used, taking into account the factors of contamination with heavy metals. For fine estimation, a mathematical model has been developed, which allows to assess the degree of contamination by them. Results. The developed evaluation methods have shown sufficient efficiency in the processing of computer experiment data. Conclusions. The developed methods can be used not only for precision farming in agriculture, but also in other areas of science and technology, where it is necessary to assess the quality of objects that do not have a mass character. Keywords: precision farming, heavy metals, estimation, generalized parameter, pollution index, mathematical model, qualimetric scale. REFERENCES 1. Yakushev, V.V., 2016. Tochnoe zemledelie: teoriya i praktika. Precision farming: theory and practice. Saint-Petersburg: FGBIUAFI, 364 p. (in Russian). 2. Surovtsev, I.V., Babak, O.V., 2019. “Classification of soil plots pollution with heavy metals by the results of a computer ex- periment”. Control Systems and Computers, 1, pp. 88–94. (in Russian), https://doi.org/10.15407/usim.2019.01.088. 3. Harrington, E.C., 1965. “The desirability function industrial quality control”, pp. 494–498. 4. Koroleva, S.V., 2011. “Prakticheskiye aspekty ispol’zovaniya funktsii zhelatel’nosti v mediko-biologicheskikh eksperi- mentakh”. Practical aspects of using the function of desirability in biomedical experiments. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 6, pp. 32–38. (in Russian). 5. Adler, Yu.V., Markova, E.V., Granovsky, Y.V., 1976. Planirovaniye eksperimenta pri poiske optimal’nykh usloviy. Plan- ning an experiment when searching for optimal conditions. M.: Nauka, 277 p. (in Russian). 6. Babak, O.V., 1997. “On the synthesis of a mathematical model of an object based on a mental experiment”. Kibernetika i vychislitel’naya tekhnika, 108, pp. 76–83. (in Russian). Received 03.07.2019 ISSN 2706-8145, Control Systems and Computers, 2019, № 4 41 Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами ґрунтів при точному землеробстві И.В. Суровцев, доктор технических наук, ст. научный сотрудник, Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев, 03187, Украина, dep175@irtc.org.ua; igorsur52@gmail.com О.В. Бабак, кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев, 03187, Украина, dep175@irtc.org.ua; babak@irtc.org.ua В.М. Галимова, кандидат химических наук, и.о. доцента, Национальный университет биоресурсов та природопользования Украины (НУБиП Украины), ул. Героев Обороны, 17, корпус № 2, 16, 18, Киев, 03041, Украина, galimova2201@gmail.com МЕТОДЫ ОЦЕНИВАНИЯ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВЫ ПРИ ТОЧНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ Введение. Точное земледелие — новый этап развития технологии растениеводства, особенно в промышленных районах, где неуклонно растет загрязнение почвы тяжелыми металлами. Реализация его требует разработки и внедрения современных информационных технологий, в том числе и при наземном зондировании почвы на содержание различных токсичных элементов. При этом, задача оценивания качества состояния загрязненных объектов почвы требует точного решения, поскольку от него зависит оптимизация материальных средств, необходимых для детоксикации почвы на агротехнические и агрохимические мероприятия. Цель статьи – создание методов грубой и тонкой оценки состояния области почвы, загрязненной тяжелыми металлами, а также разработка принципа построения квалиметрической шкалы подобной шкале Харрингтона. Методы. При создании инструмента грубого оценивания использована разработанная конструкция обобщенного параметра, учитывающая факторы загрязнения тяжелыми металлами. Для тонкого оценивания разработана математическая модель, позволяющая оценивать степень загрязнения ими. Результаты. Разработанные методы оценки показали достаточную эффективность при обработке данных компьютерного эксперимента. Выводы. Разработанные методы могут быть использованы не только при точном земледелии в сельском хозяйстве, но и в других областях науки и техники, где нужно оценить качество объектов, не имеющих массовый характер. Ключевые слова: точное земледелие, тяжелые металлы, оценивание, обобщенный параметр, индекс загрязнения, математическая модель, квалиметрическая шкала.

Методи оцінювання ступеня забруднення важкими металами грунтів при точному землеробстві

Institution

Ähnliche Einträge