Математична модель спільного визначення ризику здоров'ю людини і виявлення небезпечних станів забруднення атмосфери міст на основі вимірювання поточних концентрацій забруднювачів

Автор(и)

  • Boris Pospelov Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-0957-3839
  • Vladimir Andronov Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-7486-482X
  • Evgeniy Rybka Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-5396-5151
  • Olekcii Krainiukov Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна майдан Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0002-5264-3118
  • Nadiya Maksymenko Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна майдан Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0002-7921-9990
  • Ruslan Meleshchenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-5411-2030
  • Yuliia Bezuhla Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0003-4022-2807
  • Inna Hrachova Національна академія Національної Гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001, Україна https://orcid.org/0000-0002-4022-1719
  • Roman Nesterenko Національна академія Національної Гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001, Україна https://orcid.org/0000-0001-6357-3613
  • Alla Shumilova Національний природний парк «Слобожанський» вул. Зарічна, 15А, смт. Краснокутськ, Харківська обл., Україна, 62002, Україна https://orcid.org/0000-0003-3547-5615

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210059

Ключові слова:

забруднення атмосфери, поточні концентрації забруднювачів, ризики здоров'ю людини, рекурентні стани

Анотація

Розроблено математичну модель спільного визначення ризику здоров'ю людини та виявлення небезпечних станів забрудненої атмосфери міст на основі вимірювання поточних концентрацій забруднювачів. Структура моделі включає два структурних блоки. Вхідними даними для структурних блоків є результати вимірювання поточних концентрацій забруднювачів атмосфери в пункті контролю. У першому структурному блоці обчислюється поточний ризик здоров'ю людини, а в другому – визначаються рекурентні стани атмосфери для раннього виявлення небезпечних рівнів забруднення. Відмінною особливістю моделі є використання тільки вимірювань поточних концентрацій забруднювачів в атмосферному повітрі в пункті контролю. Метеорологічна або інша інформація не використовується. Тому розроблена модель є універсальною і може використовуватися при будь-яких метеорологічних умовах і особливостях міської інфраструктури. Проведена експериментальна перевірка працездатності запропонованої моделі на прикладі вимірювання поточних концентрацій формальдегіду, діоксиду азоту та аміаку в атмосферному повітрі типової міської інфраструктури. Встановлено, що розроблена модель дозволяє визначати ризик негайних токсичних ефектів і хронічної інтоксикації для людини, що наносяться атмосферними забрудненнями. Експериментально підтверджено, що запропонована модель дозволяє спільно з визначенням відповідних ризиків здоров'ю людини, виявляти небезпечні стани забрудненої атмосфери, в яких зазвичай накопичуються забруднювачі. Встановлено, що визначення поточної ймовірності рекурентних станів забрудненої атмосфери дозволяє з різним ступенем достовірності на 6-12 годин раніше виявляти можливу появу негативних впливів забруднень атмосферного повітря на здоров'я людини

Біографії авторів

Boris Pospelov, Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Vladimir Andronov, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний центр

Evgeniy Rybka, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, старший дослідник

Науково-дослідний центр

Olekcii Krainiukov, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна майдан Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022

Доктор географічних наук, доцент

Кафедра екологічної безпеки та екологічної освіти

Nadiya Maksymenko, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна майдан Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022

Доктор географічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра моніторингу довкілля та природокористування

Ruslan Meleshchenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної та рятувальної підготовки

Yuliia Bezuhla, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук

Кафедра управління та організації діяльності у сфері цивільного захисту

Inna Hrachova, Національна академія Національної Гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001

Кандидат технічних наук

Науково-організаційний відділ

Roman Nesterenko, Національна академія Національної Гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001

Кандидат технічних наук

Кафедра технічного та тилового забезпечення

Alla Shumilova, Національний природний парк «Слобожанський» вул. Зарічна, 15А, смт. Краснокутськ, Харківська обл., Україна, 62002

Відділ еколого-освітньої роботи та рекреації

Посилання

  1. Egondi, T., Kyobutungi, C., Ng, N., Muindi, K., Oti, S., Vijver, S. et. al. (2013). Community Perceptions of Air Pollution and Related Health Risks in Nairobi Slums. International Journal of Environmental Research and Public Health, 10 (10), 4851–4868. doi: https://doi.org/10.3390/ijerph10104851
  2. Vasyukov, A., Loboichenko, V., Bushtec, S. (2016). Identification of bottled natural waters by using direct conductometry. Ecology, Environment and Conservation, 22 (3), 1171–1176.
  3. Ma, C. (2010). Who bears the environmental burden in China – An analysis of the distribution of industrial pollution sources? Ecological Economics, 69 (9), 1869–1876. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2010.05.005
  4. Goodman, A., Wilkinson, P., Stafford, M., Tonne, C. (2011). Characterising socio-economic inequalities in exposure to air pollution: A comparison of socio-economic markers and scales of measurement. Health & Place, 17 (3), 767–774. doi: https://doi.org/10.1016/j.healthplace.2011.02.002
  5. Su, J. G., Jerrett, M., de Nazelle, A., Wolch, J. (2011). Does exposure to air pollution in urban parks have socioeconomic, racial or ethnic gradients? Environmental Research, 111 (3), 319–328. doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2011.01.002
  6. Zou, B., Peng, F., Wan, N., Wilson, J. G., Xiong, Y. (2014). Sulfur dioxide exposure and environmental justice: a multi–scale and source–specific perspective. Atmospheric Pollution Research, 5 (3), 491–499. doi: https://doi.org/10.5094/apr.2014.058
  7. Zou, B., Wilson, J. G., Zhan, F. B., Zeng, Y. (2009). Air pollution exposure assessment methods utilized in epidemiological studies. Journal of Environmental Monitoring, 11 (3), 475. doi: https://doi.org/10.1039/b813889c
  8. Beckx, C., Int Panis, L., Arentze, T., Janssens, D., Torfs, R., Broekx, S., Wets, G. (2009). A dynamic activity-based population modelling approach to evaluate exposure to air pollution: Methods and application to a Dutch urban area. Environmental Impact Assessment Review, 29 (3), 179–185. doi: https://doi.org/10.1016/j.eiar.2008.10.001
  9. Dubinin, D., Korytchenko, K., Lisnyak, A., Hrytsyna, I., Trigub, V. (2017). Numerical simulation of the creation of a fire fighting barrier using an explosion of a combustible charge. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 11–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.114504
  10. Semko, A., Rusanova, O., Kazak, O., Beskrovnaya, M., Vinogradov, S., Gricina, I. (2015). The use of pulsed high-speed liquid jet for putting out gas blow-out. The International Journal of Multiphysics, 9 (1), 9–20. doi: https://doi.org/10.1260/1750-9548.9.1.9
  11. Kondratenko, O. M., Vambol, S. O., Strokov, O. P., Avramenko, A. M. (2015). Mathematical model of the efficiency of diesel particulate matter filter. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 55–61.
  12. Bell, M. L., Ebisu, K., Belanger, K. (2007). Ambient Air Pollution and Low Birth Weight in Connecticut and Massachusetts. Environmental Health Perspectives, 115 (7), 1118–1124. doi: https://doi.org/10.1289/ehp.9759
  13. Ballester, F. (2002). The EMECAM project: a multicentre study on air pollution and mortality in Spain: combined results for particulates and for sulfur dioxide. Occupational and Environmental Medicine, 59 (5), 300–308. doi: https://doi.org/10.1136/oem.59.5.300
  14. Kustov, M. V., Kalugin, V. D., Tutunik, V. V., Tarakhno, E. V. (2019). Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 1, 92–99. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
  15. Pascual, M., Ellner, S. P. (2000). Linking ecological patterns to environmental forcing via nonlinear time series models. Ecology, 81 (10), 2767–2780. doi: https://doi.org/10.1890/0012-9658(2000)081[2767:leptef]2.0.co;2
  16. Parrott, L. (2004). Analysis of simulated long-term ecosystem dynamics using visual recurrence analysis. Ecological Complexity, 1 (2), 111–125. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecocom.2004.01.002
  17. Proulx, R. (2007). Ecological complexity for unifying ecological theory across scales: A field ecologist’s perspective. Ecological Complexity, 4 (3), 85–92. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecocom.2007.03.003
  18. Marwan, N., Kurths, J. (2002). Nonlinear analysis of bivariate data with cross recurrence plots. Physics Letters A, 302 (5-6), 299–307. doi: https://doi.org/10.1016/s0375-9601(02)01170-2
  19. Kantz, H., Schreiber, T. (2003). Nonlinear Time Series Analysis. Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9780511755798
  20. Eckmann, J.-P., Kamphorst, S. O., Ruelle, D. (1987). Recurrence Plots of Dynamical Systems. Europhysics Letters (EPL), 4 (9), 973–977. doi: https://doi.org/10.1209/0295-5075/4/9/004
  21. Webber, C. L., Zbilut, J. P.; Riley, M. A., Van Orden, G. (Eds.) (2004). Chap. 2. Recurrence quantification analysis of nonlinear dynamical systems. Tutorials in Contemporary Nonlinear Methods for the Behavioral Sciences, 26–94.
  22. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P. (2018). Studying the recurrent diagrams of carbon monoxide concentration at early ignitions in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (93)), 34–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133127
  23. Turcotte, D. L. (1997). Fractals and chaos in geology and geophysics. Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9781139174695
  24. Poulsen, A., Jomaas, G. (2011). Experimental Study on the Burning Behavior of Pool Fires in Rooms with Different Wall Linings. Fire Technology, 48 (2), 419–439. doi: https://doi.org/10.1007/s10694-011-0230-0
  25. Zhang, D., Xue, W. (2010). Effect of heat radiation on combustion heat release rate of larch. Journal of West China Forestry Science, 39, 148.
  26. Andronov, V., Pospelov, B., Rybka, E. (2017). Development of a method to improve the performance speed of maximal fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (86)), 32–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96694
  27. Andronov, V., Pospelov, B., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Examining the learning fire detectors under real conditions of application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (87)), 53–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101985
  28. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Popov, V., Romin, A. (2018). Experimental study of the fluctuations of gas medium parameters as early signs of fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 50–55. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.122419
  29. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S. (2018). Analysis of correlation dimensionality of the state of a gas medium at early ignition of materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (95)), 25–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142995
  30. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S., Shcherbak, S. (2017). Results of experimental research into correlations between hazardous factors of ignition of materials in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 50–56. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.117789
  31. Bendat, J. S., Piersol, A. G. (2010). Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons, 640.
  32. Shafi, I., Ahmad, J., Shah, S. I., Kashif, F. M. (2009). Techniques to Obtain Good Resolution and Concentrated Time-Frequency Distributions: A Review. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 1. doi: https://doi.org/10.1155/2009/673539
  33. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P., Gornostal, S. (2019). Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155027
  34. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Karpets, K., Pirohov, O. et. al. (2019). Development of the correlation method for operative detection of recurrent states. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (4 (102)), 39–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.187252
  35. Pospelov, B., Rybka, E., Togobytska, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Butenko, T. et. al. (2019). Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 22–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579
  36. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Krainiukov, O., Harbuz, S., Bezuhla, Y. et. al. (2020). Use of uncertainty function for identification of hazardous states of atmospheric pollution vector. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (104)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200140
  37. Singh, P. (2016). Time-frequency analysis via the fourier representation. HAL.
  38. Stankovic, L., Dakovic, M., Thayaparan, T. (2014). Time-frequency signal analysis. Kindle edition, 655.
  39. Avargel, Y., Cohen, I. (2010). Modeling and Identification of Nonlinear Systems in the Short-Time Fourier Transform Domain. IEEE Transactions on Signal Processing, 58 (1), 291–304. doi: https://doi.org/10.1109/tsp.2009.2028978
  40. Giv, H. H. (2013). Directional short-time Fourier transform. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 399 (1), 100–107. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2012.09.053
  41. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Popov, V., Semkiv, O. (2018). Development of the method of frequency­temporal representation of fluctuations of gaseous medium parameters at fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (92)), 44–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125926
  42. Ferrante, M., Fiore, M., Copat, C., Morina, S., Ledda, C., Mauceri, C., Oliveri Conti, G. (2015). Air Pollution in High-Risk Sites–Risk Analysis and Health Impact. Current Air Quality Issues. doi: https://doi.org/10.5772/60345
  43. Naydenko, V. V., Gubanov, L. N., Kosarikov, A. N., Afanas'eva, I. M., Ivanov, A. V. (2003). Ekologo-ekonomicheskiy monitoring okruzhayushchey sredy. Nizhniy Novgorod, 186.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Maksymenko, N., Meleshchenko, R., Bezuhla, Y., Hrachova, I., Nesterenko, R., & Shumilova, A. (2020). Математична модель спільного визначення ризику здоров’ю людини і виявлення небезпечних станів забруднення атмосфери міст на основі вимірювання поточних концентрацій забруднювачів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (106), 37–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210059

Номер

Том 4 № 10 (106) (2020): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Boris Pospelov, Vladimir Andronov, Evgeniy Rybka, Olekcii Krainiukov, Nadiya Maksymenko, Ruslan Meleshchenko, Yuliia Bezuhla, Inna Hrachova, Roman Nesterenko, Alla Shumilova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.