Прогнозирование накопления долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственных растениях : статистические методы и модели

• Автор: Мошаров, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОСТУПЛЕНИЯ 7С8 И 8г ИЗ ПОЧВЫ В РАСТЕНИЯ
1.1 Процессы, определяющие доступности радионуклидов для корневого усвоения растениями

1.2 Факторы, влияющие на поступление ШС8 и 8г из почвы в растения

1.2.1 Физикохимические характеристики радионуклидов и формы их нахождения в почве

1.2.2 Свойства почвы

1.2.3 Биологические особенности растений

1.3 Методы прогнозирования перехода радионуклидов из почвы в растения

1.3.1. Классификация радиоэкологических моделей

1.3.2. Статистические методы анализа эмпирических данных

1.3.3. Нейронные сети
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ПО
КОЭФФИЦИЕНТАМ ПЕРЕХОДА РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ
ПОЧВЫ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ
2.1 Структура базы данных
2.2 Содержание базы данных
2.3 Восстановление отсутствующей информации в базе данных
2.3.1. Обоснование подходов к восстановлению пропущенных данных
2.3.2. Алгоритм восстановления пропущенных данных
2.3.3. Моделирование связи между почвенными показателями
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ПОСТУПЛЕНИЯ Сз И вг ИЗ
ПОЧВЫ В РАСТЕНИЯ
3.1 Формирование выборок данных го
3.1.1. Группировка почв и сельскохозяйственных растений
3.1.2. Анализ резко выделяющихся наблюдений и выбраковка недостоверной информации
3.1.3. Объединение данных по параметрам поступления радионуклидов в растения для глобальных и чернобыльских выпадений
3.2. Применение факторного анализа для идентификации почвенных характеристик, определяющих поступление иЗг из почвы в растения
3.3. Регрессионные модели, связывающие коэффициенты перехода радионуклидов в растительность и агрохимические показатели
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЯХ
4.1. Алгоритм разработки нейронных сетей
4.2. Характеристики нейронных сетей
4.3. Сравнительный анализ регрессионных моделей и нейронных сетей
Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЕРЕХОДА РАДИОНУКЛИДОВ В РАСТЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ, ПРИ КОТОРЫХ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ СОБЛЮДЕНИЕ САНИТАРНОГИГИЕНИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ
5.1. Динамики перехода в сельскохозяйственные растения после
аварии на ЧАЭС
5.2. Моделирование динамики перехода из почвы в
сельскохозяйственные растения
5.3. Оценка эффективных периодов полуснижения в
сельскохозяйственных растениях
5.4. Оценка уровней загрязнения почв, при которых возможно получение продукции растениеводства, соответствующей са1итарногигиеническ1ш нормативам
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Одним из наиболее современных и перспективных методов, позволяющим описывать нелинейные взаимосвязи между указанными показателями, является метод нейронных сетей. Разработка динамических моделей, предназначенных для прогнозирования изменения коэффициентов перехода радионуклидов в сельскохозяйственную растительность после радиоактивных выпадений, также является значимым аспектом этой научной дисциплины Константинов и др. Фесенко и др. Санжарова и др. Спиридонов и др. Эти модели могут быть использованы для оценки накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции при анализе гипотетических аварийных ситуаций на объектах ядерного топливного цикла. Разработка и совершенствование методов количественной оценки последствий радиоактивного загрязнения агроэкосистем является актуальным направлением исследований. Цель исследования. Целыо диссертационной работы являлось
прогнозирование накопления долгоживущих радионуклидов Сб и 8г в растениях на основе современных статистических методов и моделей. Задачи исследования. Сб, при которых возможно получение сельскохозяйственной продукции, удовлетворяющей санитарногигиеническим нормативам. Теоретический вклад и научная новизна. На основе анализа накопленной радиоэкологической информации, с учетом основных факторов, влияющих на поступление долгоживущих радионуклидов в растения, разработана база данных, включающая коэффициенты перехода радионуклидов в растения и совокупность почвенных характеристик. Впервые разработан и применен алгоритм восстановления отсутствующих в обрабатываемом информационном массиве данных. С целью формирования представительных по объему статистических выборок применен метод объединения данных по параметрам поступления радионуклидов в растения для глобальных и чернобыльских выпадений. В рамках процедуры идентификации почвенных характеристик, определяющих поступление 7Сб и 8г в растительность, использован статистический метод факторного анализа. Предложенный подход может служить методической основой разработки детальной радиоэкологической классификации почв. Впервые для прогнозирования накопления радионуклидов в сельскохозяйственной растительности применен метод нейронных сетей, с помощью которого разработан набор сетевых моделей. Проведено сравнение результатов прогнозирования на основе моделей, созданных с использованием классического метода регрессионного анализа и нейронных сетей, показавшее преимущество последних. При реализации методики получены конкретные результаты для различных групп почв и видов сельскохозяйственных растений. Практическая значимость результатов исследований. Разработана база данных, включающая информацию о содержании 7Сз и 8г в почве и растениеводческой продукции в период времени с по гг. Российской Федерации, Украины и Белоруссии. Информация, представленная в базе данных, может быть использована для анализа закономерностей протекания радиоэкологических процессов и решения ряда практических задач. В ходе создания базы было произведено восстановление недостающих данных на основе разработанного алгоритма, который может применяться в дальнейшем при работе с информационными системами. В результате применения многомерных статистических методов идентифицированы почвенные характеристики, определяющие интенсивность перехода долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственную растительность. Установление этих характеристик имеет практическую значимость при разработке методов количественного прогнозирования корневого поступления радионуклидов и разработке радиоэкологической классификации почв. Разработан комплекс регрессионных моделей, которые могут использоваться для оценки накопления 7Сз и 8г в растительности в зависимости от значений агрохимических показателей почв в отдаленный период после радиоактивных выпадений. Создан набор нейронных сетей, которые могут применяться для решения практических задач, связанных с радиоэкологическим прогнозированием в рамках квазиравиовесной ситуации. На основе анализа экспериментальных данных разработан комплекс моделей, описывающих динамику перехода 7Сз из почвы в сельскохозяйственные растения.