Сборник докладов Энергетика, надежность, безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

АДМИНИСТРАЦИЯ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

МЕЖДУНАРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МАТЕРИАЛЫ ДОКЛАДОВ ЧЕТЫРНАДЦАТОЙ

ВСЕРОССИЙСКОЙ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

«ЭНЕРГЕТИКА:

ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ»

Томск - 2008

УДК 620.9+(621.311+621.039):504+621.039.058+621.311.019.3

Материалы четырнадцатой Всероссийской научно-технической

конференции “Энергетика: экология, надежность, безопасность”. –

Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 289 с.

Настоящий сборник содержит материалы тринадцатой

Всероссийской научно-технической конференции “Энергетика:

экология, надежность, безопасность”, проведенной 9-11 декабря

2008 г. на базе Томского политехнического университета. В

пленарных и секционных докладах обсуждаются проблемы

эффективности и безопасности электроэнергетических

теплоэнергетических установок и систем, вопросы энергосбережения

и проблемы ядерной энергетики. Рассматриваются научные проблемы

и задачи экологии и защиты окружающей среды, медико-

биологические аспекты техногенного влияния среды на организм.

Верстка материалов докладов проведена на основе представленных

авторами электронных версий без редактирования их текста!

Редакционная коллегия: Литвак

В.В. (председатель)

Ушаков В.Я.

Беляев С.А.

Панин В.Ф.

Сечин А.И.

Состав организационного и научного комитета

ХIV-й Всероссийской научно-технической конференции

«Энергетика: экология, надежность, безопасность»

Телефон

Похолков

Юрий Петрович

ректор ТПУ,

профессор

председатель

оргкомитета

Власов

Виктор Алексеевич

Проректор ТПУ по

НР, профессор

сопредседатель

оргкомитета

Ушаков

Василий Яковлевич

директор центра

ресурсосбережения

ТПУ, профессор

сопредседатель

оргкомитета

564410

Кузнецов

Гений Владимирович

декан ТЭФ ТПУ,

профессор

зам. председателя

оргкомитета

563613

Литвак

Валерий Владимирович

зам. директора РЦР

ТПУ; профессор

зам. председателя

оргкомитета

563592

Коханенко

Лидия Павловна

начальник отдела

ОНТИ ТПУ

член оргкомитета 563445

Вайнштейн

Роберт Александрович

зав. кафедрой ЭСТ

ЭлТИ, доцент

председатель

секции

563821

Заворин

Александр Сергеевич

зав. кафедрой ПГС

ТЭФ ТПУ, профессор

председатель

секции

563910

Панин

Владимир Филиппович

зав. кафедрой ЭБЖ

ИЭФ, профессор

председатель

секции

563650

Матковская

Тамара Васильевна

СГМУ, профессор

председатель

секции

564092

Лукутин

Борис Владимирович

зав. кафедрой ЭлТИ,

профессор

председатель

секции

563501

Сечин

Александр Иванович

профессор кафедры

ЭБЖ ИЭФ

член оргкомитета

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Эффективность электроэнергетических

установок и систем

Секция 1

УДК 630.43

Экологические последствия лесных пожаров

Н.В. Барановский

Томский политехнический университет, г. Томск

firedanger@narod.ru

В результате действия лесных пожаров атмосфера загрязняется продуктами пиролиза и

горения лесных горючих материалов (ЛГМ). Необходимо проводить оценку масштабов

загрязнений и коэффициентов эмиссии основных поллютантов из очагов лесных пожаров.

Большое значение имеет исходный состав эмитируемых веществ

и сценарий загрязнения

атмосферы продуктами пиролиза и горения ЛГМ. Кроме того, большую актуальность для

прогноза экологических последствий лесных пожаров имеет информация о распределение

поллютантов по прилегающей территории, особенно населенных мест.

Экологическая система лесов Российской Федерации занимает 1.2 млрд га территории и

содержит около 25 % лесных ресурсов всей планеты [1]. Российские леса не только

экономический, но и важнейший экологический ресурс, так как РФ обеспечивает ежегодное

депонирование углерода в объеме 29 млрд т, на ее территории сохранилось 26 % неосвоенных

лесов мира [1]. Глобальные процессы регулирования состояния окружающей среды,

биоразнообразия, климата, речных стоков подвержены значительному влиянию лесов РФ [1].

Существуют различные определения лесного пожара. Например, лесным пожаром

называется явление неуправляемого многостадийного

горения в открытом пространстве на

покрытой лесом площади, в рамках которого имеют место взаимосвязанные процессы

конвективного и радиационного переноса энергии, нагревания, сушки и пиролиза ЛГМ, а также

горение газообразных и догорание конденсированных продуктов пиролиза ЛГМ [2].

Лесные пожары подразделяются на низовые, повальные верховые, вершинные верховые,

подземные (торфяные) и массовые [2,3]. При низовых

пожарах сгорает напочвенный покров. При

повальных верховых и напочвенный покров и кроны деревьев. При вершинном верховом горят

только кроны деревьев. Подземные пожары характеризуются наличием очага горения в толще

слоя. Массовые лесные пожары возникают при столкновительной катастрофе, воздушном ядерном

взрыве и т.д. [4].

Лесные пожары рассматриваются как потенциальные источники эмиссии

полихлорированных

дибензо-п-диоксинов (polychlorinated dibenzo-p-dioxins) и дибензофуранов

(polychlorinated dibenzofurans, PCDD/Fs). Однако, не обнаружено достаточных данных, чтобы

подкрепить информацию о том, что лесные пожары могут быть потенциальными источниками

этих поллютантов [5].

Эмиссия от лесных пожаров может иметь значительное влияние на качество воздуха, как

на локальном, так и региональном масштабах. Например, в 1998 году пожары в Мехико и

Центральной

Америке произвели эмиссию загрязняющих веществ, которая привела к тому, что в

“дюжине городов был смог”, перемещающийся от Флориды до Северной Дакоты. Оценка эмиссии

поллютантов может быть проведена по формуле [6]:

CFKQ

, (1)

где Q - эмиссия (фунт), Kα - коэффициент эмиссии (фунт/тонну), C - потребление топлива

(тонн/акр), F - выгоревшая площадь (акр). Значения коэффициентов эмиссии представлены в

документах Американского агентства по защите окружающей среды.

Измерения с помощью самолетов концентрации озона в плюмах от лесных пожаров [7]

подтвердили тот факт, что озон генерируется в дымах от лесных пожарах при

воздействии

солнечного света (фотохимические процессы). Вблизи от огня концентрация озона нулевая, но по

мере поднятия дыма в верхних слоях плюма (от англ. plume – струйка, столбик дыма, газа и т.д.)

регистрируется озон.

Известна обширная информация по веществам, эмитируемым от пожаров растительной

биомассы, в Африке в 2000 году [8]. Например, эмиссионные коэффициенты для этих

веществ.

Набор поллютантов разнообразен. Например, обнаружены такие поллютанты, как моноксид и

диоксид углерода, метан, этан, пропан, ацетилен, бутан, бутадиен, пентан, изопрен, бензол,

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

толуол, формальдегид, метанол, аммиак и ряд других веществ.

Эмиссии органических загрязнителей воздуха, в том числе эмиссии органических

поллютантов от лесных пожаров, пожаров растительности и предписанных выжиганий могут быть

достаточно масштабны. Детально исследован органический аэрозоль от горения биомассы

лиственных и хвойных пород деревьев умеренных климатических зон [9].

Продукты горения растительной биомассы могут иметь

различное влияние. Например CO2

и CH4 вносят вклад в глобальное потепление, NOx и SO2 влияют на кислотность атмосферных

выпадений. Если в дыме содержатся частицы и многоядерные ароматические углеводороды, то

они могут оказывать воздействие на здоровье людей [10]. В результате фотохимических реакций

происходит преобразование первичных эмитируемых веществ во вторичные, такие как озон.

По некоторым оценкам [11,12], в

бореальной зоне источники дают около 37 % от общего

земного фонда углерода и, следовательно, данный регион имеет экстремальное значение для

Земного цикла углерода. Шесть факторов контролируют сохранение и выход углерода в

бореальной зоне – скорость роста растительности, разложение биомассы, формирование вечной

мерзлоты, а также размер, частота и жесткость лесных пожаров, что является сильным

возмущающим

региональным фактором.

Показательны сведения об эмиссии парниковых газов от лесных пожаров в течение 1997 –

2001 годов. В этот период была высокая активность лесных пожаров, что привело к увеличению

эмиссии углекислого газа и метана. Глобальное содержание углекислого газа и метана в

атмосфере Земли растет, но в различные годы с разной скоростью [13,14].

Ртуть

является важным элементом, экологический мониторинг которого следует

проводить, так как известно его вредное воздействие на здоровье человека. Газообразная ртуть не

адсорбируется земной поверхностью, водой или растительностью в течение полугода – двух лет и

поэтому может переноситься на большие расстояния. Установлены эмиссия и перенос

газообразной ртути от крупномасштабных пожаров в бореальных лесах Канады

[15]. Годовая

эмиссия Hg от бореальных лесных пожаров может составлять до 30 % от годовой антропогенной

эмиссии в Канаде [15]. Определенное отношение Hg:CO [15] намного меньше, чем отмечается при

пожарах в лесах умеренного пояса и Африки. Это позволяет говорить, что эмиссия от пожара

зависит от вида растительности и можно только оценить гипотетический общий объем эмиссии от

пожаров экстраполируя данные одиночного пожара.

Формула для оценки эмиссии ртути от горения растительности имеет вид [16]:

HgccHg

EEAMHgQ =

(2)

где QHg – эмиссия ртути от лесного пожара (кг/год), A – выгоревшая площадь (га/год), M

– количество фитомассы (кг/га), Hgc – концентрация ртути в фитомассе (мг/кг), Ec –

эффективность горения фитомассы, EHg – эффективность выхода ртути в атмосферу.

Элементы EHg, Ec, Hgc могут быть объединены в единый комплекс называемый

коэффициентом эмиссии, значение которого изменяется от 14 до 71 мг/кг сухой фитомассы [17].

Особый интерес представляет повторная эмиссия радионуклидов при возникновении

лесных пожаров на зараженных лесопокрытых территориях (например, перераспределение

радионуклидов в зараженной зоне Чернобыльской аварии [18,19]). Определен вклад

радионуклидов 90Sr, 238Pu, 239+240Pu в радиоактивное загрязнение территории [18]. В

результате контролируемых пожаров [20] получены массивы эмпирических данных, необходимых

для разработки и верификации соответствующих моделей.

Возможно масштабное загрязнение почвы и поверхностных вод

137Cs после лесных

пожаров. Например, в Лос-Аламосе (Нью Мехико, США) [21] концентрация 137Cs на поверхности

земли превышала в 40 раз первоначальную в зольном загрязнении и в три раза в верхних 50 мм

почвы по сравнению со значениями перед пожаром. Увеличивается концентрация данного

загрязняющего вещества в стоке поверхностных вод после пожара. При горении лесных

фитоценозов,

пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, в атмосферу выделяются

радиоактивные продукты в виде дыма, сажи и аэрозолей, концентрация которых в воздухе может

превышать допустимую норму во много раз [22].

Вынос радионуклидов из зоны пожара и вовлечение в атмосферные потоки с

перемещением на большие расстояния способствует их перераспределению и загрязнению чистых

зон [22]. Оставшиеся

в золе радионуклиды могут быть разнесены ветровой эрозией по большим

площадям и также способствовать вторичному загрязнению и возникновению дополнительных

дозовых нагрузок [23]. Лесные пожары на радиоактивно загрязненных территориях ускоряют

процесс перехода радионуклидов из растительного покрова в минеральную часть почвы и лишают

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

лес аккумулирующей способности, что ведет к потере его роли в стабилизации

радиоэкологической обстановки [24].

Лесные пожары оказывают негативное воздействие на лесные фитоценозы [25] и здоровье

населения [26, 27]. В качестве инструмента исследования предлагается использовать опросники

качества жизни населения [28].

Список литературы:

1. Кузнецов В.И., Козлов Н.И., Хомяков П.М. Математическое моделирование эволюции леса

для

целей управления лесным хозяйством. М.: ЛЕНАНД, 2005. 232 С.

2. Гришин А.М., Фильков А.И. Прогноз возникновения и распространения лесных пожаров.

Кемерово: Изд-во Практика, 2005. 202 С.

3. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с

ними. Новосибирск: Наука, 1992. 408 С.

4. Пинаев В.С., Щербаков В.А. // Физика

горения и взрыва. 1996. Т. 32. № 5. С. 116 – 121.

5. Prange J.A., Gaus C., Weber R., Papke O., Muller J.F. // Environmental Science & Technology.

2003. Vol. 37, N 19, P. 4325 – 4329.

6. Dennis A., Fraser M., Anderson S., Allen D. // Atmospheric Environment. 2002. Vol. 36. N 23. P.

3779 – 3792.

7. Evans L.F., King N.K., Packham D.R., Stephens E.T. // Environmental Science & Technology. 1974.

Vol. 8. N 1. P. 75 – 76.

8. Korontzi S. // Global Change Biology. 2005. Vol. 11. N 10. P. 1680 – 1700.

9. Oros D.R., Simoneit B.R.T. // Applied Geochemistry. 2001. Vol. 16 N 13. P. 1513–1544.

10. Radojevic M. Chemistry of forest fires and regional haze with emphasis on Southeast Asia // Pure

and Applied Geophysics. 2003. Vol. 160. N 1–2. P. 157 – 187.

11. Zhang Y.-H., Wooster M.J., Tutubalina O., Perry G.L.W. // Remote Sensing and Environment. 2003.

Vol. 87. N 1. P. 1 – 15.

12. Goldammer J. G., Furyaev V. V. // Fire in ecosystems of Boreal Eurasia. Dordrecht: Kluwer, 1996.

P. 1 – 20.

13. Battle M. et al. // Science. 2000. Vol. 287, P. 2467 – 2470.

14. Dlugokencky E. J., Walter B. P., Masarie K. A., Lang P. M., Kasischke E. S. // Geophysical

Research Letters. 2001. Vol. 28. N 3. P. 499 – 502.

15. Sigler J.M., Lee X., Munger W. // Environmental Science & Technology. 2003. Vol. 37. N 19. P.

4343 – 4347.

16. Roulet M., Lucotte M., Farella N., Serique G., Coelho H., Sousa Passos C.J., De Jesus da Silva E.,

Scavone de Andrade P., Mergler D., Guimaraes J.R.D., Amorim M. // Water, Air and Soil Pollution

1999. Vol. 112, P. 297–313.

17. Friedli H.R., Radke L.F., Lu J.Y., Banic C.M., Leaitch W.R., MacPherson J.I. // Atmospheric

Environment. 2003. Vol. 37. N 2, P. 253–267.

18. Yoschenko V.I., Kashparov V.A., Levchuk S.E., Glukhovskiy A.S., Khomutinin Yu.V., Protsak

V.P., Lundin S.M., Tschiersch J. // Journal of Environmental Radioactivity. 2006. Vol. 86. N 2.

P. 260 – 278.

19. Kashparov V.A., Lundin S.M., Kadygrib A.M., Protsak V.P., Levtchuk S.E., Yoschenko V.I.,

Kashpur V.A., Talerko N.N. // Journal of Environmental Radioactivity. 2000. Vol. 51, P. 281 – 298.

20. Yoschenko V.I., Kashparov V.A., Protsak V.P., Lundin S.M., Levchuk S.E., Kadygrib A.M., Zvarich

S.I., Khomutinin Yu.V., Maloshtan I.M., Lanshin V.P., Kovtun M.V., Tschiersch J. // Journal of

Environmental Radioactivity. 2006. Vol. 86, P. 143 – 163.

21. Johansen M.P., Hakonson T.E., Whicker F.W., Breshears D.D. // Journal of Environmental Quality.

2003. Vol. 32. N 11. P. 2150 – 2157.

22. Азаров С.И., Однолько А.А

. // Лесное хозяйство. 1996. № 3. С. 15 – 16.

23. Азаров С.И. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1996. Т. 36. № 4. С. 506 – 515.

24. Кучма Н.Д., Бедная С.М., Усар Л.С., Терещенко О.Н. // Сб. тез. Междунар. научно-техн. конф.

“Итоги 8 лет работы по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС”. Зеленый мыс, 1994. С. 166

– 167.

25. Barlow J., Peres C.A. // Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological sciences. 2004.

Vol. 359. n 1443. P. 367 – 380.

26.

Aditama T.Y. // Respirology. 2000. Vol. 5. P. 169–174.

27. Барановский Н.В., Барановская С.В., Исакова А.В. // Пож. безопасность. 2007. № 3. С. 71 – 74.

28. Руководство по исследованию качества жизни в медицине. 2-е издание / Под ред. акад. РАМН

Ю.Л. Шевченко. М.: ЗАО “ОЛМА Медиа Групп”, 2007. 320 С.

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 620.9:332.1

Направления уральских исследований региональной энергетической безопасности

А.А. Куклин,

А.Л. Мызин

Институт теплофизики УрО РАН, Уральский государственный технический университет –

УПИ, г. Екатеринбург

mez@itp.uran.ru

В современных условиях преодоления экономического спада и ожидающегося

существенного роста спроса на электроэнергию в России, колебаний мировой экономической

конъюктуры включая цены на топливо и сырье, в энергетике на первый план выдвигаются задачи

обеспечения устойчивого развития и противодействия угрозам энергетической

безопасности.

Проводимая реструктуризация системы управления электроэнергетикой также должна быть

подчинена решению этих задач. До сих пор не решена задача создания таких правовых условий и

организационных структур управления системами энергетики, которые позволяют формировать

эффективную государственную энергетическую политику, соединяющую преимущества

рыночных методов регулирования в соответствующих секторах систем энергетики и

государственного регулирования в

ее монопольных секторах. В связи с этим не снижается

актуальность проблемы исследования энергетической безопасности территорий России

различного уровня, определения состава и силы действия угроз безопасности и не этой основе

выработки мер по их нейтрализации.

Исследования энергетической безопасности проводят различные научные коллективы

страны, но в первую очередь следует выделить работы Сибирской (ИСЭМ

СО РАН) [1–3 и др.] и

Уральской (Институт экономики УрО РАН, Институт теплофизики УрО РАН и УГТУ–УПИ) [4–6

и др.] научных школ, выработавших свои направления исследований. В исследованиях состояния

энергетической безопасности можно выделить три основных территориальных уровня:

федеральный (страна), региональный (федеральный округ, субъект Федерации) и муниципальный

(город

, муниципальное образование). Рассматриваемые в докладе задачи, решаемые уральской

научной школой, касаются, прежде всего, регионального уровня. Наше направление исследований

характеризуется, прежде всего, учетом тесной взаимосвязи задач экономической и энергетической

безопасности, их глубокого взаимопроникновения.

Экономическая безопасность территории рассматривается как формирующаяся по

следующим сферам жизнедеятельности:

1. Группа сфер, характеризующих способность территорий к устойчивому развитию

;

1.1. Инвестиционная безопасность; 1.4. Внешнеэкономическая безопасность;

1.2. Производственная безопасность; 1.5. Финансовая безопасность;

1.3. Научно–техническая безопасность; 1.6. Энергетическая безопасность;

2. Группа сфер, обеспечивающих приемлемый уровень существования на территории

2.1. Сфера уровня жизни населения; 2.4. Правопорядок;

2.2. Сфера рынка труда; 2.5. Продовольственная безопасность;

2.3. Демографическая безопасность;

3. Экологическая безопасность.

Основная задача анализа безопасности – это диагностирование состояния территории по

безопасности, т.

е. определение способности территории противостоять действию угроз.

Разработанная схема диагностирования основана на применении индикативного анализа. Прежде

всего, классифицируются состояния безопасности по степени действия угроз: нормальное (Н),

предкризисное (ПК) и кризисное (К). Каждая сфера жизнедеятельности представлена своей

системой индикативных показателей (индикаторов), характеризующих действие угроз

безопасности. Для каждого индикатора по разработанной методике [

7] устанавливаются

пороговые уровни, соответствующие значениям индикатора, пограничным между двумя

смежными зонами кризисности. Таким образом, сопоставляя фактическое значение индикатора с

пороговыми, можно определять состояние безопасности территории по рассматриваемому

индикатору.

Решена задача определения состояния безопасности в целом и каждой сфере

жизнедеятельности в частности. Для этого разработана система нормирования индикативных

показателей, т.

е. приведения их к безразмерному виду для последующего сопоставления. За базу

для нормирования берется разность между двумя пороговыми значениями каждого индикатора –

предкризисным и кризисным. Также для повышения точности классификации каждая из двух зон

состояний подразделяется на подзоны углубления кризисности – зоны начального (ПК1),

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

развивающегося (ПК2) и критического (ПК3) предкризиса, а также нестабильного (К1),

угрожающего (К2) и чрезвычайного (К3) кризиса. Разработан алгоритм последовательного

определения степени противодействия территории соответствующей угрозе безопасности,

состояния по каждой сфере жизнедеятельности и оценке ситуации в целом.

Аналогично сформирована совокупность индикаторов энергетической безопасности как

одной из важнейших сфер экономической безопасности. Индикативные показатели

энергетической безопасности разделены на следующие семь индикативных блоков:

1. Блок обеспеченности электрической и топливной энергией.

2. Блок обеспеченности топливом.

3. Структурно–режимный блок.

4. Блок воспроизводства основных производственных фондов в энергетике.

5. Экологический блок.

6. Финансово–экономический блок.

7. Блок энергосбережения и энергоэффективности.

Общее количество индикаторов 39. По каждому индикатору установлены пороговые

уровни, территориально районированные

в зависимости от условий энергетического развития,

экономико–географических и природно–климатических условий территорий.

Изложенный методический подход реализован в виде системы мониторинга

экономичесокой и энергетической безопасности территорий. Он дополнен методиками анализа

взаимного влияния экономических и энергетических факторов в системе формирования

безопасности, оценки вкладов отраслевых комплексов в энергетическую безопасность, оценки

энергоинвестиционной привлекательности

территорий с позиций экономической и энергетической

безопасности, разработки направлений безопасного энергетического развития территорий.

Укрупненная схема разработанного подхода представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема диагностирования энергетической безопасности

Содержание соответствующих разделов будет изложено ниже, пока же отметим другие

разрабатываемые нами направления диагностирования энергетической безопасности, а именно:

дискриминантный анализ, теорию нечетких множеств и нейросетевое

моделирование. Их

применение эффективно, если предварительно совокупность исходных показателей состояния

систем энергетики территорий и условий их развития будет проанализирована на

информативность и будут отфильтрованы лишь информативные показатели. В связи с этим

необходимо до проведения основных расчётов уровней энергетической безопасности территорий

использовать процедуры, которые бы по некоторым критериям оценивали информационную

Секция 1

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

полезность признаков, включаемых в расчёт. Были исследованы три метода определения

информативности:

1. Метод весовых коэффициентов (

-критерий), который основан на вычислении собственного веса

соответствующего i-й переменной (x

)

-m

)

/[N

xi(A)

+ N

xi(B)

], (1)

где m

A(В)

– математическое ожидание переменных из классов А(В), N

A(В)

– мощность

множеств А(В) и

xi(A(В))

– дисперсия по i-й переменной для классов А(В). Для выборки значения

A(В)

xi(A(В))

должны быть заменены их оценками. Увеличение веса переменной соответствует

увеличению её информативности.

2. Метод отношения дисперсий (k-критерий), основанный на отношении математического

ожидания дисперсии переменной по классам к дисперсии математических ожиданий классов по

переменной. Чем меньше это отношение, тем больше информативность переменной.

3. Многомерный метод определения информативности показателей, основанный на отношении

внутренней обобщённой дисперсии в классах к общей по выборке обобщённой дисперсии.

Внутренняя обобщённая дисперсия есть определитель внутригрупповой матрицы

перекрёстных произведений W(x) для переменных x=(x

, x

,…, x

), и, аналогично, общая

обобщённая дисперсия – определитель общей матрицы перекрёстных произведений T(x) для этих

переменных.

Отношение Λ(x) = det W(x) / det T(x) называется Λ - статистикой Уилкса. Оно принимает

значения между 0 и 1. Большие значения указывают на слабое разделение между группами, в то

время как малые значения – на хорошее разделение между группами.

По каждой из используемых процедур

определяются количественные значения

информативности и составляются ряды переменных, упорядоченные по убыванию

информативности. После проверки согласованности результатов (рассчитывается коэффициент

конкордации), полученных разными методами, составляется итоговый ряд информативности

переменных.

При решении задач классификации основным критерием является ошибка распознавания

при уменьшении числа используемых переменных. На рис. 2 приведен пример изменения

процента правильной классификации по шагам выявления и отсеивания наименее информативных

переменных из первоначальной совокупности 28 показателей. Критерии показывают, что 9

наиболее информативных переменных дают около 80% правильной идентификации состояния.

100

Колич ес т во переменных

Процент

правильной

идент ификации, ε%

Рис. 2 Ошибка идентификации наблюдений при изменении количества переменных

Исследовалась возможность классификации состояний территорий по энергетической

безопасности с применением дискриминантного анализа [8].

Разработанный методический подход заключается в следующем. Перед построением

системы классификации производится анализ исходных данных: подчинение нормальному закону

распределения переменных, равенство ковариационных матриц классов и др. Исходными

данными для

производимых далее расчётов являются отобранные на предыдущем этапе

переменные, характеризующие деятельность объектов (энергосистем и субъектов РФ) и

сгруппированные в блоки.

Задача состоит в построении по данным обучающей выборки (с оценкой параметров

генеральных совокупностей) моделей образов m

– решающих правил, на основе которых можно

было бы производить распознавание нового объекта а(х