Інформаційна технологія оцінки та прогнозування ризиків захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 004.041: 681.518

05.13.06 - інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ОЦІНКИ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ РИЗИКІВ ЗАХВОРЮВАННЯ НАСЕЛЕННЯ ВІД ВПЛИВУ ШКІДЛИВИХ ДОМІШОК ВОДНИХ РЕСУРСІВ

Олексієнко Маргарита Миколаївна

Черкаси - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Черкаському національному університеті ім. Богдана Хмельницького

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент, лауреат Державної премії в галузі науки і техніки Бушуєва Наталія Сергіївна, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри управління проектами.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії в галузі науки і техніки Подчасова Тетяна Павлівна, Київський національний торгово-економічний університет, професор кафедри економічної кібернетики та інформаційних технологій;

кандидат технічних наук, доцент Данченко Олена Борисівна, Університет економіки і права “ КРОК”, доцент кафедри адміністрування бізнесу.

Захист відбудеться “ 28 ” січня 2010 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К73.052.01 при Черкаському державному технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Черкаського державного технологічного університету за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

Автореферат розіслано “ 25 ” грудня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В. В. Палагін

екологічний захворювання шкідливий водний



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Останнім часом екологічні проблеми усе більше привертають увагу вчених і фахівців різних напрямків, оскільки в результаті технічного прогресу й нераціонального використання природних ресурсів антропогенне забруднення навколишнього середовища набуло таких розмірів, що стало загрожувати здоров'ю людини. Негативні тенденції в зміні показників здоров'я населення та стану середовища життєдіяльності людини ставлять цю проблему в розряд найбільш пріоритетних завдань державної політики. Для оперативного і якісного екологічного управління, що ґрунтується на глибокому аналізі якості навколишнього середовища та стану здоров'я населення, актуальним є створення екологічних інформаційних систем спостереження, в основі яких лежить принцип формування статистичних баз даних про стан здоров'я населення, стан об'єктів навколишнього середовища і паралельний аналіз динаміки їх зміни.

Концепція оцінки ризиків від впливу негативних факторів оточуючого середовища на біологічні об'єкти практично у всіх країнах світу і міжнародних організаціях розглядається як головний механізм розробки і ухвалення управлінських рішень в регулюванні якості навколишнього середовища та зменшення захворювання населення. В цьому відношенні методологію оцінки ризиків можна розглядати як один з основних, системоутворюючих елементів соціально-гігієнічного моніторингу та складовою частиною процесу управління природокористуванням.

Теорія оцінки техногенних і екологічних ризиків в системах спостереження та управління станом якості довкілля великою мірою розвинулись завдяки працям відомих вчених С. Л. Аваліані, С. М. Новікова, С. З. Поліщука, К. Б. Фрідмана, К. А. Буштуєвої, Ю. А. Рахманіна, Н. Ф. Реймерса та ін. Однак багатьма авторами відзначається, що незважаючи на велику кількість наукових праць у цьому напрямку, питання, пов'язані з розробкою інформаційних технологій оцінки та запобіганню ризиків захворювання від впливу шкідливих речовин, маловивчені. Тому необхідна розробка методів і засобів інформаційних технологій, що відповідали б всім вимогам екологічного управління і базувалися б на сучасних досягненнях в області створення інформаційних систем і технологій. Все це робить тему дисертаційного дослідження актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Черкаському національному університеті імені Богдана Хмельницького в рамках держбюджетної НДР “Створення реєстру забруднюючих довкілля викидів та їх переносу в області”, ДР № 0107U008789. Отримані автором результати включені у звіти по НДР.

Об'єктом досліджень у роботі є процеси оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення в інформаційній системі екологічного управління в Україні.

Предметом досліджень є методи, моделі та засоби формування інформаційного ресурсу систем та технологій оцінки ризиків і прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності екологічного управління за рахунок створення та впровадження методів, моделей і засобів інформаційної технології оцінки ризиків і прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Відповідно до поставленої мети сформовано наступні задачі дослідження:

аналіз існуючих підходів, методів і засобів екологічного управління;

дослідження існуючих методів та засобів аналізу якості питної води та водних басейнів України;

побудова математичної моделі впливу водних ресурсів на стан здоров'я населення;

розробка методів прогнозування стану здоров'я населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів;

розробка структури інформаційного ресурсу систем екологічного управління;

розробка моделей інформаційного забезпечення процесів екологічного управління;

розробка структури та методів інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів;

розробка засобів інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Методи дослідження ґрунтувалися на використанні теорії систем та теорії моделювання з метою декомпозиції інформаційного середовища систем екологічного управління і побудови адекватної реальним процесам математичної моделі, математичних основ представлення знань та теорії несилової взаємодії для розробки методів прогнозування впливу шкідливих домішок на стан здоров'я населення, методів дослідження операцій та теорії інформації для розробки раціональної структури інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів, теорії алгоритмів для розробки програмно-інформаційних засобів формалізації й обробки даних і знань у інформаційній технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше вирішена наукова задача розробки методу та моделей інформаційної технології оцінки ризиків і прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів, які відображають процеси взаємодії в системах екологічного управління. Нові наукові результати, отримані автором, полягають у нижченаведеному.

Вперше:

розроблена математична модель кількісної оцінки ризиків та дії шкідливих домішок водних ресурсів на здоров'я населення, яка базується на оцінці інформаційних взаємозв'язків між концентрацією шкідливих речовин та діагнозів захворювань, що дозволяє створювати ефективні методи та низькозатратні засоби інформаційних технологій екологічного управління;

запропоновано новий метод прогнозування впливу шкідливих домішок води поверхневих водоймищ та питної води на стан здоров'я населення, який базується на розробленій математичній моделі і забезпечує зниження ризиків захворювання за рахунок отриманої за допомогою цього методу інформації в екологічному управлінні регіону.

Удосконалено:

математичну модель інформаційного середовища системи оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів, в якій, на відміну від існуючих, виділено детермінований та прогнозний процедурні компоненти, що дозволяє формалізувати цілі реалізації та процедурно-об'єктну складову інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів;

формалізацію задачі побудови інформаційної технології, орієнтованої на вирішення екологічних задач шляхом внесення в цю модель величини дії вмісту шкідливих домішок на захворюваність населення, що дозволяє формально описати процеси отримання, обробки та використання інформації для оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення даної роботи полягає в тому, що на основі узагальнення відомих результатів і наукових положень, отриманих автором, розроблено та впроваджено засоби підвищення ефективності інформаційного забезпечення процесів оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів. Проведені дослідження дозволили реалізувати ефективну інформаційну технологію на базі розроблених автором засобів інформаційної системи оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок води.

Розроблені засоби дозволили:

систематизувати інформацію про вміст шкідливих речовин в водних ресурсах регіону та захворюваність населення по рокам спостереження, що мінімізує час на отримання такої інформації санітарними службами регіону та підвищує рівень їх інформованості;

підвищити якість та оперативність екологічного управління певного регіону за рахунок отримання і використання інформації про дійсні і прогнозні значення ризиків захворювання населення від споживання і використання забрудненої води;

удосконалити процеси введення, обробки і використання інформації про стан захворюваності населення, стан якості питної води і води поверхневих водоймищ та числові значення їх зв'язків.

Розроблені програмно-інформаційні засоби впроваджено в Черкаській обласній державній санітарно-епідеміологічній станції. Розроблене автором методичне забезпечення використовується для оцінки якості питної води м. Черкаси та води Кременчуцького водосховища, оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від споживання питної води та використання води Кременчуцького водосховища в рекреаційних цілях. Крім того, розроблені матеріали використовуються в навчальному процесі ряду ВНЗ країни.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійно виконаною завершеною роботою здобувача. Наукові розробки, узагальнення, висновки та пропозиції, що містяться в дисертаційній роботі, одержані автором самостійно.

В публікаціях, написаних в співавторстві, здобувачеві належать [5] - опис проактивного підходу до побудови екологічної інформаційної системи оцінки і прогнозування ризиків здоров'ю населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів; [9] - формалізовані проблеми моніторингу р. Дніпро в Україні та запропоновані шляхи їх подолання; [10] - класифіковані суб'єкти екологічного управління водних ресурсів в Черкаському регіоні та структура інформаційної бази даних результатів спостережень та контролю за якістю води.

Публікації відображають винесені на захист наукові та практичні результати.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботі доповідались та обговорювалися на таких конференціях:

науково-технічна конференція НТШ ім. Шевченка, м. Черкаси, 2003р.;

науково-технічна конференція НТШ ім. Шевченка, м. Черкаси, 2004р.;

Міжнародний водний форум “АКВА Україна-2004”, 21-23 вересня, 2004 р.;

ІХ Міжнародна конференція “Екологія та освіта: інноваційні інтеграційні технології для сталого розвитку”, 4-6 листопада 2004р.;

V Всеукраїнська конференція молодих науковців ІТОНТ - 2006, м. Черкаси, 3-5 травня 2006р.;

науково-технічна конференція НТШ ім. Шевченка, 2007р.;

друга міжнародна науково-технічна конференція “Інформаційні моделюючі технології”, м. Черкаси, 21-24 травня 2009р.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 15 друкованих праць, у тому числі 5 - у виданнях, що затвердженні ВАК України як фахові, 9 - тези доповідей.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (114 найменувань) і додатків. Дисертація містить 28 таблиць, 24 рисунки, 1 додаток. Повний обсяг дисертації становить 176 сторінок, у тому числі 127 сторінок основного тексту.

ОСНОВНІЙ ЗМІСТ РОБОТІ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету, завдання і задачі дослідження, окреслено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, подано загальну характеристику дисертаційної роботи.

У першому розділі виконаний системний аналіз проблем діяльності у сфері екологічного управління. Дано визначення екологічного управління та виділено його компоненти. Під екологічним управлінням розуміється свідомий вплив на різноманітні господарські і природні об'єкти та процеси, що відбуваються в навколишньому середовищі та людей, пов'язаних з ними, який спрямований на гармонізацію взаємодії суспільства і природи.

Екологічне управління є розгалуженою і багатофункціональною сферою діяльності різних суспільних, державних, корпоративних та інших інституцій. Наведено стандарти екологічної безпеки, що діють в Україні і світі та рівні екологічного управління в Україні. Це національний, регіональний, місцевий і об'єктний рівні. Виділено 9 загальних і 11 спеціальних функцій екологічного управління. Розглянуто існуючі методології оцінки ризиків для здоров'я населення, які виникають при забрудненні навколишнього середовища. Розглянуто основні методи, які застосовуються для оцінки ризиків та прогнозування впливу шкідливих речовин на здоров'я населення. Це методи математичної статистики, евристичні методи, методи математичного програмування - оптимізаційні, точні і наближені, балансові і факторні.

Але ці методи в повній мірі не розв'язують задачу прогнозування рівня захворювань при заданому вмісті шкідливих речовин, оскільки існує велика невизначеність впливів на стан здоров'я населення комбінацій різних шкідливих речовин. Достовірність даних по вмісту шкідливих речовин не висока, оскільки постійно змінюються характеристики забруднення. Спроби застосувати методи регресійного аналізу для вирішення поставленої задачі зазнали невдачі саме через наведені причини. Перспективним було б застосування методу групового обліку аргументів (МГОА). Але застосування цього методу до наведеної задачі вимагає значної операційної підтримки (при адаптації та розробці застосування), що значно ускладнює саму інформаційну технологію. Тому було прийнято рішення застосувати новий науково-методичний інструментарій прогнозування статистичних характеристик об'єктів середовищ інтелектуальної діяльності людини, який розроблено в теорії несилової взаємодії. Результат розрахунку несилової дії є визначення величини впливу шкідливих речовин на захворюваність населення. Сама ж величина дії відображає першопричину ризику захворювання.

Виконано аналіз існуючих інформаційних систем і технологій, які застосовуються в процесах екологічного управління. Розглянуто приклади систем та виокремлено значення їх головних функціональних чинників. Сформовано мету та задачі дослідження.

У другому розділі запропоновано підходи до ідентифікації, якісної та кількісної оцінки екологічних ризиків. Запропонована математична модель, яка описує можливі ризики для здоров'я населення від шкідливих домішок питної води і води поверхневих водоймищ. В результаті отримано ряд виразів, які характеризують залежність ризику для здоров'я населення від вмісту шкідливих речовин в водних ресурсах регіону. Оцінюються середньодобові дози речовин, що надходять з питної води та води поверхневого водоймища в організм людини пероральним, дермальним (через шкірні покриви) та інгаляційним шляхами. На основі такої оцінки будується матриця експозиції (Z), яка складається із сукупності можливих шляхів експозиції, можливих середовищ експозиції, можливих груп населення, що підлягають експозиції:

.



Елементами матриці зв'язків є:

,

де Gi - певна група населення, що підлягає певній експозиції; Ci - речовина, що має експозицію в організми групи населення; Еi - певна експозиція (шлях надходження) в організм (або їх комбінація); KSi - певне контактне середовище (або їх сукупність) з якого здійснюється експозиція забруднюючої речовини.

Для кожного елемента розраховується ризик для здоров'я населення:

1. Якщо речовина є канцерогеном, то виконується:

оцінка індивідуального ризику;

оцінка агрегованого ризику;

оцінка популяційного канцерогенного ризику;

оцінка сумарного канцерогенного ризику для кожного виду і локалізації пухлини.

2. Якщо речовина є токсикантом, то виконується:

розрахунок індексів небезпеки;

розрахунок ризиків токсичних ефектів;

оцінка сумарного неканцерогенного ризику для кожного виду критичних органів і систем.

Отримані в дисертаційній роботі вирази дають змогу оцінити якість питної води та води поверхневого водоймища з урахуванням їх впливу на здоров'я населення. Але вони не встановлюють зв'язків між забрудненням водних ресурсів і захворюваннями людей, які споживають і використовують воду і не дають можливості спрогнозувати рівень захворювання в зв'язку з погіршенням або поліпшенням екологічної ситуації. Тому в дисертаційній роботі було розроблено новий метод прогнозування захворюваності від впливу негативних факторів навколишнього середовища, в основі якого лежить модель несилової взаємодії між чинниками, які породжуються вмістом шкідливих речовин в водних ресурсах регіону. В рамках цього методу розраховується величина несилової дії кожного з чинників (одна шкідлива речовина) на статистику захворювання. В якості міри ризику приймається кількість захворювань на 100000 населення.

Вміст шкідливих речовин представляється кортежем, кожен член якого визначає вміст однієї з речовин:

,

Ризик захворювання визначається кортежем

,

Для використання в методі прогнозування моделі несилової взаємодії необхідно перейти від безперервного розподілу значень вмісту шкідливих речовин та рівня захворюваності до дискретного. Для цього задається крок дискретизації для вмісту шкідливих речовин a0 і ризиків захворювань p0 і формується кінцева кількість інтервалів (груп) значень. Віднесення того чи іншого значення до групи значень виконується за формулами:

для вмісту шкідливих речовин

,

для ризиків захворювання

,

Тоді оцінка залежності між дискретними значеннями вмісту шкідливих речовин та величинами ризиків захворювання матиме вигляд (табл.1).

Таблиця 1 - Дискретна оцінка залежності між шкідливими речовинами та ризиками для здоров'я населення

Вміст шкідливих речовин	Види захворювання
			............		............
	f11	f12	............	f1j	............	fid
.............................................	............	............	............	............	............	............
	fi1	fi2	............	fij	............	fid
.............................................	............	............	............	............	............	............
	fz1	fz2	............	fzj	............	fzd

Вплив вмісту шкідливих речовин на ризики захворювання оцінимо, виходячи з моделі несилової дії. Несилову дію можна записати, виходячи із обчислення умовних та абсолютних ймовірностей виникнення захворювання:



;

,

Тоді оцінку впливу однієї шкідливої речовини на ризик захворювання можна отримати із формул:

;

,

Задача прогнозування захворюваності населення формулюється таким чином: якщо в ході екологічного управління визначена деяка нова комбінація шкідливих речовин , то необхідна інформаційна оцінка ризиків за всіма захворюваннями. Для цього необхідно оцінити “величину” “спільного впливу” шкідливих речовин на кожен з ризиків. Таку оцінку ризиків здійснимо, виконавши наступні дії.

Визначити дискретні значення вмісту шкідливих речовин:

,

.

Величина впливу визначається по величині відхилення від і свідчить про “цінність” інформації, що відображає вміст шкідливої речовини. Ця величина буде обчислюватися за формулою:

,

Розрахунок спільної дії шкідливих речовин на захворюваність:

,

Розрахунок нового значення інформаційної визначеності ризиків:

,

Вирішальне правило вибору:



Рішенням сформульованої задачі є спільна оцінка можливого ризику захворювання населення за прийнятими даними вмісту шкідливих речовин. Саме об'єкти, які відповідають виразу (1) являють собою дискретні значення величини ризику для здоров'я населення. Виходячи з рівнів дискретизації можна визначити прогнозований інтервал захворюваності населення (від до ).

Третій розділ присвячено розробці інформаційної системи екологічного управління. В результаті проведених досліджень сформульована необхідність удосконалення систем екологічного управління шляхом створення ефективної інформаційної технології, що міститиме релевантні методи та засоби накопичення і використання інформації, необхідної для вирішення екологічних задач. Вирішення екологічних задач буде базуватися на використанні засобів інформаційної системи оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів (ІСОПР). Найбільш істотна для оцінки ризику частина предметної області ІСОПР представлена в частині інформаційного середовища, що відображає: формалізований опис об'єктів управління; документи; знання про механізми та моделі екологічного управління. Інформатизація процесу екологічного управління полягає в створенні максимально повного по відношенні до задач, що вирішуються, інформаційного середовища, що забезпечуватиме автоматизоване рішення задач управління якістю навколишнього середовища шляхом своєчасного і достовірного перетворення інформаційного ресурсу (Ir) в інформаційний продукт (Ip). Тоді під інформаційною технологією управління якістю об'єктів навколишнього середовища будемо розуміти сукупність методів і засобів обробки інформації в системі інформації ІСОПР, що являють собою цілісні технологічні системи і забезпечують формування інформаційного продукту ІСОПР.

Прийнятними варіантами вирішення екологічних задач в ІСОПР є такі, які дозволяють досягти деякого цільового значення згідно заданого критерію оптимізації. Конкретизуємо параметри оптимізації. Нехай - об'єкти інформаційного середовища інформаційної системи, що використовуються для оцінки ризиків, прогнозування ризиків та управління якістю водних ресурсів. Тоді можна записати:

за обмежень:

;

,

Цільова функція (2) відображає своєчасність, повноту і якість формування інформаційного продукту і залежить від ефективності його використання в екологічному управлінні. Визначимо функцію штрафу .

1.Втрати здоров'я населенням під впливом шкідливих домішок води залежать від величини втрати здоров'я для кожної людини в результаті впливу шкідливих речовин (якщо це призведе до захворювання), а також від імовірності захворіти. Ці втрати можна записати наступним виразом:

,

Для того, щоб зменшити імовірність захворювання необхідно прийняти та реалізувати деяку управлінську дію (рішення) . Кожне з рішень впливає на захворюваність, зменшуючи його. Використаємо значення величини впливу з теорії несилової взаємодії. Позначимо його як величину несилової дії (вплив l-ї дії на імовірність захворювання в момент часу t). Нехай для управлінської дії необхідна інформація яка міститься в інформаційних об'єктах . Тоді приведена вартість кожного інформаційного об'єкту буде дорівнювати:

,



Тоді при наповненні всіх інформаційних об'єктів:

за обмежень:

t(qei)>t0(qei);

.

Вираз (3) буде знаходитися в основі визначення порядку отримання інформації в інформаційній технології.

Запропонована граф-модель інформаційної системи спостереження та оцінки ризику захворюваності населення від шкідливих домішок питної води та водних ресурсів.

У четвертому розділі запропоновано структуру та функції інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів. В результаті аналізу робочих документів державних закладів та установ з контролю та управління водними ресурсами структурована позамашинна база даних та створено машинну інформаційну базу факторів водного середовища та обліку натурних показників стану забруднення поверхневих вод і питної води на досліджуваній території.

Розроблено алгоритми і наведено структуру програмних засобів, які забезпечують збір, представлення і переробку інформації в процесі прогнозування впливу шкідливих домішок на здоров'я населення. Компонентами інформаційної системи у відповідності з розробленими алгоритмами є: блок ведення даних вмісту шкідливих речовин (вкладка “Шкідливі речовини”); блок ведення даних захворюваності дітей (вкладка “Захворюваність дітей”); блок ведення даних захворюваності дорослих (вкладка “Захворюваність”); блок формування до дискретних значень фактичного і прогнозного значення вмісту шкідливих речовин і захворюваності (вкладка “Дискретизація”); блок прогнозування.

Система побудована по модульному принципу. Окремо виділений блок прогнозування захворюваності населення від впливу шкідливих домішок води, який може замінюватись на інший модуль (наприклад модуль кореляційного чи дисперсного аналізу) без зміни в інших модулях, в тому числі і в формах представлення даних.

Було проведено експериментальні дослідження якості питної води та прогнозування впливу шкідливих домішок на стан здоров'я населення. Порядок дій в експерименті наступний:

1. Для розрахунку прогнозу вибиралися дані по забрудненню води за один рік (почергово від 1993 до 2003) в м. Черкаси.

2. По тим же рокам були вибрані дані захворюваності населення в тому ж регіоні.

3. На основі таблиці прогнозувалась захворюваність через S років. Прогнозування закінчувалось віднесенням оцінки можливості захворювання до тієї чи іншої групи (проводились 3 експерименти - по 3, 5 і 10 групам).

4. Отримано порівняльні ряди номерів груп: прогнозована і фактична для дітей, прогнозована і фактична для дорослих.

5. Розраховувалась сума квадратів відхилення прогнозованих номерів груп рівня захворюваності від фактичних за формулою:

,

де - номер групи фактичної i-ї захворюваності; - номер групи прогнозованої i-ї захворюваності; - фактична сума середньоквадратичних відхилень; - кількість видів захворювань.

Розраховувалась сума квадратів очікуваного відхилення (з рівномірним розподілом ймовірностей теоретичного ряду) за формулою:

,

де - кількість груп захворювань.

7. Ефективність прогнозування захворювання визначалась з формули:

.

В такому представленні система прогнозування впливу шкідливих домішок на стан здоров'я населення буде ефективною, якщо .

8. В результаті проведених експериментів отримано результати, які представлено на графіку (рис.1). Як видно з графіку, вплив вмісту шкідливих речовин на захворюваність збільшується в інтервалі 1- 8 років, після чого вплив зменшується. Це спостерігається як в захворюванні дітей, так і дорослих.

Як слідує з експериментів, розроблена інформаційна система дозволяє довести існування досить значної залежності рівня захворювань від вмісту шкідливих речовин, яка збільшується і досягає максимуму через 8 років. Крім того система досить точно прогнозує рівень захворюваності населення при апріорних даних, якими є вміст шкідливих речовин в водних ресурсах.

З позицій управління система дозволяє визначити вплив окремих шкідливих домішок на рівень захворюваності на ті чи інші хвороби. І таким чином відібрати впливи тих речовин, які в більшій мірі викликають захворюваність населення в регіоні. Наступним етапом є застосування організаційно-технічних заходів для зменшення обсягів скидів відібраних шкідливих речовин з промислових підприємств регіону. Застосування в рамках цього підходу ІСОПР дозволяє підвищити рівень інформованості відповідних санітарних служб, що дасть їм інструмент для ефективного впливу на екологічний стан регіону.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної задачі розробки та впровадження методів, моделей і засобів інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

На основі висловлених припущень про шляхи підвищення екологічної безпеки в Україні проведено аналіз існуючих підходів, методів, засобів та проблем інформатизації екологічного управління в Україні та досліджено існуючі методи та засоби аналізу якості питної води та водних басейнів України.

На основі проведеного аналізу виділено задачу інформатизації системи екологічного управління через розробку та використання методів, моделей і засобів інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів як головну в підвищенні ефективності екологічного управління.

Розроблено математичну модель впливу водних ресурсів на стан здоров'я населення, що дозволяє створювати ефективні методи та низькозатратні засоби оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Запропоновано новий метод прогнозування впливу шкідливих домішок води поверхневих водоймищ та питної води на стан здоров'я населення, який базується на розробленій математичній моделі і забезпечує зниження ризиків захворювання за рахунок реалізації своєчасних організаційних, технологічних чи медико-біологічних заходів зі зменшення впливу екологічного оточення в регіоні на здоров'я населення.

Розроблена математична модель інформаційного ресурсу систем екологічного управління та функціональна модель інформаційного забезпечення процесів екологічного управління, що включає 29 модулів, призначених для ведення інформації по забрудненню питної води і води поверхневого водоймища, оцінки якості води діючим нормативам, оцінки ризиків захворювань для дитячого та дорослого населення, прогнозування захворювання населення та формування звітів.

Розроблено підходи та модель оптимізації інформаційного середовища системи оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Розроблені алгоритми і програмні засоби оцінки ризику та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Розроблено структуру інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів. Для реалізації цієї технології розроблено інформаційну систему оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів (ІСОПР), в основі якої знаходяться засоби, які реалізують створені в процесі дисертаційних досліджень моделі і методи. Особливістю ІСОПР є модульна структура компоненту розрахунку впливу шкідливих домішок на стан здоров'я населення, що дозволяє мобільно використовувати в цьому компоненті різні математичні моделі прогнозування ризиків захворювання у відповідності з розрахованою в самій системі оцінкою їх ефективності.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Олексієнко М.М. Інформаційна технологія оцінки ризику для здоров'я населення від шкідливих домішок води / Олексієнко Маргарита Миколаївна // Вісник ЧДТУ. - 2006.-№2. - С.149-155.

2. Олексієнко М.М. Екологічна інформаційна система оцінки і управління ризиком здоров'ю населення від впливу шкідливих домішок оточуючого середовища / Олексієнко Маргарита Миколаївна // Науковий журнал “АСУ та прилади автоматики”. - Харків: ХНУРЕ. - 2008.-№143 - С.110-116.

3. Олексієнко М.М. Система інформації для вирішення задач автоматизованої оцінки якості водних ресурсів та питної води та управління ризиками від негативного їх впливу на стан здоров'я населення / Олексієнко Маргарита Миколаївна // Вісник ЧДТУ. - 2008.-№3. - С.133-139.

4. Олексієнко М.М. Метод прогнозування чисельності захворювань від впливу шкідливих речовин, який базується на моделі несилової взаємодії / Олексієнко Маргарита Миколаївна // “Східноєвропейський журнал передових технологій”. - Харків. - 2009.-№1. - С.34-38.

5. Бушуєва Н.С. Системна формалізація управління проектами в рамках проактивного підходу до розвитку організацій / Н.С.Бушуєва, Л.Д.Мисник, М.М. Олексієнко // Управління проектами та розвиток виробництва: зб.наук.пр. - Луганськ: Вид-во СНУ ім.В.Даля, 2009.- №2 (30).- С.5-11.

6. Олексієнко М.М. Екологічна оцінка стану якості води Кременчуцького водосховища / Олексієнко Маргарита Миколаївна // Довкілля та здоров'я. - 2004.-С.30-34.

7. Олексієнко М.М. Застосування інформаційних систем при аналізі впливу факторів оточуючого середовища на стан здоров'я населення: матеріали доповідей на засіданнях секцій та комісій [“Чотирнадцята наукова сесія Осередку Наукового товариства ім. Шевченка у Черкасах”], (Черкаси, 12-20 березня 2003р.) / Черкаський нац. ун-т ім. Б.Хмельницького. Черкаси: Осередок НТШ у Черкасах, 2003. - С.94-95.

8. Олексієнко М.М. Екологічний моніторинг як багатоцільова інформаційна система і основна складова системи керування станом якості довкілля : матеріали доповідей на засіданнях секцій та комісій [“П'ятнадцята наукова сесія Осередку Наукового товариства ім. Шевченка у Черкасах”], (Черкаси, 10-27 березня 2004р.) / Черкаський нац. ун-т ім. Б.Хмельницького. Черкаси: Осередок НТШ у Черкасах, 2004. - С.141-144.

9. Бондаренко Ю.Г Проблеми еколого-гігієнічного моніторингу Кременчуцького водосховища / Бондаренко Ю.Г., Олексієнко М.М. //Матеріали науково-практичних конференцій ІІ Міжнародного Водного Форуму “АКВА-Україна - 2004” (Київ, 21-23 вересня, 2004 р.).-К.:СПД Коляда О.П., 2004.- С.117-120.

10. Бондаренко Ю.Г. Эколого-гигиенический мониторинг Кременчугского водохранилища как составляющая регистра выбросов и переноса загрязнений Черкасской области / Бондаренко Ю.Г., Билык Л.И., Демьяненко В.И., Мыслюк О.О., Свояк Н.И., Олексеенко М.Н. //Матеріали науково-практичних конференцій ІІ Міжнародного Водного Форуму “АКВА-Україна - 2004” (Київ, 21-23 вересня, 2004 р.).-К.:СПД Коляда О.П., 2004.- С.111-114.

11. Олексієнко М.М. Якість питної води та стан здоров'я населення Черкаського регіону.//Екологія та освіта: інноваційні інтеграційні технології для сталого розвитку. Збірник статей, доповідей та виступів ІХ Міжнародної конференції 4-6 листопада 2004р. м. Черкаси. - С.80-82.

12. Олексієнко М.М. Проблеми та перспективи в організації еколого-гігієнічного моніторингу р. Дніпро. // Екологія та освіта: інноваційні інтеграційні технології для сталого розвитку. Збірник статей, доповідей та виступів ІХ Міжнародної конференції 4-6 листопада 2004р. м.Черкаси.- С.82-85.

13. Олексієнко М.М. Інформаційна система оцінки якості і стану водного середовища: матеріали V Всеукраїнської конференції молодих науковців ІТОНТ [“Інформаційні технології в освіті, науці і техніці”], (Черкаси 3-5 травня 2006 р.) / Черкаський нац. ун-т ім. Б.Хмельницького, Черкаський держ. технологіч. ун-т, Нац. пед. ун-т ім. М.П.Драгоманова. - Черкаси: ЧНУ, 2006. - С.9.

14. Олексієнко. М. М. Інформаційна технологія оцінки ризику здоров'ю в медико-екологічних дослідженнях: матеріали доповідей на засіданнях секцій та комісій [“Сімнадцята наукова сесія Осередку Наукового товариства ім. Шевченка у Черкасах”], (Черкаси, 5-27 березня 2007р.) / Черкаський нац. ун-т ім. Б.Хмельницького. Черкаси: Осередок НТШ у Черкасах, 2008. - С.240-241.

15. Олексієнко М.М. Задача оптимізації інформаційного наповнення інформаційного середовища екологічного управління / М.М.Олексієнко // Информационные и моделирующие технологии. Вторая международная научно-техническая конференция. (21-24 мая 2009, Черкассы, Украина) / НАН Украины, Черкаск. нац. ун-т им. Б.Хмельницкого, Междунар. академ. информатизации, Междунар. ассоц. интегрир. медиц. Черкаси, 2009 - С.40-41.



АНОТАЦІЯ

Олексієнко М.М. Інформаційна технологія оцінки та прогнозування ризиків захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Черкаський національний університет імені Б.Хмельницького, Черкаси, 2010.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної задачі розробки та впровадження орієнтованих на процеси несилової взаємодії в системах екологічного управління методів, моделей і засобів інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

На основі проведеного аналізу сформульовано задачу побудови інформаційної технології оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів.

Розроблено математичну модель кількісної оцінки ризиків та впливів шкідливих домішок водних ресурсів на здоров'я населення, яка базується на положеннях та висновках теорії несилової взаємодії. Запропоновано новий метод прогнозування впливу шкідливих домішок водних ресурсів на стан здоров'я населення, який базується на розробленій математичній моделі. Удосконалено математичну модель інформаційного середовища системи оцінки ризиків та прогнозування захворювання населення від впливу шкідливих домішок водних ресурсів. Отримала подальший розвиток математична формалізація задачі побудови інформаційної технології, орієнтованої на вирішення екологічних задач, яка включає основні атрибути та взаємозв'язки компонентів цієї технології. Розроблені моделі, методи та засоби впроваджено в Черкаській обласній державній санітарно-епідеміологічній станції. Ключові слова: екологічне управління, інформаційна технологія, несилова взаємодія, ризики, математична модель.

АННОТАЦИЯ

Олексеєнко М.Н. Информационная технология оценки и прогнозирования рисков заболевания населения от влияния вредных примесей водных ресурсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Черкасский национальный университет имени Б. Хмельницкого, Черкассы, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению важной научно-технической задачи разработки и внедрения ориентированных на процессы несилового взаимодействия в системах экологического управления методов, моделей и средств информационной технологии оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения под влиянием вредных примесей водных ресурсов. На основе проведенного анализа выявлена необходимость совершенствования систем экологического управления страны путем создания эффективной информационной технологии, которая будет содержать методы и средства накопления и использования информации, необходимой для решения задач оценки рисков и прогнозирования воздействия вредных веществ в водных ресурсах на заболеваемость населения.

Разработана математическая модель количественной оценки рисков и воздействий вредных примесей водных ресурсов на здоровье населения, которая базируется на положениях и выводах теории несилового взаимодействия и позволяет создавать эффективные и низкозатратные информационные технологии экологического управления.

Предложен новый метод прогнозирования влияния вредных примесей воды поверхностных водоемов и питьевой воды на состояние здоровья населения, базирующийся на разработанной математической модели и обеспечивающий снижение рисков заболеваемости населения за счет реализации своевременных организационных, технологических или медико-биологических мероприятий по уменшенню влияния экологического окружения в регионе на здоровье населения.

Получила дальнейшее развитие математическая формализация задачи построения информационной технологии, что позволило усовершенствовать математическую модель информационной среды систем оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения от влияния вредных примесей водных ресурсов, в которой, в отличии от существующих, выделены детерминированный и прогнозный процедурные компоненты, позволяющие формализовать цели реализации и процедурно-объектную составляющую информационной технологии. Усовершенствована формализация построения информационных технологий, ориентированных на решение экологических задач путем внесения в эту модель величины действия содержания вредных веществ на заболеваемость населения, что дает возможность формально описывать процессы получения, обработки и использования информации для оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов.

Разработаны подходы и модель оптимизации информационной среды систем оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов.

Структурирована внемашинная база данных и создана машинная информационная база факторов водной среды и учета натурных показателей состояния загрязнения поверхностных водоемов и питьевой воды на исследуемой территории.

Разработана математическая модель информационного ресурса систем экологического управления и функциональная модель информационного обеспечения процессов экологического управления, включающая 29 модулей, предназначенных для ведения информации по загрязнению питьевой воды и воды поверхностных водоемов, оценки качества воды существующим нормативам, оценки рисков заболеваемости для детского и взрослого населения, прогнозирования заболеваемости и формирования отчетов.

Разработаны алгоритмы и программно-информационные средства информационной технологии оценки риска и прогнозирования заболеваемости населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов, которые базируются на предложенных диссертационной работе методах и моделях, обеспечивающие сбор, представление и обработку информации в процессе прогнозирования влияния вредных примесей водной среды на здоровье населения.

Разработана структура информационной технологии оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов. Особенностью информационной технологии оценки рисков и прогнозирования заболеваемости населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов является модульная структура компонента расчета влияния воздействия вредных веществ на здоровье населения, позволяющая мобильно использовать в этом компоненте различные математические модели прогнозирования рисков заболеваемости в соответствии с рассчитанной в самой системе оценкой их эффективности. Для реализации этой технологии разработана информационная система оценки риска и прогнозирования заболевания населения от воздействия вредных примесей водных ресурсов, в основе которой находятся средства, реализующие созданные в процессе диссертационных исследований модели и методы.

Разработанная информационная система разрешает доказать достаточно значительную зависимость уровня заболеваемости от содержания вредных примесей в питьевой воде. Кроме того, система достаточно точно прогнозирует уровень заболеваемости населения при априорных данных, таких как содержание вредных веществ в водных средах.

Проведенные исследования позволили создать эффективную технологию формирования информационного ресурса систем оценки рисков и прогнозирования заболевания населения от влияния вредных примесей водных ресурсов на базе разработанных автором методов и программных средств. Эти средства были экспериментально апробированы. Результаты проведенных экспериментов подтвердили теоретическую модель, разработанную в диссертационной работе, и засвидетельствовали эффективность методов прогнозирования влияния вредных веществ на здоровье населения.

Разработанные модели, методы и средства внедрены в Черкасской областной государственной санитарно-эпидемиологической станции.

Ключевые слова: экологическое управление, информационная технология, несиловое взаимодействие, риски, математическая модель.



ANNOTATION

Oleksienko M.M Information technology assessment and forecasting of disease risk from exposure to harmful pollutants of water resources. - Manuscript.

The thesis for a scientific degree of the candidate of technical sciences on the speciality 05.13.06 - Information technologies. - Cherkassy National University named after B. Khmelnitsky , Ukraine, Cherkassy, 2010.

Dissertational work is devoted to solving important scientific and technical problem of developing and implementing the process information interaction in the systems of environmental management methods, models and tools of information technology risk assessment and prediction of disease from exposure to harmful pollutants of water resources.

The problem creation of information technology risk assessment and prediction of disease from exposure to harmful pollutants of water resources is formulated on the basis of spent analysis.

A mathematical model quantifying risks and impacts of harmful water pollutants on human health, based on the findings and theories information interaction. A new method for predicting the impact of harmful pollutants of water resources on the health of the population, which is based on the developed mathematical model. Improved mathematical model of information system risk assessment and prediction of disease from exposure to harmful pollutants of water resources. Been further developed a mathematical formalization of the problem of building information technology, targeted at solving environmental problems, which includes basic attributes and relationships of components of this technology.

Developed models, methods and tools implemented in Cherkassy regional state sanitary-epidemiological station.

Key words: environmental management, information technology, information interaction, risk, mathematical model.

Размещено на Allbest.ru

...