Новый метод прогнозирования загрязнения воздуха в районе автомагистрали при горении торфа

Изучены физические условия возникновения крупного торфяного пожара; проанализированы негативные последствия его развития в окрестности автомагистрали по показателям загрязнения токсичными веществами окружающей среды и риска возникновения дорожно-транспортных происшествий. Представлен оригинальный дифференциально-нейросетевой подход к моделированию диффузии выбросов CО в окрестности автомагистрали при горении торфа. Показано, что математическая модель самообучающаяся и может настраиваться по гетерогенным данным натурного и альтернативного численного эксперимента. Получены важнейшие для практики конкретные решения задачи оценки загрязнения воздуха СО аппроксимациями дифференциального уравнения и Гаусса нейросетевым способом. Показано, что загрязнения непосредственно на автомагистрали могут достигать концентрации 3,5 мг/м³. Метод рекомендуется для прогнозирования качества воздуха в зоне торфяных пожаров.

автомагистраль, торфяной пожар, угарный газ, опасное загрязнение воздуха, транспортный коллапс, информационный процесс, нейросетевая модель, motorway, peat fire, carbon monoxide, dangerous air pollution, traffic collapse, information process, neural network model

1. Fraser L. H., Keddy P. A. (eds.). The World’s largest wetlands: Ecology and conservation.-Cambridge, UK : Cambridge University Press, 2005. -488 p. DOI: 10.1017/cbo9780511542091.

2. Biester H., Bindler R. Modelling past mercury deposition from peat bogs - the influence of peat structure and 210Pb mobility // Working Papers of the Finnish Forest Research Institute. - 2009. - No. 128. -P. 483.

3. De Groot W. J. Peatland fires and carbon emissions/Natural Resources Canada, Canadian Forest Service. -Great Lakes Forestry Centre, Saul Ste. Marie, Ontario Frontline Express, 2012. -No. 50. -2 p.

4. Fokeeva E. V., Safronov A. N., Rakitin V. S., Yurganov L. N., Grechko E. I., Shumskii R. A. Investigation of the 2010 July-August fires impact on carbon monoxide atmospheric pollution in Moscow and its outskirts, estimating of emissions // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. - 2011. - Vol. 47, Issue 6. -P. 682-698. DOI: 10.1134/s0001433811060041.

5. Konecny K., Ballhorn U., Navratil P., Jubanski J., Page S. E., Tansey K., Hooijer A., Vernimmen R., Siegert F. Variable carbon losses from recurrent fires in drained tropical peatlands // Global Change Biology. - 2016.-Vol. 22, Issue 4. -P. 1469-1480. DOI: 10.1111/gcb.13186.

6. Gaveau D. L. A., Salim M. A., Hergoualc’h K., Locatelli B., Sloan S., Wooster M., Marlier M. E., Molidena E., Yaen H., DeFries R., Verchot L., Murdiyarso D., Nasi R., Holmgren P., Sheil D. Major atmospheric emissions from peat fires in Southeast Asia during non-drought years: evidence from the 2013 Sumatran fires // Scientific Reports. - 2014. - Vol. 4, Issue 1. - Article No. 6112. DOI: 10.1038/srep06112.

7. Pouliot G., Pierce T., Benjey W., Ferguson S. A. Wildfire Emission Modeling: Integrating BlueSky and SMOKE // Proceedings of 14th International Emission Inventory Conference “Transforming Emission Inventories - Meeting Future Challenges Today”, 11-14 April 2005. - 9 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/228674671_Wildfire_emission_modeling_integrating_BlueSky_and_SMOKE (дата обращения: 20.05.2017).

8. Benson P. E. A review of the development and application of the CALINE3 and 4 models // Atmospheric Environment. Part B. Urban Atmosphere. - Vol. 26, Issue 3. - P. 379-390. DOI: 10.1016/0957-1272(92)90013-i.

9. Berkowicz R. OSPM - a parameterized street pollution model // Urban Air Quality: Measurement, Modelling and Management, 2000.-P. 323-331. DOI: 10.1007/978-94-010-0932-4_35.

10. Berlyand M. E. Prediction and regulation of air pollution // Atmospheric and Oceanographic Sciences Library. -1991.-Vol. 14. -320 p. DOI: 10.1007/978-94-011-3768-3.

11. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. -М. : Гидрометеоиздат, 1987. -93 с.

12. Genikhovich E. L., Gracheva I. G., Onikul R. I., Filatova E. N. Air pollution modelling at an urban scale - Russian experience and problems // Water, Air & Soil Pollution: Focus. - 2002. - Vol. 2, Issue 5-6. -P. 501-512. DOI: 10.1023/A:1021336829300.

13. Genikhovich E. L. Comparison of United States and Russian complex terrain diffusion models developed for regulatory applications // Atmospheric Environment. - 1995. - Vol. 29, Issue 17. - P. 2375-2385. DOI: 10.1016/1352-2310(95)00053-2.

14. Lo_kin V., Lo_kina O., Uљakov A. Using K-theory in geographic information investigations of criticallevel pollution of atmosphere in the vicinity of motor roads // World Applied Sciences Journal. - Vol. 23, Issue 13. -P. 96-100. DOI: 10.5829/idosi.wasj.2013.23.pac.90020.

15. Lozhkina O., Nevmerzhitsky N., Lozhkin V. Evaluation of air pollution by PM10 and PM2.5 on Saint Petersburg ring road: mobile measurements and source apportionment modelling // Proceedings of 10th International Conference on Air Quality: Science and Application, Milano, 14-18 March 2016. -Hertfordshire : University of Hertfordshire, 2016. -P. 176.

16. Lozhkina O. V., Lozhkin V. N. Estimation of road transport related air pollution in Saint Petersburg using European and Russian calculation models // Transportation Research. Part D: Transport and Environment. -2015.-Vol. 36. -P. 178-189. DOI: 10.1016/j.trd.2015.02.013.

17. Tarkhov D. A., Vasilyev A. N.Newneural network technique to the numerical solution of mathematical physics problems. II: Complicated and nonstandard problems // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). -2005.-Vol. 14. -P. 97-122.

18. Васильев А. Н., Тархов Д. А. Нейросетевое моделирование. Принципы. Алгоритмы. Приложения. -СПб. : Изд-во Политехнического университета, 2009. -527 с.

19. Vasilyev A. N., Tarkhov D. A. Mathematical models of complex systems on the basis of artificial neural networks // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. -2014. -Vol. 17, No. 3. -P. 327-335.

20. Haykin S. Neural Networks and Learning Machines. 3rd ed.-NewYork : Prentice Hall, 2009.-936 p.

21. Сухоиванов А. Ю. Моделирование процессов переноса в атмосфере и воздействия на окружающую среду вредных продуктов горения, образующихся при пожаре : дис.…канд. техн. наук. -СПб., 2001.-202 с.