Анализ результатов мониторинга атмосферного воздуха в отдельных городах Ставропольского края средствами бизнес аналитики

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ОТДЕЛЬНЫХ ГОРОДАХ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ СРЕДСТВАМИ БИЗНЕС АНАЛИТИКИ

По данным федерального статистического наблюдения в пределах края в 2012 г. осуществляли свою деятельность 463 предприятия и организации, имеющих стационарные источники загрязнения, выбросы вредных веществ от которых оказывают негативное воздействие на атмосферный воздух. На территории края насчитывалось в 2012 году 33,1 тыс. стационарных источников выбросов загрязняющих атмосферу веществ, что на 1,9 тысяч больше, чем в 2011 году и на 2,9 тысяч больше, чем в 2010 году [1].

В результате за 2012 год объем выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, отходящих от стационарных источников, составил 69,3 тыс. тонн, что на 1,42 тыс. тонн больше чем за 2011 году. В 2012 году было уловлено и обезврежено 61,1 тыс. тонн вредных веществ, что составило 57,8% к отходящим, при этом было утилизировано 35,3 тыс. тонн вредных веществ, или 57,8% к уловленным.

Наибольший объем в загрязнение окружающей природной среды Ставрополья вносят предприятия по производству и распределению электроэнергии, газа и воды, обрабатывающие производства, транспорт и связь, немалую долю — добывающие производства.

Промышленное развитие неизбежно усиливает техногенную нагрузку на природную среду и нарушает экологический баланс. Высокие показатели по выбросам в 2012 году регистрировались в городах: Невинномысск (объем выбросов 12,6 тыс. тонн, или 18,2% от общих выбросов загрязняющих атмосферу края веществ), Ставрополь (4,3тыс. тонн или 6,2%), Буденновск (2,3 тыс. тонн или 3,3%), Минеральные Воды (1,3 тыс. тонн или 1,8%), Пятигорск (1,1 тыс. тонн или 1,6%).

Из общего объема образовавшихся загрязняющих веществ уловлено 46,9%, что составляет — 61,1 тыс. тонн, из них утилизировано 35,3 тыс. тонн. Экологическая ситуация на территории районов и городов края не претерпела существенных изменений в сравнении с таковой в 2011 году [2]. Для проведения анализа результатов мониторинга атмосферного воздуха в отдельных городах Ставропольского края визуализируем данные с помощью технологий Business Discovery платформы Qlikveiw (рис. 1, 2).

Рисунок 2 — Диаграмма выбросов вредных веществ от стационарных источников в зависимости от числа источников выбросов и количества загрязняющих веществ от стационарных источников на душу населения.

Данные по выбросам загрязняющих атмосферу веществ удобно анализировать с помощью OLAP технологии в визуализаторе «Куб» платформы Deductor Studio, в который встроена кросс-диаграмма, отображающая кластеры в графическом виде (рис. 3, 4).

Рисунок 3 — OLAP-куб по измерению «Города».

Рисунок 4 — Нормализованная диаграмма основных показателей, характеризующие выбросы загрязняющих атмосферу веществ в отдельных городах края в 2012 году.

Проведем сегментацию городов Ставропольского края по показателям выбросов загрязняющих веществ используя самоорганизующиеся карты Кохонена.

Полученная в Deductor Studio карта имеет четкое разделение на кластеры[3,4] (рис. 3).

Рисунок 3 — Самоорганизующаяся карта Кохонена.

Данную карту будем считать адекватной, и перейдем к ее интерпретации. Дополнительно для анализа полученных кластеров выберем визуализаторы: «Матрица сравнения», «Профили кластеров», «Связи кластеров» [5,6,7]. загрязнение выброс атмосферный воздух В визуализаторе «Профили кластеров» (рис. 4) можно посмотреть общую структуру сформированных кластеров. В нем отображаются все рассматриваемые показатели вместе с характером влияния их на состав кластера. Основным, определяющим состав кластера фактором, является значимость свойств, выраженная в процентах. Для каждого рассматриваемого свойства в кластере вычисляется: доверительный интервал, среднее, стандартное отклонение и стандартная ошибка.

Алгоритм автоматически разбил города на четыре кластера.

Рисунок 4 — Визуализатор «Профили кластеров».

Результаты кластеризации отдельных городов Ставропольского края в 2012 году по основным показателям, характеризующим выбросы загрязняющих атмосферу веществ Четвертый кластер является показателем экологической обстановки городов края, так как собрал в себя максимальное количество городов — 5 из 10.

Используя визуализатор «Матрица сравнений», установим степень между кластерами (рис. 5). Наименьшая степень сходства наблюдается между первым и вторым кластером — 6,67%.

Рисунок 5 — Визуализатор «Матрица сравнений» кластеров.

Похожесть кластеров оценим с помощью визуализатора «Связи кластеров». Наиболее похожим на нулевой кластер является четертый и третий, они имеет наибольшую степень связи отображаемую на диаграмме красным цветом: 87,31% и 86,29% соответственно (рис. 6). При необходимости данные кластеры как наиболее похожие можно объединить.

Рисунок 6 — Визуализатор «Связи кластеров».

Данные по выбросам загрязняющих атмосферу веществ удобно анализировать с помощью OLAP технологии в визуализаторе «Куб» платформы Deductor Studio, в который встроена кросс-диаграмма, отображающая кластеры в графическом виде (рис. 7, 8).

Рисунок 7 — OLAP-куб (агрегация — среднее).

Рисунок 8 — Нормализованная диаграмма сформированных кластеров по основным показателям, характеризующим выбросы загрязняющих атмосферу веществ.

Из полученной кросс-диаграммы видно, что все регионы разбились на пять кластеров в зависимости от степени выбросов загрязняющих атмосферу веществ. «Промышленный» — второй кластер (г. Невинномысск); «максимальный по источникам выбросов, но в котором следят за экологией» — первый кластер (г. Ставрополь); «есть и источники выбросов и результат их воздействия» — третий кластер, «источников выбросов — минимальное число, однако наблюдается загрязненность воздуха» — нулевой кластер, «благополучный» — четвертый кластер.

Таким образом, наибольшая экологическая нагрузка приходится на города, где на сравнительно небольших территориях сосредоточены крупные производства: Невинномысск, Ставрополь, Буденновск, Минеральные Воды. Имеется только один кластер, где положение дел в области загрязненности атмосферы более или менее хорошее, это кластер № 4, но в состав, которого входит большая часть городов края — Георгиевск, Пятигорск, Ессентуки, Кисловодск, Железноводск.

Список литература

• 1. Сахнюк Т. И., Сахнюк П. А. Эмуляция транспортной задачи для управления природоохранной деятельностью в региональном АПК//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 77. С. 991−1003.
• 2. Мамаев И. И., Сахнюк Т. И., Сахнюк П. А. Проблемы экологизации аграрного сектора ставропольского края: динамика развития и современное состояние//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. Т. 92. № 92 (02). С. 942−955.
• 5. Сахнюк Т. И., Сахнюк П. А. Кластерный анализ состояния окружающей среды субъектов федерации Юга России//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2012.№ 82(08).
• 6. Мамаев И. И., Сахнюк П. А., Сахнюк Т. И. Применение карт Кохонена для анализа основных социально-экономических показателей Административных районов Ставропольского края//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2012. № 12.
• 7. Будко П. А., Бурыка А. С., Емельянов А. В., Краснокутский А. В., Шлаев Д. В. Расчет пропуской способности каналов инфокоммуникационной системы при нечетко заданных параметрах информационных потоков// Инфокоммуникационные технологии. 2007. Т. 5. № 3. С. 45−49.