CC BY
28критерия качества кластеризации, а также результат кластеризации существенно зависит от метрики [3]. На практике часто используют модификацию алгоритма к-средних и с-средних [4]. Индексация документов Документы не могут быть напрямую интерпретированы классификатором. Как правило, документ й представляют в виде вектора весов термов
где T - множество термов,
=( >•••>
входящих, по меньшей мере, один раз в один документ, а 0 < Лщ < 1 представляет собой меру того,
на сколько терм ^ определяет семантику документа dj . В случае использования недвоичной индексации, для определения веса терма ^ документа й ■ может быть использован любой метод извлечения знаний, основанный на представлении документа в виде вектора взвешенных термов. В большинстве случаев используется метрика tfidf. Однако в классической ее формулировке, документ представляется лексической семантикой термов, его составляющих, в то время как, составная семантика не учитывается. Для решения этой проблемы веса, полученные от функции tfidf, нормализуют. В
зависимости от практического применения, процедуре индексации может подвергаться полный текст документа, либо части документа.
Таким образом, при построении классифицирующих информационных систем, применение классического алгоритма классификации может быть оправдано в случаях, когда обучающие данные наилучшим образом описывают те классы, по которым проводилось обучение. Решение проблемы некачественных обучающих данных может быть достигнуто, проведением предварительного разбиения данных алгоритмом кластеризации. В результате кластеризации может быть снижено влияние шума в обучающей выборке на результат обучения и, в конечном итоге, построенный классификатор.
Список литературы.
1. F. Sebastiani. Machine learning in automated text categorisation. ACM Computing Surveys, Vol. 34, No. 1., March 2002.
2. Christopher D. Manning, Prabhakar Raghavan, Hinrich Schütze An Introduction to Information Retrieval Draft. Online edition. Cambridge University Press., 2009.
3. Stuart Russell, Peter Norvig, Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall, 2009.
4. David Arthur & Sergei Vassilvitskii. "How Slow is the k-means Method?". Proceedings of the 2006 Symposium on Computational Geometry (SoCG). -2006.
УДК 631.618 : 631.41: 631.48 + 633.3: 631.5
Бойко Т.Г.,
Национальный университет «Львовская политехника», ORCID: https://orcid. org/0000-0002-048 7-3293
Паславский М.М., Национальный лесотехнический университет Украины, ORCID: https://orcid. org/0000-0003-1635-4340
Руда М.В.,
Национальный университет «Львовская политехника», ORCID: https: /orcid.org/0000-0003-0590-4589 РР1: 10.24411/2520-6990-2019-10114 МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЛЕСНОГО КОМПАРТМЕНТА СЛОЖНОГО ЛАНДШАФТНОГО КОМПЛЕКСА В ДНЕСТРОВСКОМ ПРИКАРПАТЬЕ
Boyko T.,
National University "Lviv Polytechnic", ORCID: https://orcid. org/0000-0002-048 7-3293
Paslavskyi M., Ukrainian National Forestry University, ORCID: https://orcid. org/0000-0003-1635-4340
Ruda M.,
National University "Lviv Polytechnic", ORCID: https: /orcid.org/0000-0003-0590-4589
MODEL FOR DETERMINING THE RELIABILITY OF THE FOREST COMPARTMENT OF COMPOSITE LANDSCAPE COMPLEX OF THE DNIESTER'S PRECARPATHIA
Аннотация.
В статье рассмотрено понятие надежности биологических систем, в частности сложных ландшафтных комплексов (СЛК). В СЛК выделено компартменты и описано их природные компоненты и антропогенные факторы. Важнейшей характеристикой природоохранных объектов, позволяющей опреде-
32_TECHNICAL SCIENCE / <<Ш1кШЗДиМ"^©иГМа1>>#6Ш)),2(0]9
лить их современное состояние и сделать прогноз является надежность соответствующего компарт-мента в пределах СЛК. Рассчитано надежность лесного компартмент СЛК в Днестровском Прикарпатье. В результате анализа ряда значений надежности лесных компартментов СЛК Днестровского Прикарпатья определено распределение надежности лесных компартментов СЛК по классам. На основе таких показателей возможен расчет тех пороговых величин, вне которых происходят негативные явления, прогнозирование и моделирование ситуаций, картирование источников рисков, мониторинг изменений.
Abstract.
The concept of reliability of biological systems, in particular composite landscape complexes (СLCs•) is considered in the article. Compartments are distinguished in the ^Cs and their natural components and anthropogenic factors are described. The most important characteristic of environmental objects, which allows to determine their current state and make a prediction, is the reliability of the corresponding compartment within the ^Cs. The reliability of the forest compartment of the ^Cs of the Dniester's Precarpathia region has been calculated. As a result of the analysis of a number of reliability values of forest compartments of the ^Cs of the Dniester's Precarpathia region, the distribution of reliability of the forest compartments of the ^Cs by classes was determined. On the basis of such indicators, it is possible to calculate threshold values outside of which there are negative phenomena, forecasting and simulating situations, mapping sources of risks, monitoring changes.
Ключевые слова: биологические системы, ландшафтный комплекс, компартмент, классы надежности, природные компоненты и антропогенные факторы, Днестровское Прикарпатье.
Key words: biological systems, landscape complex, compartment, classes of reliability, natural components, anthropogenic factors, Dniester's Precarpathia.
Введение. Любая биологическая система обладает множеством функций, среди которых выделяется главная функция биологического объекта определяющая его стремление к самосохранению и самосовершенствованию, которое невозможно без самовоспроизведения и самовосстановления [5]. Под влиянием различных условий в биологической системе могут происходить отказы любого ее элемента, следствием чего является потеря ее основных функций. Поэтому можно утверждать, что каждая биологическая система обладает определенной ограниченной надежностью, которая заключается в способности системы обеспечивать ее основную функцию в имеющихся условиях. [6, 7]
Термин «надежность» для биологических систем заимствован из теории надежности технических систем. Надежность - свойство технических объектов сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения, транспортировки и тому подобное. Очевидно, что надежностью биологической системы есть то самое свойство, что и технических систем, но только в отношении условий применения. Итак, надежность в первую очередь касается собственных «жизненных сил» самой биологической системы, состоящей в определенных заданных условиях применения (рабочих, регламентированных, нормальных и т.д.). [1, 3]
Биологические объекты обладают очень высокой степенью надежности, значительно превышает надежность любых технических систем. Это можно
объяснить, прежде всего, способностью к регенерации и адаптации, наличием защитных механизмов, а также временем существования биологических компонентов системы, значительно превышающим время безотказного существования компонентов технических систем.
Итак, под надежностью биосистем будем понимать фундаментальное свойство биологических объектов, которое определяет их эффективное существование и функционирование в случайно-варьирующих условиях среды и во времени. [4]
Понятие компартмента. Сложный ландшафтный комплекс (СЛК) состоит из п компартментов, связаных между собой потоками вещества fki (с к-го по /-й), каждый блок может принимать из окружающей абиотической среды или других компартментов потоки qi а отдавать потоки у/ как показано на рис. 1. Компартмент (от французского сотра^етеП - отсек, купе) является элементарным функциональным элементом СЛК как системы. Характеристиками компартмента для СЛК являются: компартмент выполняет одну или несколько функций; компартмент имеет свои свойства, свое поведение; компартмент используется в определенном контексте. Поскольку рассматриваются только вертикальные потоки, выделение ком-партментов в системе связано с ее вертикальной стратификацией. Как целое реагируют они и на внешние воздействия, в первую очередь антропогенные. Пространство, а для ландшафтоведения это прежде всего территория, сплошь заполненная этими компартментами. Исследовать пространство (территорию) - значит прежде всего выделить эти компартменты [2].
Рисунок 1 - Модель пространственно-функциональной организации СЛК
А, Б - взаимодействующие компартменты в СЛК; ai-4 - элементарные подсистемы, структурные части (компоненты) компартмента А; б1-4 - элементарные подсистемы, структурные части (компоненты) компартмента Б; в1-2 - Экотоны, структурные части СЛК; Межкомпартментные (латеральные) связи в СЛК: 1 - межкомпонентные (вертикальные) связи в ярусах подсистем компартмента; 2 - связи между подсистемами компартмента; 3 - связи между компартментами А и Б; 4 -внешние связи (входящие и исходящие потоки).
Составными частями ландшафтного комплекса являются природные компоненты и антропогенные факторы. Природные компоненты:
• литогенный (от греч. Литос - камень; горные породы и минералы с соответствующими им формами рельефа; синонимы - тектолитогенний, геолого-геоморфологическое строение) - основной и наиболее «консервативный» компонент;
• климатогенный, или атмогенний (от греч. Атмос - пара и клима - наклон; воздух с его особенностями погоды и климата)
• гидрогенный (от греч. Гидро - вода; поверхностные и подземные воды);
• едафогенный, или педогенный, грунт (от греч. Едафос) - узловой компонент, связывающий живую и неживую природу;
• биогенный (от греч. Биос - жизнь; растительность и животный мир) - самый слабый компонент, образует «физиономию» (аспект) ландшафта.
Антропогенные факторы:
• загрязнение (внесение новых компонентов, изменение параметров СЛК)
• неумеренная распашка земель и выпаса скота;
• вырубка лесов, в том числе водоохранных лесов;
• неконтролируемый сбор растений и чрезмерное уничтожение промышленных животных;
• добыча природных ресурсов и тому подобное.
В результате взаимодействия природных компонентов и антропогенных факторов формируется специфическая система сложных ландшафтных комплексов различного таксономического ранга (рис. 2).
34
TECHNICAL SCIENCE / <<Ш1кШетиМ~^®и©Ма1>#6Ш)),2Ш9
Рисунок 2 - Схема компартментов СЛК А - травяно-луговой компартмент; Б - лесной компартмент
Этой системе характерны структурно-функциональное единство взаимосвязанных компонентов и целостность биотической и абиотической составляющих. Биотическая составляющая окружающей среды объединяется в компартменты, состоящие из иерархически связанных между собой подсистем различных уровней организации и большого количества различных ярусов, между которыми существуют тесные материально-энергетические и иерархические связи.
Результаты и обсуждение. Важнейшей характеристикой природоохранных объектов, которая позволит определить их современное состояние и сделать прогноз, является надежность соответствующего компартмента в пределах СЛК.
Попробуем рассчитать надежность лесного компартмент СЛК Днестровского Прикарпатья. Соотношение для вычисления лесного компарт-мент СЛК имеет вид:
ресурса ландшафтного комплекса.
S =
1
Ro
42жа
exp
Rp
-R - R )2
2al
Z =
R0 - Rp
лЯ
+ crt
Далее
2
будем
2
считать, что (Гя = 7 к , тогда + <7^ = 2 7
Надежность лесного компартмента СЛК находится из следующего соотношения:
S = F (Z) = F
R - RP
^2 _1_ „-2
(3)
dR, (1)
где - надежность лесного компартмента в СЛК; Rо - выходной ресурс ландшафтного комплекса (постепенно уменьшается со временем (), Rp
- допустимый ресурс ландшафтного комплекса; ок -среднее квадратическое отклонение ресурса ландшафтного комплекса.
Выходной ресурс ландшафтного комплекса -переменная величина, зависящая от соотношения компартментов СЛК, которые обеспечивают его функционирование.
Допустимый ресурс ландшафтного комплекса
- относительно постоянная величина, при достижении которой СЛК претерпевает необратимые разрушительные изменения. Чем больше разница исходного и допустимого ресурсов, тем большее антропогенное воздействие может выдержать СЛК.
Введем величину статистического запаса сопротивления 2:
где ¥(2) =-[в 2 - известный инте-
( ' 2ж{
грал из теории вероятности.
Ресурс лесного компартмента СЛК Ко - в момент времени t под воздействием антропогенных факторов можно рассматривать как случайную величину, значение которой уменьшается со временем t. Предположим, что доля лесных компартмен-тов в СЛК уменьшаются по закону:
Я(0 = к, - й, (4)
где t - время, год; I - суммарная среднегодовая скорость деградационных процессов (если ресурс берется в относительных единицах (о.е.) о.е./м2, то размерность I берется в о.е. м2/год).
Среднеквадратическое отклонение ок можно найти из известной формулы:
=(R - R )2,
(5)
где
R = — Т R,
i - индекс суммирования,
(2)
пк - количество возможных значений выходного ресурса (линия над буквой R и выражением (к — К) обозначает статистическое усреднение).
Если допустить, что изменение ресурса ландшафтного комплекса происходит по закону (5), а допустимый ресурс Кр - величина постоянная, то соотношение (2) можно привести к такому виду:
2 = к0 — 1 — К (7) 7
где 7
2
Исходя из того, что процесс изменения ресурса лесного компартмента СЛК многофакторный, можно использовать нормальное распределение Гаусса. Тогда значение ¥(2) можно получить из таблицы, используемой в теории вероятности. В табл. 1 приведены фрагменты связи 2 и 5.
Таблица 1
Зависимость надежности функционирования лесного компартмента в СЛК Днестровского При-
- среднеквадратическое отклонение выходного ресурса ландшафтного комплекса; <1 - среднеквадратическое отклонение допустимого
Z S Z S Z S
0,0 0,50 2,0 0,977 4,0 0,9999
0,5 0,69 2,5 0,99 4,5 0,99999
1,0 0,84 3,0 0,99 5,0 0,9999999
1,5 0,93 3,5 0,999
о
Z
компартментов СЛК Днестровского Прикарпатья. Значение Я0 и Яр можно найти из табл. 2, со- Разница между исходным и допустимым ресурсами ставленной на основании полевых исследований в зависит от соотношения ярусов и подсистем в пре-СЛК Днестровского Прикарпатья [8]. В таблице делах лесного компартмента. приведены условия функционирования лесных
Таблица 2
Ресурсы лесных компартментов СЛК Днестровского Прикарпатья_
Условия Последствия
Частица леса, % Частица пашни, % Частица пастбищ, % Частица болот, % Частица водных объектов, % Плотность населения, оаб/м2 Выходной ресурс ландшафтного комплекса, Я0, в.о./м2 Допустимый ресурс ландшафтного комплекса, Rp, в.о./м2
70-85 0-5 0-5 0-10 0-20 >110 30-49
60-75 0-5 5-10 0-10 5-15 100-110 20-29
55-65 15-30 10-20 0-1 0 90-99 20-29
40-50 20-30 10-20 1-2 0 90-99 20-29
50-60 10-20 10-30 0-3 0-3 80-89 20-29
20-30 50-60 10-20 0-1 0 80-89 20-29
50-60 0-10 10-30 0 0-10 70-79 10-19
20-30 55-70 10-15 0-2 0 60-69 10-19
10-20 30-65 10-30 0-1 0-50 50-59 20-29
30-50 10-45 5-10 1-10 10-30 40-49 10-19
10-30 40-70 10-30 0-3 0 25-35 30-39 10-19
5-10 40-80 15-50 0-4 0 15-40 30-39 20-29
0-5 70-90 1-20 0 0 50-55 20-29 20-29
Примечание: о.е. - относительные единицы
На основе соотношений (4 и 7) можно рассчи- растительного и почвенного покрова в пределах тать надежность лесного компартмента СЛК Дне- объектов ПЗФ и буферных зон. стровского Прикарпатья в интервале времени с В табл. 3 приведен расчет вычисления надеж-
2019 по 2024 годы. Дополнительно для расчетов ности лесных компартментов СЛК Днестровского необходимо современное значения разрушения Прикарпатья.
Таблица 3
Расчет устойчивости объектов ПЗФ в биологическом компартменте
Объекты ПЗФ Площадь, (га) Район Эрозия грунтов, 2 км2 Невозобновля- емое сведение 2 леса, км2 Распахи-ваниекм2 Показатель устойчивости, о.е./м2
НПП «Ско-левские бес-киды 3 Сколевский, Дрогобыч-ский, Турков-ский 0,14 0,05 0,07 17,3
ЗУ «Березовый гай» 33 Стрыйский 0,15 0,05 0,07 6,4
ЗУ «Иосипо-вичы» 40 Стрыйский 0,12 0,04 0,06 10,6
ЗУ «Лазы» 430 Дрогобычский 0,18 0,06 0,09 5,3
ЗУ «Подбуж» 99,6 Дрогобычский 0,15 0,05 0,07 9,6
ЗУ «Роздоль-ское» 171 Николаевский 0,17 0,06 0,08 16
ЗУ «Семиги-нив» 12,7 Стрыйский 0,07 0,02 0,03 15,2
ЗГ «Чайко-вицкий» 119 Самборский 0,15 0,05 0,08 11,9
ЗЗ «Диброва» 839 Жидачовский 0,07 0,02 0,04 8,2
ЗЛ «Старици Днестра» 70 Николаевский 0,16 0,06 0,08 1,3
П-ПС-ПМ «Меженец- кий» 11 Старосамбор-ский 0,14 0,05 0,07 8
36 TECHNICAL SCIENCE /
П-ПС-ПМ «Подгорцев- ский» 7,3 Стрыйский 0,15 0,04 0,08 13,3
П-ПС-ПМ «Самбор- ский» 16 Самборский 0,12 0,05 0,06 11,1
ДП «Рудков-ский» 59 Самборский 0,14 0,07 0,07 4,2
ЗБ «Нади-тычи» 5 Николаевский 0,18 0,06 0,10 7,7
ЗЛ «Дубровский» 409 Жидачовский 0,16 0,04 0,08 10,7
ЗЛ «Моршин-ский» 3085 Стрыйский 0,11 0,05 0,06 11,7
НПП - национальный природный парк ЗУ - заповедные урочища ЗГ - заказник гидрологический ЗЗ - заказник общезоологический ЗЛ - заказник ландшафтный П-ПС-ПИ - парки-памятники садово-парко вого искусства
ДП - дендрологический парк ЗБ - заказник ботанический ЗЛ - заказник ландшафтный
Пользуясь табл. 3 определяем количество классов ряда надежности для лесного компарт-мента и величину классового интервала из соотношения:
i =
x — x
max min
N
(8)
где i - классовый интервал; Хтах, Хтп - максимальный и минимальный варианты выборки; N - количество классов, на которые разбивается выборочная совокупность.
Таблица 4
Распределение надежности лесных компартментов СЛК по классам
Класс надеж- Классы по надежности объектов ПЗФ био- Частоты Время восстановления
ности логического компартмента СЛК, о.е./м2 классов объектов ПЗФ
I -(20 - 15) 2 2019
II -(15 - 10) 3 2020
III -(10 - 5) 1
IV -5 - 0 0 2021
V 0 - 5 1
VI 5 - 10 5 2022
VII 10 - 15 7 2023
2024
Анализируя ряд значений надежности лесных компартментов СЛК Днестровского Прикарпатья (табл. 4) становится очевидно, что первоочередного восстановления требуют компартменты, ландшафтные комплексы которых имеют I класс надежности - (20 ^ 15) о.е./м2.
Выводы. Предложенный подход к оценке надежности лесных компартментов СЛК дает возможность получить количественные показатели надежности, которые могут быть использованы как индикаторы состояния всего СЛК. На основе таких показателей возможен расчет тех пороговых величин, вне которых происходят негативные явления, прогнозирование и моделирование ситуаций, картирование источников рисков, мониторинг изменений, что позволит выявить причины этих изменений или установить факторы, замедляющие или сдерживают приближения СЛК к критическому состоянию, то есть разработать превентивные меры предотвращения катастроф.
Литература.
1. Billinton, R., and R. N. Allan. 1983. Reliability evaluation of engineer-ing systems. Plenum Press, New York
2. Brussard, P.F, Reed, J.M., Tracy, C.R. (1998): Ecosystem management: what is it really? Landscape and Urban Planning 40: 9-20.
3. Costanza R. Ecosystem health and ecological engineering. Ecol Eng. 2012;45:24-29.
4. Goodland R. The concept of environmental sus-tainability. Annu Rev Ecol Syst. 1995;26:1-24.
5. Holling CS. Understanding the complexity of economic, ecological, and social systems. Ecosystems (N Y) 2001;4(5):390-405.
6. Kabata-Pendias, A. (2011) Trace elements in soils and plants, 4th ed. Taylor & Francis Group, Boca Raton London New York.
7. Ulanowicz RE, Goerner SJ, Lietaer B, Gomez R. Quantifying sustainability: Resilience, efficiency and the return of information theory. Ecol Complex. 2009;6:27-36.
8. Жигальський О.А., Магомедова М.А., До-бринский Л.Н. и др. Обоснование региональной сети экологически ценных территорий/Известия РАН. Экология. - 2003. - № 1.- С. 3-11.
