CC BY
67
УДК 55+535
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ФОНА НА ОСНОВЕ 3D ВИЗУАЛИЗАЦИИ
Юрий Степанович Ларионов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Олег Геннадьевич Марков
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, дипломник кафедры экологии и природопользования, тел. (913)919-83-04, e-mail: [email protected]
Николай Александрович Ярославцев
ООО «ЭкоПроба», 644120, Россия, г. Омск, п. г. т. Дальний, 20, научный консультант, тел. (913)683-59-79, e-mail: [email protected]
Сергей Михайлович Приходько
ООО «ЭкоПроба», 644120, Россия, г. Омск, п. г. т. Дальний, 20, инженер, тел. (3812)348-369, e-mail: [email protected]
Евгений Владимирович Екимов
ООО «ЭкоПроба», 644120, Россия, г. Омск, п. г. т. Дальний, 20, директор, тел. (3812)348-369, e-mail: [email protected]
Евгения Ивановна Баранова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, е-mail: [email protected]
Экологическая роль фоновых электромагнитных излучений низкой и сверхнизкой интенсивности в формировании геофизического ландшафта недостаточно оценивается в геоэкологии как дополнительный фактор внешнего воздействия. Построение графических моделей геофизического рельефа позволяет на основе трёхмерной 3D визуализации обеспечить наглядность их роли и степени воздействия в формировании общей морфологии рельефа местности, в частности по растительным покровам.
Ключевые слова: геоэкология, электромагнитный фон, геофизический рельеф, фито-индикация, компьютерная программа, модель.
SIMULATION OF THE STATE OF NATURAL ELECTROMAGNETIC BACKGROUND BASED ON 3D VISUALIZATION
Yuri S. Larionov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Doctor of Agricultural Sciences, Professor Department of Ecology and Environmental Sciences, tel. (383)351-19-24, e-mail: [email protected]
Oleg G. Markov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student, Department of Ecology and Environmental Sciences, tel. (913)919-83-04, e-mail: [email protected]
Nikolai A. Jaroslavtsev
«EcoProba ltd», 644120, Russia, Omsk, settlement «Dalny», 20, scientific adviser, scientific adviser, tel. (3812)348-369, e-mail: [email protected]
Sergey M. Prikhodko
«EcoProba ltd», 644120, Russia, Omsk, settlement «Dalny», 20, scientific adviser, an engineer, tel. (3812)348-369, e-mail: [email protected]
Evgeny V. Ekimov
«EcoProba ltd», 644120, Russia, Omsk, settlement «Dalny», 20, scientific adviser, director, tel. (3812)348-369, e-mail: [email protected]
Evgeny I. Baranova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
The ecological role of background electromagnetic radiation of low and ultra-low intensity in the formation of geophysical landscape insufficiently evaluated in Geoecology as an additional externality. Construction of graphic models of geophysical relief on the basis of three-dimensional allows 3D visualization to provide visibility of their role and impact in shaping the general morphology of the terrain, in particular vegetation.
Key words: geoecology, electromagnetic background, geophysical relief, phytoindication, computer software, model.
Биосфера, в её эволюционном развитии, является целостной сложноорга-низованной информационной средой, формирующей объекты в её составе, которая поддерживает своё состояние и неразрывную связь, протекающих в ней процессов на основе космоземных связей различной иерархии "по вертикали" и организации "по горизонтали". Такие связи могут быть явно не проявлены, часто носят скрытый или импликативный характер и, вследствие этого, затруднены для вербального восприятия, например геоэкологии и геоинформатики. На атрибутивном уровне, "языком общения" в материальном мире являются электромагнитные излучения и сформированные ими поля различных характеристик. Они обладают определённой возможностью избирательного (селективного) взаимодействия на основе резонансных явлений, оказывая корректирующую роль.
Современные исследователи, [3, 7, 11-13], распространили такие методологические подходы на геоинформационный анализ форм рельефа при изучении пространственной структуры ландшафтных комплексов фитоценозов по их геометрическому строению, как образований надорганизменного уровня, вклю-
чая морфологические изменения состояния, например, травянистых и древесных растений.
Оценка геометрического строения растений и их морфологии органично вписывается в понятие морфологии рельефа местности в категориях его пластичности, формируемой, в том числе, растительными объектами [3,7,10-12]. Такой методический подход изучения пространственной структуры природных комплексов различных масштабов может обладать большой прогностической ценностью в различных направлениях исследований, например в экологии, биологии, сельском хозяйстве и т.п.
Представление земной поверхности в виде цифровых моделей рельефа средствами географических информационных систем (ГИС) существенно расширяет возможности анализа рельефа [3, 7,10-12]. В тоже время анализ вклада электромагнитных излучений любой территории в те или иные процессы требует методических подходов с оценкой его количественной характеристики [10-12].
На основе этого, сегодня, представляется возможным путем создания специальных компьютерных программ в виде определенного алгоритма (автор С.М. Приходько), основанного на общепринятых принципах и схемах передачи информации, но с некоторыми существенными отличиями, обеспечить прямое энергоинформационное воздействие сверхслабых полей на биологические объекты [1-10]. При необходимости, такой алгоритм, собранный в импульс дополняется информацией об объекте воздействия, в данном случае - определённого вида растения, с указанием координат его расположения на локальных территориях в системах "Глонасс" или "GPS".
Программа активируется в заданный (выбранный) интервал времени действия, для обеспечения энергоинформационного контакта с объектом, и выполнении определённых целей и задач, например, для выращивания сельскохозяйственных культур. Мы специально употребляем термин "энергоинформационный контакт с объектом", а не термин "воздействие на объект" в виду того, что этот термин очень схематичен и не отражает сути явления, хотя часто употребляется.
Для установления электромагнитной пестроты геодезически ровной модельной площадки размером 1,5 х 1,5 метра, было проведено разделение её на 225 ячеек, размером 10 х 10 см, а для ликвидации почвенной пестроты на данной площадке, т.е. для чистоты эксперимента, в течение семи суток, семена проращивались в водной среде в каждой ячейке. Всего выращивалось 13 500 проростков семян пшеницы [7].
В качестве оцениваемого признака использовалась средняя длина ростка проростков пшеницы с последующим расчетом скорости роста. Достоверные различия между средними составляют ± 0,3...0,5 см. Достоверность их средних данных в каждой из 225 ячеек определялась с помощью дисперсионного анализа.
Визуализация геофизического рельефа в эксперименте потребовала поиска метода построения 3D графиков. Графические модели состояния геофизического рельефа, построенные по показателям вариаций средней скорости роста про-
ростков семян пшеницы, по сути, являются проекцией уровня напряженности электромагнитного поля в локальных точках рельефа. Фактически, такие точки формируют трёхмерное "облако". Двумерное построение моделей не дает наглядного представления о состоянии электромагнитных полей в заданной области.
Нами опробованы методы построения 3D графиков в MS Excel и MathCAD, различных САПР и программах трехмерного моделирования, работающие с облаком точек. Основная проблема связана с интерполяцией для сглаживания графиков. По умолчанию эти программы не поддерживают интерполяцию, и функции интерполяции необходимо писать самостоятельно. Доступные алгоритмы не дают должной наглядности. По сути, на выходе нужно было получить проекцию состояния геофизического рельефа только в ином информационном пространстве, а используемые программы предназначены совершенно для иных целей. Соответственно требовалась программа моделирования геофизического рельефа, в которой функции интерполяции соответствовали бы принципам образования геосинклиналей. При изучении таких программ было найдено практически идеальное решение - программа "Surfer" от Golden Software.
"Surfer" является полнофункциональным 3D визуализатором контурного и поверхностного моделирования, который работает под управлением Microsoft Windows. "Surfer" широко используется для моделирования местности, батиметрического моделирования, визуализации ландшафтов, анализа поверхности, контурного картографирования, водоразделов, 3D отображения поверхности и др.
За основу принимались двумерные матрицы показателей скорости роста в локальных точках заданного пространства, где X и Y соответствовали координатам ячеек с растениями, а Z соответственно - скорость роста. Далее в MS Excel матрицы преобразовывались в линейную структуру со столбцами XYZ. Эти линейные таблицы использовались в качестве исходных данных для построения сеток в "Surfer". Готовые сетки использовались для финишного моделирования трехмерных рельефов, изолиний, карт теней, и карт высот в натуральном масштабе 1:1.
Таким образом, визуализация геофизического рельефа в эксперименте потребовала поиска метода построения 3D графиков. Графическая модель состояния на рис., отчётливо представляет сложное сочетание показателей по средней скорости роста растительных тест-объектов, которое выражено в виде "пиков" и "впадин" хаотичного расположения. Это можно оценивать, как высокую неравномерность состояния геофизического пространства по показателю "электромагнитный фон".
Фитоиндикация геофизического пространства на локальных модельных площадках показала, что геофизическое пространство неоднородно и вызывает различную скорость роста и развития растений. Такую неравномерность можно визуально представить на графических моделях его состояния, при оценке геоинформационного рельефа, по критерию электромагнитного состояния окружающего пространства, отражаемого живым объектом (растением), интегрирующим совокупность электромагнитных излучений, включая их гармоники.
Преимущество фитоиндикации связано с тем, что существующая измерительная техника не позволяет чётко выделить полезный (искомый) сигнал в связи с присутствием большого количества помех в интервале низкой и сверхнизкой интенсивности фоновых электромагнитных излучений. Это позволяет более полно выполнять экологический мониторинг состояния окружающей среды с помощью метода фитоиндикации, как универсального интегрального метода её оценки, через состояние и изменение биологических объектов.
Рис. Показатели средней скорости роста растительных тест-объектов
(мм/сутки), 3D
Использование растительных тест-объектов позволяет получать наглядное представление о состоянии электромагнитных полей в трехмерном пространстве на основе 3D визуализации для решения прикладных задач в геоэкологии и геоинформатике. Эти исследования показывают необходимость организации проведения фитоиндикации при планировании и проектировании объектов жилья, детских садов и др. объектов общего пользования.
1. Барабанов А.А. Влияние энергетических форм природы на жизнедеятельность человека // Академический вестник УралНИИпроект РААСН, № 1, 2010 г. - с. 91-96.
2. Галль Л. Н. В мире сверхслабых. Нелинейная квантовая биоэнергетика: Новый взгляд на природу жизни. - СПб, 2009. - 317 с.
3. Карпик А. П., Лисицкий Д. В. Электронное геопространство - сущность и концептуальные основы // Геодезия и картография. - 2009. - № 5. - С. 41-44.
4. Креймер М. А. Построение методологии научного познания // Вестник СГГА. -2013. - Вып. 1 (21). - С. 88-104.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
5. Ларионов Ю. С., Ярославцев Н. А., Приходько С. М. Информационные концепции целостной, естественнонаучной картины материального мира // Вестник СГГА. - 2013. -Вып. 4 (24). - С. 111-125.
6. Ларионов Ю. С. Концепции целостности эволюции материального мира / Ю.С. Ларионов, Н.А. Ярославцев, С.М. Приходько, Е.В. Екимов // Сборник научных трудов VI Международного Конгресса "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине". -СПб., 2012. - С. 268-269.
7. Оценка воздействия естественного электромагнитного фона на рост растений в трехмерном пространстве на основе 3D визуализации / Ю. С. Ларионов, О. Г. Марков, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е. В. Екимов // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 2 (26). -С. 62-76.
8. Фоновые электромагнитные излучения низкой интенсивности, как регулирующий фактор, влияющий на гравитропическую реакцию растений / Ю. С. Ларионов, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е .В. Екимов // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 2 (22) - С. 78-87.
9. Ларионов Ю. С., Ярославцев Н. А. Зависимость скорости роста растительных тест-объектов семян пшеницы от действия электромагнитных излучений низкой интенсивности естественного происхождения // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 100-106.
10. Трубина Л. К., Баранова Е. И., Чагина Г. С. Геоинформационное картографирование и инвентаризация зеленых насаждений // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГТА, 2013. Т. 2. - С. 82-85.
11. Трубина Л. К., Селезнев Б. В., Панов Д. В. Геоинформационный анализ форм рельефа для оценки земель г. Новосибирска // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 54-58.
12. Ярославцев Н. А. Фитоиндикация слабых, малоразмерных геофизических аномалий локального характера при экологической оценке состояния окружающей среды // Омский научный вестник, № 6 (41), Омск, изд. ОмГТУ, 2006, - с. 296-300.
13. Описание программы "Surfer" / Сайт "Golden Software". - URL: http://www.goldensoftware.com/products/surfer# (дата обращения 01.01.2014 г.).
© Ю. С. Ларионов, О. Г. Марков, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е. В. Екимов, Е. И. Баранова, 2015
