Інтервальні моделі процесів забруднення атмосфери шкідливими викидами автотранспорту та методи їх ідентифікації

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі розвитку методів структурної ідентифікації інтервальних дискретних динамічних моделей (ІДДМ) у вигляді різницевих рівнянь, а також засобів їх реалізації, інтегрованих в єдине середовище для математичного та комп’ютерного моделювання процесів забруднення атмосфери шкідливими викидами автотранспорту в умовах використання інтервальних даних, отриманих за допомогою сенсорів для вимірювання концентрацій шкідливих викидів. У роботі проаналізовано особливості існуючих математичних моделей та методів моделювання процесів забруднення атмосфери шкідливими викидами автотранспорту; проведено аналіз існуючих методів структурної та параметричної ідентифікації математичних моделей у вигляді різницевих рівнянь; досліджено часові характеристики методу структурної ідентифікації ІДДМ, який ґрунтується на поведінковій моделі бджолиної колонії, та удосконалено його з метою зниження обчислювальної складності; розроблено інформаційну технологію для комп’ютерного моделювання процесів забруднення атмосфери шкідливими викидами автотранспорту в умовах використання інтервальних даних; розроблено ряд нових ІДДМ для моделювання динаміки зазначених процесів; проведено апробацію розробленої інформаційної технології та математичних моделей для розв’язування задач моніторингу забруднень атмосфери автотранспортом на прикладі м. Тернополя. Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи развития методов структурной идентификации интервальных дискретных динамических моделей (ИДДМ) в виде разностных уравнений, а также средств их реализации, интегрированных в единую среду для математического и компьютерного моделирования процессов загрязнения атмосферы вредными выбросами автотранспорта в условиях использования интервальных данных, полученных с помощью сенсоров для измерения концентраций вредных выбросов. В работе проанализированы особенности существующих математических моделей и методов моделирования процессов загрязнения атмосферы вредными выбросами автотранспорта; проведен анализ существующих методов структурной и параметрической идентификации математических моделей в виде разностных уравнений; исследованы временные характеристики метода структурной идентификации ИДДМ, основанного на поведенческой модели пчелиной колонии, и усовершенствован он с целью снижения вычислительной сложности; разработана информационная технология для компьютерного моделирования процессов загрязнения атмосферы вредными выбросами автотранспорта в условиях использования интервальных данных; разработан ряд новых ИДДМ для моделирования динамики указанных процессов; проведена апробация разработанной информационной технологии и математических моделей для решения задач мониторинга загрязнений атмосферы автотранспортом на примере г. Тернополя. The dissertation is devoted to solving of the actual scientific task of development of structural identification methods for interval discrete dynamic models (IDDM) in the form of difference equations. Also, tools for their realization integrated into a single environment for mathematical and computer modeling of atmospheric pollution by harmful emissions of motor vehicles using interval data obtained by sensors. In the work, features of existing mathematical models and methods of modeling of atmospheric pollution by harmful emissions of motor vehicles have been analyzed; the analysis of existing methods of structural and parametric identification of mathematical models in the form of difference equations for modeling of atmospheric pollution processes by harmful emissions of motor vehicles has been conducted; time characteristics of the IDDM structural identification method which is based on behavioral model of bee colony have been investigated; the method of IDDM structural identification based on behavioral model of bee colony has been improved, which, unlike the existing one, contains procedures of automated formation of initial structural elements set; to implement these procedures, the method of subtractive clustering of input data sample has been used, that ensured increase in quality of formation of initial set of structural elements and reduction in computational complexity of implementation of the structural identification method in general; information technology for computer modeling of atmospheric pollution by harmful emissions of motor vehicles using interval data obtained by sensors has been developed; a number of new IDDMs in the form of difference equations for modeling of dynamics of atmospheric pollution by harmful emissions of motor vehicles has been developed; approbation of the developed information technology and mathematical models for solving of problems of atmospheric pollution monitoring on the example of Ternopil city has been conducted. The developed information technology allows to solve the problem of establishing of daily cycle of concentrations of harmful emissions from motor vehicles taking into account the influence of traffic flow intensity.