д.ф.-м. н. Бых А. И.¹, к.т.н. Порван А. П.¹, Петренко А. С.¹,

с.н.с. Беспалов Ю. Г.², Калашникова В. И.³

¹ Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Украина

² Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Украина

³ Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», Украина

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФИТОБЕНТОСА ЛУЖ КАК ИНСТРУМЕНТ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ИНТОКСИКАЦИИ ДОЖДЕВОГО СТОКА

Интоксикация дождевого стока, в частности, с территорий городов и промышленных предприятий, может стать причиной серьезных угроз биобезопасности разных видов водопотребления. Для своевременного определения локализации источников таких угроз на обширных урбанизированных территориях перспективным является использование различных естественных биологических тест-объектов, например, фитобентос дождевых луж. Данный биологический объект представляет собой микроводорослевые пленки на дне дождевого стока, изменения колориметрических параметров которых может быть осуществлено дистанционными (аэрокосмическими) методами, самым мало затратным из которых на сегодняшний день является цифровая аэрофотосъемка в видимой области спектра с борта легких дронов.

Принципиальная возможность применения этого метода к определению изменений характера биопродукционных процессов в небольших водоемах была ранее показана в [1]. По аналогии с ранее опубликованными в [2, 3] результатами использования информационной технологии выявления демаскирующих эффектов нарушения гомеостаза биопродукционных процессов, базирующейся на анализе параметров RGB-модели цифрового изображения с использованием дискретной модели динамических систем (ДМДС) [4] применительно к состоянию посевов культурных растений, достаточно обоснованной представляется рабочая гипотеза, согласно которой использование данной технологии позволит дистанционно определить локализацию источников интоксикации дождевого стока. Таким образом, целью работы является проверка выдвинутой гипотезы.

Для этого в июле 2016 года осуществлялось цифровое фотографирование участка асфальтового покрытия на экспериментальном полигоне в г. Харькове (Украина). На часть покрытия, перпендикулярно к направлению дождевого стока, наносилась полоса порошка CuSO₄, имитирующая источник интоксикации. Через неделю после выпадения осадков (дождя) осуществлялось цифровое фотографирование исследуемого участка с дальнейшим использованием информационной технологии выявления демаскирующих эффектов нарушения гомеостаза биопродукционных процессов. Процесс анализа результатов включал в себя разбиение изображения на 16 сегментов и определение, с обозначением условным цветом, степени близости динамики колориметрических параметров каждого сегмента к динамическому процессу, описанного для Маргалефовой модели сукцессии (ММС). Речь идет о динамике колориметрических параметров, связанных с растительными пигментами и о динамическом процессе, реконструированном на основании картины одномоментно зарегистрированного пространственного распределения участков с разными колориметрическими характеристиками. Для автоматизации данного процесса была использована методика, описанная в [3], получившая рабочее название рехронизации.

В результате анализа на обработанном изображении наблюдался резкий контраст между участками выше и ниже полосы порошка CuSO₄. При этом условный цвет сегментов верхнего участка соответствовал минимальному отличию от ММС, а на нижнем участке наблюдалось пятно, образованное сегментами со средними и максимальными отличиями от ММС. На необработанном изображении верхний и нижний участки по цвету не отличались.

Таким образом, проведенное моделирование динамики колориметрических параметров фитобентоса луж позволяет сделать вывод и подтвердить гипотезу о преемственности использования информационной технологии выявления демаскирующих эффектов нарушения гомеостаза биопродукционных процессов как инструмента дистанционного определения локализации источников интоксикации урбанизированных территорий.

Литература:

1. Григорьев, А. Я., Жолткевич, Г. Н., Носов, К. В., Гамуля, Ю. Г., Беспалов, Ю.Г., Высоцкая, Е. В., Печерская, А. И. (2014). Дискретные модели динамических систем, определяющих стабильность гидробиоценозов. Ветеринарна Медицина. Міжвідомчий Тематичний Науковий Збірник, 99, 164–167.

2. Vysotskaya, E. V., Zholtkevych, G. N., Klochko, T. A., Bespalov, Y. G., Nosov, K. V. (2016). Unmasking the soil cover’s disruption by modeling the dynamics of ground vegetation parameters. Вісник Національного Технічного Університету України «КПІ». Серія: Радіотехніка. Радіоапаратобудування, 64, 101–109.

3. Высоцкая, Е. В., Беспалов, Ю. Г., Печерская, А. И., Парвадов, Д. А. (2016). Использование маргалефовой модели сукцессии в технологиях дистанционного обнаружения признаков антропогенных воздействий на растительный покров. Радіоелектронні і комп’ютерні системи, 2 (76), 15–19.

4. Zholtkevych, G., Nosov, K., Bespalov, Y., Rak, L., Vysotskaya, E., Balkova, Y., Kolomiychenko, V. (2016). Descriptive Models of System Dynamics. In Proceedings of the 12th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer, 57–72.