Моделирование демографических и социальных явлений с использованием GIS-технологий

Краткое сообщение

УДК 910.1: 002.6

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕМОГРАФИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GIS-ТЕХНОЛОГИЙ

Т.А. ГУБАРЕВА*, А.В. ЕРШОВ*, Ю.С. КРИВОВА*,

А.Б. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ**

Проблема математического и компьютерного моделирования явлений социальной реальности остается актуальной и фундаментальной проблемой современности. Традиционно моделирование демографических и социальных явлений производится с помощью математико-статистических и других аналитических методов. Существенно реже демографы и социологи обращаются к картографическому моделированию, т.к. это связано с трудностями технологического и ресурсного характера [1-4]. Вместе с тем без составления картографических моделей невозможно представить распределение и развитие демографических и социальных явлений в пространстве, оценить пространственные зависимости распределения признаков и выявить аномальные зоны, выполнить районирование территории по комплексу признаков, решать другие задачи. С развитием геоинформатики и GIS-технологий математико-картографическое моделирование как метод находит более широкое применение в различных сферах фундаментальных исследований. Проектом предусмотрено построение покомпонентных и синтетических многомерных моделей структуры, взаимосвязей и динамики содержательных характеристик явлений, связанных с распределением и воспроизводством населения, соотношением полов, возрастной структурой, уровнем жизни и условиями проживания, демографическими показателями, здоровьем и социальной обустроенностью, компонентами социально-гигиенической сферы. На данном, первом, этапе были построены модели структуры явлений. Первоначально была сформирована базовая пространственно-координатная цифровая модель с различной детализацией геообъектов на территорию трёх областей Центрального федерального округа Российской Федерации: Калужскую, Брянскую и Орловскую области. Информационная нагрузка модели соответствует картам масштаба 1 : 200 000. Пространственные данные были актуализированы по состоянию на 01.2004 г. на основе имеющихся картмате-риалов последних изданий. Основные параметры базовой картографической модели приведены в табл.

Таблица

Основные сведения о территории (параметры базовой картографической модели) *

Доля городского населения в общей

численности населения района. %

В 75-100

J 50- 75

: 25- 50

10-25

D 0- 10

0

ТИПЫ ПОСЕЛЕНИЙ

•  город, областной центр

• - город областного подчинения Ф  город

• - поселок городского тип»

Показатели Область Всего

Калужская Брянская Орловская

1. Территория, кв. км. 29777,3 34857,0 24670,2 89304,5

2.Население, тыс. км. 1028,8 1361,1 850,0 3239,9

3. Административно-территориальные объекты:

Областной центр Калуга Брянск Орел 3

районы 24 27 24 75

города 19 16 7 42

из них - областного подчинения 2 5 3 10

поселки городского типа 10 25 13 48

сельские округа 328 421 223 972

сельские населенные пункты 3179 2685** 3054** 8918

* Табл. составлена на основании источников [1-6]; **- по данным геообъектам тематическое наполнение модели на первом этапе не выполнялось

Тематическое наполнение построенных моделей выполнено на базе собранной статистической информации, которая была структурирована и приведена к сопоставимому виду. Структурированные тематические данные характеризуют демографические процессы, социальные и социально-гигиенические явления на территории и формируют разделы и тематические модели.

Свойство карты однозначно отображать точки земной поверхности с тематическими признаками позволяют представить изучаемое явление, визуализированное на карте как функцию. С учетом двухмерности картографического изображения тематический признак описывается как функция от двух аргументов (х, у -координаты), а уравнение м.б. представлено в матричной форме (при заданных параметрах дискретизации координатной сетки).

Рис 1 Картографические модели: распределёния городского населения; типов городских поселений

Такая пространственная информация, привязанная к узлам координатной сетки, позволяет построить пространственно-цифровые модели, проводить статистические и другие расчеты, операции для анализа и поиска взаимосвязей исследуемых явлений. В данной работе построение математико-картографических моделей выполнено по упомянутому выше подходу с использованием GIS-пакета MAPINFO и программы MS Excel.

Одной из трудностей технологического плана при формировании матричной модели тематического признака является нарушение непрерывности полей по дискретным данным узлов сетки. В этом случае задача решалась с помощью методов построения аналитических поверхностей признака по его дискретным значениям. Использовались традиционные методы аппроксимации функций (триангуляция и интерполяция, метод радиальных базовых функций, кригинг). Для этих целей в работе использовалась программа Surfer. В качестве примеров приведены картографические модели и результаты статической обработки распределения численности населения и сельских населённых пунктов по территории (рис.1, 2). На данном этапе работы построены 37 математико-картографических моделей для анализа демографических, социальных и социально-гигиенических явлений для территории трёх областей Центрального Федерального округа РФ. По итогам этапа подготовлен альбом «Моделирование демографических, социальных и социально-гигиенических явлений.

**Калужский филиал Московского гуманитарно-экономического унив-та ГУАгентство регионального развития Калужской области

Краткое сообщение

Рис.2 Гистограммы распределения: а) численности населения в сельских округах; б) сельских населённых пунктов в сельских округах

модели структуры», СЭ-версия этих материалов. Альбом может быть прототипом для официального издания атласа для системного подхода в оценке демографических и социальных явлений.

Литература

1. Социальная статистика: Учебник / Под ред.

И.И.Елисеевой.- М.: Финансы и статистика, 2003.- 480 с.

2. Медков В.М. Демография: учебник.- М.: ИНФРА-М, 2004.- 576с.

3. Бахметова Г.Ш. Сбор и обработка данных о населении.-М., 2000.- С. 89-111.

4. Типология и классификация в социологических исследованиях.- М.: Наука, 1982.- 296 с.

5. Берлянт А.М. / В кн. Пути развития картографии.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975.- С.98-106.

6. Салищев К.А. Картоведение.- М.: Изд. Моск. ун-та, 1976.- 437с.

Поэтому задачей биотехнической системы с ОС является динамическое отслеживание изменения var Sn{A, œ, t} и динамическая же автоматическая перестройка характеристик излучаемого

ЭМП { E, H } (P, f F, % t), где P - мощность излучения, f — частота излучения (несущей), F — частота модуляции, % — кираль-ность, то есть правая или левая поляризация, с тем, чтобы изменение var Sn{A, œ, t} не выходило за диапазон нормы А Sn{A, œ, t} физиологических показаний.

Таким образом, работа биоуправляемой биотехнической системы волновой терапии описывается следующей схемой:

{ E, H }(P, f, F, x, t) ^ БО ^ var SN{Â, ю, t} ^ Soc{A, ю, t} ^

^ (Устройство управления) ^ var { E, H }(P, f, F, x, t) ^

^ БО ^ A Sn{A, ю, t} = Sn{A, ю, t}.

Общие принципы технической реализации (2) рассмотрены в [1]; в [2] разработана конструкция биоуправляемой системы КВЧ-терапии, в которой сигнал Soc снимается с электроэнцефалографа (по а-Л-ритмам и p-ритмам), подключенного к пациенту в течение всего сеанса терапии. Используя разработанные в [1] методы проектирования биоуправляемой аппаратуры полевой терапии и технические решения датчиков [1, 3], ниже рассматриваются наиболее эффективные способы организации ОС и реализации схемы (2). На рис. приведена функциональная схема био-управляемого аппарата КВЧ-терапии и диагностики с температурной ОС. Аппарат работает в режиме локального излучения, то есть излучающая система (аппликатор) контактирует с поверхностью БО. Подобные устройства могут быть использованы в КВЧ-терапии, СВЧ-диагностике и СВЧ-гипертермии.

УДК 614.89:537.868

ОРГАНИЗАЦИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ БИОУПРАВЛЯЕМОЙ ВОЛНОВОЙ ТЕРАПИИ

Ю. А. ЛУЦЕНКО*

В настоящее время магнито- и КВЧ-терапия широко применяется в медицинской практике. Однако применение волновой терапии должно быть строго индивидуализировано для конкретного пациента с точки зрения используемой частоты излучения, продолжительности сеанса, мощности излучения, частоты и вида модуляции и т.д. Учесть индивидуальные особенности пациента можно введением обратной связи (ОС). Наиболее эффективно соответствующие процедуры реализуются в виде биотехнической системы «аппарат - биообъект (БО)», замкнутой по излучению ЭМП и ОС от БО на аппарат, излучающий ЭМП. Сигнал ОС есть электрический сигнал с датчика, установленного на БО, адекватный по частоте, форме изменения сигнала и пр. физиологическим показаниям организма, чаще всего - основным биоритмам, температуре тела и пр.

Сигнал ОС £0с{А, ю, ?}, где А - амплитуда, ю - частота, X -текущее время, характеризует в динамике степень отклонения от нормы N физиологических показаний организма БО при воздействии внешнего ЭМП: ____

5ос {.4. {А, со ,7}

* Кафедра электротехники Новомосковского института Российского химико-технологического университета им Д.И. Менделеева

Рис. Функциональная схема биоуправляемого аппарата высокочастотной терапии и диагностики с температурной обратной связью: 1 - коаксиальный резонатор (КР); 2, 3 - элементы настройки КР; 4 - генераторный диод; 5 - вентиль; 6 - коаксиальная линия передачи (КЛП); 7 - термоохладитель на эффекте Пельтье; 8 - контактные пластины; 9 - изолирующие пластины; 10 - металлический экран; 11 - диэлектрическая подложка; 12 - элемент связи; 13 - температурный датчик; 14 - усилитель постоянного тока (УПТ); 15, 16 - регуляторы тока на «-р-«-транзисторах; 17 - фазоинверсный усилитель на МОП-транзисторе; 18-22 - резисторы схемы; 23 - источник питания; 24 - радиатор

Устройство управления по сигналу температурной ОС обеспечивает контроль и автоматическое регулирование температуры облучаемого участка тела пациента в достаточно широком диапазоне изменений уровня мощности излучения. В конструкции в качестве генераторного диода используется диод Ганна или лавинно-пролетный диод (в зависимости от диапазона используемых частот: СВЧ или КВЧ). Микрополосковый аппликатор состоит из экрана 10, подложки 11 и элемента связи 12; последний имеет кольцевую форму, то есть аппликатор есть кольцевая микрополосковая антенна. При подаче на генераторный диод 4 от источника 23 питания номинального питающего напряжения в КР возбуждаются СВЧ-колебания, оптимальный по частоте и мощности режим которых устанавливается с помощью элементов 2 и 3 настройки. Через элементы развязки (вентиль, циркулятор) СВЧ-энергия поступает в КЛП 6, центральный проводник которой соединен с элементом 12 связи аппликатора, а наружный проводник линии - с металлическим экраном 10 аппликатора. Диэлектрическая подложка 11 аппликатора, расположенная между элементом 12 связи и экраном 10 аппликатора, выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например, из берил-лиевой керамики. С помощью аппликатора СВЧ-энергия вводится в БО, при этом аппликатор имеет непосредственный контакт с