Министерство  образования и науки

Вологодский Государственный технических университет 
 

Факультет «Промышленного менеджмента»

Кафедра «Безопасности и жизнедеятельности  и промышленной экологии» 
 
 

Практическая  работа

Тема  «Обработка данных натурных наблюдений методами математической статистики»

Дисциплина  «Экология» 
 
 
 

Выполнила студентка группы ИМ-11

Меньшикова  Мария Олеговна

Проверил  к.т.н. Коваленко С.Н. 
 
 
 
 
 

2011 год

Содержание

Содержание 2

Введение 3

Построение вариационного ряда 7

Группировка вариационного ряда 8

Количество классов 8

Определение длинны каждого интервала 8

Определение границ каждого интервала 8

Определение эмпирической частоты 9

Определение расчетных статистических характеристик 10

Определение мер положения 10

Меры рассеивания 11

Характеристики формы кривой распределения 12

Графическое изображение вариационных рядов 13

Проверка статистических гипотез 15

Заключение 23

Список литературы 24 

 

Введение

     Проблема  экологизации всех сфер антропогенной  деятельности в настоящих условиях является актуальной проблемой общества. Происходящие изменения в окружающей среде под влиянием антропогенной деятельности заставляют ученых разных областей науки и технике во всем мире заниматься разработкой и анализом методик связанных с защитой и охраной природных ресурсов, изучением процессов связанных с устойчивостью биосферы, выявлением определяющих факторов, негативно влияющих на экосистемы.

     Основополагающим  направлением изучения процессов, происходящих в природной среде, и их тенденции  к изменчивости является мониторинг.

     Мониторинг  окружающей среды – это комплекс мер, направленных на получение исходной информации об изучаемом объекте, ее обработка и анализ. Начальным  этапом мониторинга выступает получение  качественной исходной информации. В  нашей стране представить организационную  структуру мониторинга окружающей среды можно в следующем виде: вся территория России охвачена сетью  гидрометрических постов наблюдений, на которых периодически осуществляется отбор проб для анализов (анализируется химический, физический и биологический состав проб). Полученные количественные результаты проведенных работ носят, как правило, название данных натурных наблюдений. Итак государственная гидрометрическая сеть призвана осуществлять наблюдение за состоянием исследуемого объекта, тенденциями возможных изменений, определение и изучение наиболее важных факторов негативного влияния на объект, составление прогнозов с учетом сложившихся объективных и субъективных обстоятельств. Организация и проведение мониторинга возложена на государственный комитет по гидрологии и метеорологии России (ГосКомГидроМет России). В общем случае натурные наблюдения осуществляются за состоянием атмосферы, гидросферы и почвенным покровом. Пункт контроля деятельности располагаются не только в местах развитой антропогенной деятельности, но и относительно экологически благоприятных территориях и преследуют цель: получить общую картину складывающейся экологической обстановке в государстве.

     Вторым  альтернативным направлением в изучении изменяющихся природных условий  является так называемый экспедиционный метод, т.е. проведение научных исследований за ограниченный временной промежуток с конкретно поставленными целями.

     При организации технических наблюдений экспериментатору приходится иметь дело со следующими факторами: выбором , поверкой и установкой прибора для наблюдения, проведение самих наблюдений, оценкой точности измеряемой величины. Полученные в ходе натурного эксперимента результаты подвергаются всесторонней обработке и анализу.

     На  современном этапер развития науки и техники при изучении природных явлений, процессов и тенденций их к изменению можно выделить следующие последовательно применяемые этапы исследования:

1. Получение данных натурных наблюдений в результате наблюдения натурного эксперимента за изучаемым объектом (теория планирования и организации эксперимента).
2. Обработка и анализ полученной информации (теория вероятности и математическая статистика).
3. Моделирование природных процессов (физическое и математическое моделирование).
4. Принятие управленческих решений на основе полученных результатов обработки и моделирования.

     Следует отметить, что не одна даже самая  современная математическая обработка  результатов эксперимента не исправит халатности в получении данных натурных наблюдений и наоборот качественные результаты натурных исследований можно  испортить не умелым применением  математического аппарата.

     Целью расчетно-графического задания является выработка у студентов технических  специальностей навыков по обработке  экспериментальных данных методом  математической статистики, оценке полученных результатов, использование их при принятии управленческих решений в области природоохраны и природопользования.

     По  рядам результатов натурных наблюдений на основе теории вероятности математической статистики необходимо получить основные характеристики расчетных параметров, отработать методику расчета и найти  пути практического применения полученных результатов.

     Перед тем, как приступить к выполнению задания, необходимо дать характеристику полученных опытным путем количественных величин конкретного контролируемого  загрязняющего вещества. Элементы выборки  являются случайными величинами. Случайной  величиной называется величина, которая  в результате эксперимента может  принять то или иное значение, причем заранее неизвестно какое именно. Дополнительно элементы (варианты) выработки являются непрерывными, т.к. природные явления и процессы непрерывны во времени и пространстве. Непрерывную случайную величину можно охарактеризовать диапазоном изменения случайной величины и полностью распределения вероятности. Полученные в результате натурного эксперимента количественные оценки данного вида загрязняющего вещества являются размерными характеристиками. Их размерность выражается в мг/л или г/м³ и характеризует массу растворенного вещества в объеме жидкости или газа. Количественное значение с данной размерностью носит название концентрации загрязняющего вещества.

     Расчетно-графическое  задание основывается я на данных натурных наблюдений и заключается  в выполнении следующих этапов обработки:

1. Построение вариационного ряда;
2. Группировка вариационного ряда;

     а) количество классов;

     б) определение длинны каждого интервала;

     в) определение границ каждого интервала;

     г) определение эмпирической частоты.

3. Определение мер положения, рассеивания и характеристики формы кривой распределения;

а) определение мер положения;

б) меры рассеивания;

в) характеристики форм кривой распределения.

4. Графическое изображение кривых распределения;
5. Проверка статистических гипотез.

 

Построение вариационного ряда

     (Операция  заключается в расположении данных  натурных наблюдений в порядке  возрастания Хmin→Хmax)

     Допустим, что в результате натурного эксперимента получены следующие количественные значения концентрации конкретного  загрязняющего вещества (примерами  могут служить номеруемые загрязняющее вещества в окружающей среде; биогены, нефтепродукты, тяжелые металлы и т.д.) в определенном пункте контроля. Целью расчета является получение основных статических характеристик и их … подбор генеральной совокупности по рузультатам натурных наблюдений.

     Имеется ряд данных натурных наблюдений (Х₁, Х₂, …, Х_n)

Группировка вариационного ряда

     Деление вариационного ряда на части

Количество  классов

       Количество  классов на которые необходимо разделить вариационный ряд, определяется различными способами: с помощью таблиц или формул; в подавляющем большинстве случаев количество интервалов зависит от объема выборки.

       Для определения классов используем формулу  Старжесса:  

       где, К – количество классов; N – объем выборки или количество значений в ряду, N=30

       .

Определение длинны каждого интервала

       Определение размаха или амплитуды колебания  случайной величины:

       ; 

       где, R – размах, мг/л; h – длина каждого интервала.

Определение границ каждого интервала

1. Х_min + h = X₁ – [X_min ; X₁] – границы 1 интервала;

2. Х₁ + h = X₂ – [X₁ ; X₂] – границы 2 интервала;

…………………………………………………………

К. Х_К-1 + h = X_К – [X_К-1 ; X_К] – границы К-го интервала.

1. 15,32 + 2,02 = 17,34 – [15,32;17,34] – границы первого интервала;

2. 17,34 + 2,02 = 19,36 – [17,34;19,36] – границы второго интервала;

3. 19,36 + 2,02 = 21,38 – [19,36;21,38] – границы третьего интервала;

4. 21,38 + 2,02 = 23,40 – [21,38;23,40] – границы четвертого интервала;

5. 23,40 + 2,02 = 25,42 – [23,40;25,42] – границы пятого интервала;

6. 25,42 + 2,02 = 27,44 – [25,42;27,44] – границы шестого интервала.

 

Определение эмпирической частоты

       Частота – это количество значений, попавших в каждый интервал. Расчеты выполняем в виде табл.1.

       Таблица 1