Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Вологодский государственный технический университет
Кафедра безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии
Экология
Статистическая обработка данных натурных наблюдений
Методические указания к выполнению практических работ "Обработка данных натурных наблюдений методами математической статистики"
Часть 1
Факультеты: электроэнергетический, промышленного менеджмента
специальности: все
Вологда
2003
УДК 674.502.519.22 /.25
Экология. Статистическая обработка данных натурных наблюдений: методические указания к выполнению практических работ "Обработка данных натурных наблюдений методами математической статистики". Часть 1. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 32 с.
Дано описание выполнения практических работ, охватывающих часть курса "Экология" для всех специальностей ЭЭФ, ФПМ ВоГТУ. В методических указаниях изложены вопросы, связанные с обработкой данных натурных наблюдений методами математической статистики, приведено теоретическое описание выполняемых процедур, порядок расчета, пример оформления и выполнения расчетно-графического задания. Соответствует образовательным программам, расчитана не менее чем на 17 часов практических занятий.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ
Составитель: С. Н. Коваленко, доцент, канд. ехн. наук
Рецензент: А. Г. Гудков, доцент, канд. техн. наук
Читать текст полностью (.DJVU)
Содержание
I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
II. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (.PDF)
1. Построение вариационного ряда.
2. Группировка вариационного ряда - деление вариационного ряда на части.
3. Определение расчетных статистических характеристик (мер положения, рассеивания и характеристики формы кривой распределения).
4. Графическое изображение вариационных рядов.
5. Изучение формы кривой распределения.
6. Проверка статистических гипотез
7. Построение доверительных интервалов.
8. Определение объема выборки
III. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ (.PDF)
1. Построение вариационного ряда (Xmin - … - Xmax)
2. Группировка вариационного ряда
3. Определение мер положения, рассеивания и параметров формы кривой распределения
4. Изучение формы распределения
5. Графическое представление сгруппированных рядов данных натурных наблюдений
6. Проверка статистических гипотез
7. Построение доверительных интервалов
8. Определение объема выборки
Контрольные вопросы
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (.PDF)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (.PDF)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (.PDF)
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (.PDF)
ЛИТЕРАТУРА
наверх
I. Теоретическая часть
Проблема экологизации всех сфер антропогенной деятельности в настоящих условиях является актуальной проблемой современного общества. Происходящие изменения в окружающей среде под влиянием антропогенной деятельности заставляют ученых разных областей науки и техники 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 наблюдения 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. Пункты контроля деятельности располагаются не только в местах развитой антропогенной деятельности, но и на относительно экологически благоприятных территориях и преследуют цель: получить общую картину складывающейся экологической обстановки 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 измерений, оценкой точности измеряемой величины. Полученные в ходе натурного эксперимента результаты подвергаются всесторонней обработке и анализу.
На современном этапе развития науки и техники при изучении природных явлений, процессов и тенденций их к изменению можно выделить следующие последовательно применяемые этапы исследования:
Получение количественных данных наблюдений в результате проведения натурного эксперимента (теория планирования и организации эксперимента).
Обработка и анализ полученной информации (теория вероятности и математическая статистика).
Моделирование природных процессов (физическое и математическое моделирование).
Принятие управленческих решений на основе полученных результатов обработки и моделирования.
Следует отметить, что ни одна даже самая современная математическая обработка результатов эксперимента не исправит халатности в получении данных натурных наблюдений и наоборот качественные результаты натурных исследований можно испортить неумелым применением математического аппарата.
Целью расчетно-графического задания является выработка у студентов технических специальностей навыков по обработке экспериментальных данных методами математической статистики, оценке полученных результатов, использовании их при принятии управленческих решений в области природоохраны и природопользования.
По рядам результатов натурных наблюдений (взятых, например, из Государственного водного кадастра "Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши" для конкретного загрязняющего вещества, или предложенных преподавателем) на основе теории вероятности и 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) выборки 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 на данных натурных наблюдений и заключается в выполнении следующих этапов обработки: