blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-11-839-845blackmet-2208Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESОценка воздействия химических загрязнений предприятий черной металлургии на лесные массивы с использованием спутниковых фотоизображенийAssessment of the impact of chemical pollution of ferrous metallurgy enterprises on forests using satellite photographsМешалкинВ. П.MeshalkinV. P.

Мешалкин Валерий Павлович - академик РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой логистики и экономической информатики, РХТУ им. Д.И. Менделеева, главный научный сотрудник, ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН.

125047, Москва, Миусская пл., 9; 119991, Москва, Ленинский пр., 31.

Valerii P. Meshalkin - Academician, Dr. Sci. (Chem.), Prof., Head of the Chair of Logistics and Economical Information, D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Chief Researcher, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry.

9 Miusskaya Sqr., Moscow 125047; 31 Leninskii Ave., Moscow 119991.

vpmeshalkin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1361-2121БутусовО. Б.ButusovO. B.

Бутусов Олег Борисович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры логистики и экономической информатики.

125047, Москва, Миусская пл., 9.

Oleg B. Butusov - Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof. of the Chair of Logistics and Economical Information, D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.

9 Miusskaya Sqr., Moscow 125047.

butusov-1@mail.ruДовиВ. Дж.DoviV. G.

Дови Винченцо Джорджо – доктор технических наук, профессор, Межвузовский исследовательский центр High Tech Recycling (HTR), Генуэзский университет (UniGE).

00185, Рим, пл. Альдо Моро, 5; 16126, Лигурия, Генуя, ул. Балби, 5.

Vincenzo Giorgio Dovi - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Interuniversity Research Centre of High Tech Recycling (HTR), Universita degli Studi di Genova (UniGE).

5 Piazzale Aldo Moro, Roma 00185;5 Via Balbi, Genova, Liguria 16126.

VGDovi.HTR@gmail.comБелозерскийА. Ю.BelozerskiiA. Yu.

Белозерский Андрей Юрьевич – доктор экономических наук, профессор кафедры логистики и экономической информатики.

125047, Москва, Миусская пл., 9.

Andrei Yu. Belozerskii - Dr. Sci. (Economics), Prof. of the Chair of Logistics and Economical Information, D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.

9 Miusskaya Sqr., Moscow 125047.

abelozerskiy@muctr.ruЧелноковВ. В.ChelnokovV. V.

Челноков Виталий Вячеславович - доктор технических наук, профессор кафедры логистики и экономической информатики.

125047, Москва, Миусская пл., 9.

Vitalii V. Chelnokov - Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Logistics and Economical Information, D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.

9 Miusskaya Sqr., Moscow 125047.

chelnokov@muctr.ruРоссийский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева; Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАНРоссияD. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia; Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, RASRussian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д.И. МенделееваРоссияD. Mendeleev University of Chemical Technology of RussiaRussian FederationМежвузовский исследовательский центр High Tech Recycling (HTR); Генуэзский университет (UniGE)ИталияInteruniversity Research Centre High Tech Recycling (HTR); University of GenoaItaly2021101220216411839845Copyright © Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., Дови В.Д., Белозерский А.Ю., Челноков В.В., 20212021Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., Дови В.Д., Белозерский А.Ю., Челноков В.В.Meshalkin V.P., Butusov O.B., Dovi V.G., Belozerskii A.Y., Chelnokov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2208

Рассмотрено действующее предприятие черной металлургии, которое при выплавке стали использует три различных технологических режима, каждый из которых характеризуется индивидуальным составом ингредиентов выбросов химических загрязнений в атмосферу, влияющих на состояние лесных массивов вокруг предприятия. На основе расшифровки спутниковых пиксельных фотоизображений лесных массивов определен технологический режим с наименьшим воздействием на лесные массивы. Данный режим соответствует условию минимальной площади экологических зон вокруг предприятия черной металлургии. Предложена оценка воздействия химических загрязнений предприятий черной металлургии на лесные массивы в виде площадей экологических зон состояния лесной растительности и объемов биомассы на различных участках лесного массива. Мозаика экологических зон лесных массивов определяется по спутниковым пиксельным фотоизображениям лесных массивов с использованием оригинального алгоритма управляемого кластерного анализа.

The considered operating ferrous metallurgy enterprise uses three different technological modes of steel smelting, each of which is characterized by an individual composition of the ingredients of chemical pollutant emissions into the atmosphere affecting the state of the forest areas around this enterprise. Based on the decoding of satellite pixel photographs of forest areas, the technological mode with the least impact on forest areas was determined. It corresponds to the condition of the minimum area of ecological zones around the ferrous metallurgy enterprise. The authors propose an assessment of the impact of chemical pollution of ferrous metallurgy enterprises on forests in the form of areas of ecological zones of the state of forest vegetation and the volume of biomass in its various parts. The mosaic of ecological zones of forest areas is determined from their satellite pixel photographs using an original algorithm of “controlled cluster analysis”. The main recommendation for ferrous metallurgy enterprises to choose one of several alternative technological modes is as follows: the choice of technological mode should be based on a comparison of sizes of the areas of ecological zones. In this case, the technological mode with the smallest dimensions of the area is selected. Assessment of the damage caused by the chemical pollution of the plant to forest areas was determined by the area of ecological zones and the volume of biomass loss in forest areas in comparison with the background areas. The boundaries of ecological zones can be determined according to the “dose-effect” dependencies typical for the considered region.

предприятие черной металлургииконтрольные пикселилесные массивыкластерыэкологические зоныхимические загрязнениябиомассаferrous metallurgy enterprisecontrol pixelsforestsclustersecological zoneschemical pollutionbiomassReferencesБутусов О.Б., Леонтьев Л.И., Мешалкин В.П. Комплексная оценка воздействия металлургического комбината на лесные массивы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2009. № 5. С. 38-44.Butusov O.B., Leont'ev L.I., Meshalkin V.P. Comprehensive assessment of metallurgical plant impact on forest areas. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik. 2009, no. 5, pp. 38-44. (In Russ.).Бутусов О.Б., Леонтьев Л.И., Калинников В.Т., Мешалкин В.П. Методология построения системы интегральных индексов для оценки воздействия металлургических комбинатов на лесные массивы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2009. № 5. С. 29-35.Butusov O.B., Leont'ev L.I., Kalinnikov V.T., Meshalkin V.P. Methodology for constructing a system of integral indices for assessing the metallurgical plants impact on forests. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik. 2009, no. 5, pp. 29-35. (In Russ.).Бутусов О.Б., Леонтьев Л.И., Мешалкин В.П. Методология кластеризации и ранжирования состояния лесных массивов в районах металлургических предприятиях // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2009. № 5. С. 26-31.Butusov O.B., Leont'ev L.I., Meshalkin V.P. Methodology for clustering and ranking the state of forest areas in the regions of metallurgical enterprises. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik. 2009, no. 5, pp. 26-31. (In Russ.).Smith W.H. Air Pollution and Forests. Interactions between Air Contaminants and Forest Ecosystems. New York: Springer-Verlag, 1981. 388 p.Smith W.H. Air Pollution and Forests. Interactions between Air Contaminants and Forest Ecosystems. New York: Springer-Verlag, 1981, 388 p.Mai X., Cheng J., Wang S. Research on semi supervised K-means clustering algorithm in data mining // Cluster Computing. 2018. Vol. 22. P. 3513-3520. http://doi.org/10.1007/s10586-018-2199-7Mai X., Cheng J., Wang S. Research on semi supervised K-means clustering algorithm in data mining. Cluster Computing. 2018, vol. 22, pp. 3513-3520. http://doi.org/10.1007/s10586-018-2199-7Classification, Clustering, and Data Mining Applications. Proceedings of the Meeting of the Int. Federation of Classification Societies (IFCS), Illinois Institute of Technology, Chicago, 15-18 July 2004. Banks D., etc. eds. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2004. 674 p.Classification, Clustering, and Data Mining Applications. Proceedings of the Meeting of the Int. Federation of Classification Societies (IFCS), Illinois Institute of Technology, Chicago, 15-18 July 2004. Banks D., etc. eds. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2004, 674 p.Sajana T., Sheela Rani C.M., Narayana K.V. A survey on clustering techniques for big data mining // Indian Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 9. No. 3. P. 1-12. http://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i3/75971Sajana T., Sheela Rani C.M., Narayana K.V. A survey on clustering techniques for big data mining. Indian Journal of Science and Technology. 2016, vol. 9, no. 3, pp. 1-12. http://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i3/75971Abonyi J., Feil B. Cluster Analysis for Data Mining and System Identification. Basel, Boston, Berlin: Birkhauser Verlag AG, 2007. 319 p.Abonyi J., Feil B. Cluster Analysis for Data Mining and System Identification. Basel, Boston, Berlin: Birkhauser Verlag AG, 2007, 319 p.Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., Гнаук А.Г. Основы информатизации и математического моделирования экологических систем: Учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2010. 357 с.Meshalkin V.P., Butusov O.B., Gnauk A.G. Fundamentals of Informatization and Mathematical Modeling of Ecological Systems: Manual. Moscow: INFRA-M, 2010, 357 p. (In Russ.).Чимитдоржиев Т.Н., Ефременко В.В. Об использовании различных индексов вегетации в дистанционном зондировании экосистем // Исследование Земли из космоса. 1998. № 3. С. 49-56.Chimitdorzhiev T.N., Efremenko V.V. On the use of various indices of vegetation in remote sensing of ecosystems. Issledovanie Zemli iz kosmosa. 1998, no. 3, pp. 49-56. (In Russ.).Advances in Fuzzy Clustering and its Applications. Valente de Oliveira J., Pedrycz W. eds. New York: John Wiley & Sons Ltd, 2007. 457 p.Advances in Fuzzy Clustering and its Applications. Valente de Oliveira J., Pedrycz W. eds. New York: John Wiley & Sons Ltd, 2007, 457 p.Miyamoto S., Ichihashi H., Honda K. Algorithms for Fuzzy Clustering. Methods in c-Means Clustering with Applications. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 244p.Miyamoto S., Ichihashi H., Honda K. Algorithms for Fuzzy Clustering. Methods in c-Means Clustering with Applications. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008, 244 p.Borgefors G. Distance transformations in digital image // Computer Vision, Graphics, and Image Processing. 1986. Vol. 34. No. 3. P. 344-371. https://doi.org/10.1016/S0734-189X(86)80047-0Borgefors G. Distance transformations in digital image. Computer Vision, Graphics, and Image Processing. 1986, vol. 34, no. 3, pp. 344-371. https://doi.org/10.1016/S0734-189X(86)80047-0Danielsson P.E. Euclidean distance mapping // Computer Graphics and Image Processing. 1980. Vol. 14. No. 3. P. 227-248. https://doi.org/10.1016/0146-664X(80)90054-4Danielsson P.E. Euclidean distance mapping. Computer Graphics and Image Processing. 1980, vol. 14, no. 3, pp. 227-248. https://doi.org/10.1016/0146-664X(80)90054-4Gao P., Li Z., Zhang H. Thermodynamics-based evaluation of various improved Shannon entropies for configurational information of gray-level images // Entropy. 2018. Vol. 20. No. 1. Article 19. https://doi.org/10.3390/e20010019Gao P., Li Z., Zhang H. Thermodynamics-based evaluation of various improved Shannon entropies for configurational information of gray-level images. Entropy. 2018, vol. 20, no. 1, article 19. https://doi.org/10.3390/e20010019Tsallis C. Possible generalization of Boltzmann-Gibbs statistics // Journal of Statistical Physics. 1988. Vol. 52. No. 1-2. P. 479-487. https://doi.org/10.1007/BF01016429Tsallis C. Possible generalization of Boltzmann-Gibbs statistics. Journal of Statistical Physics. 1988, vol. 52, no. 1-2, pp. 479-487. https://doi.org/10.1007/BF01016429Sahoo P., Wilkins C., Yeager J. Threshold selection using Renyi's entropy // Pattern Recognition. 1997. Vol. 30. No. 1. P. 71-84. https://doi.org/10.1016/S0031-3203(96)00065-9Sahoo P., Wilkins C., Yeager J. Threshold selection using Renyi's entropy. Pattern Recognition. 1997, vol. 30, no. 1, pp. 71-84. https://doi.org/10.1016/S0031-3203(96)00065-9Sparavigna A.C. On the role of Tsallis entropy in image processing // International Scientific Research Journal. 2015. Vol. 1. No. 6. P. 16-24.Sparavigna A.C. On the role of Tsallis entropy in image processing. International Scientific Research Journal. 2015, vol. 1, no. 6, pp. 16-24.Rapaport D.C. The Art of Molecular Dynamics Simulation. UK, Cambridge: Cambridge University Press, 2004. 564 p.Rapaport D.C. The Art of Molecular Dynamics Simulation. UK, Cambridge: Cambridge University Press, 2004, 564 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.