Tymchyshyn V. Methods and software tools for modeling soil contamination by harmful emissions in the exhaust gases of the motor vehicle

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0823U101143

Applicant for

Specialization

  • 121 - Інженерія програмного забезпечення

13-12-2023

Specialized Academic Board

ДФ58.082.032_ID2769

Western Ukrainian National University

Essay

Object of research: the processes of soil pollution by harmful emissions from automotive transport. Research goal: to enhance efficiency and simplify the procedures of modeling soil pollution processes due to harmful emissions from automotive transport by developing mathematical and software solutions for monitoring soil and groundwater pollution, specifically focusing on compounds formed through the diffusion and interaction with water of nitrogen dioxide. Research methods: the following methods were employed in the research: system theory and interval analysis methods for modeling and forecasting the spread of concentrations of harmful emissions. Mathematical models of the dynamics of pollution concentrations resulting from harmful emissions from vehicle exhaust gases were represented as difference equations, analogs of partial differential equations. Computational mathematics methods were used to construct and solve diffusion equations in soil and groundwater, a specific type of partial differential equation. Object-oriented programming paradigm methods and algorithm theory methods were applied for building a microservices architecture and implementing software. Scientific novelty: within the dissertation work, the following novelties were introduced for the first time: a method of mathematical modeling of soil pollution processes by harmful emissions from vehicle exhaust gases based on partial differential equations with initial conditions determined by measurements of pollutant concentrations in gaseous form on the soil surface. An architecture for a software system for modeling soil pollution by harmful emissions from vehicle exhaust gases was developed, integrating software with an information-measuring complex and means of displaying the current situation regarding soil pollution, simplifying the modeling processes. Further developments include software and technical complexes and technologies for monitoring soil pollution, providing an indirect assessment of pollutant concentrations in soils based on measurements of gaseous pollutant concentrations on the soil surface, leading to a reduction in the cost of soil pollution control processes. Mathematical models were developed for the distribution of concentrations of nitrogen dioxide and associated salts in soils as differential equations with distributed parameters based on initial conditions determined by measurements of nitrogen dioxide concentrations in vehicle exhaust gases.

Research papers

1) Дивак М.П., Маслияк Ю.Б., Пукас А.В., Порплиця Н.П., Войтюк І.Ф., Тимчишин В.С. Архітектура системи екологічного моніторингу та приклад її застосування для моделювання концентрацій шкідливих викидів автотранспорту. Індуктивне моделювання складних систем: зб. наук. пр. // Київ, 2017. Вип. 9. С. 69-84;

2) Dyvak M., Rot A., Pasichnyk R., Tymchyshyn V., Huliiev N., Maslyiak Y. Monitoring and Mathematical Modeling of Soil and Groundwater Contamination by Harmful Emissions of Nitrogen Dioxide from Motor Vehicles. Sustainability // Q2. 2021 13(5):2768. https://doi.org/10.3390/su13052768;

3) Дивак М. П., Манжула В. І., Мельник А. М., Тимчишин В. С. Система моніторингу забруднення повітря автотранспортом на базі автономного аеромобільного вимірювального комплексу. Оптико-електроннi iнформацiйно-енергетичнi технологiї // категорія Б. 2022. 42(2). с.73–83. https://doi.org/10.31649/1681-7893-2021-42-2-73-83;

4) Тимчишин В., Отоо Ф. Aрхітектура програмної системи для моделювання процесів забруднення грунтів внаслідок дифузії діоксиду азоту в грунтах та грунтових водах. Вісник ХНУ: Технічні науки // категорія Б. 2023. Вип № 2 (2023). c.351-360;

5) Тимчишин В.С., Порплиця Н.П., Тимчишин Б.С. Програмний комплекс для моделювання забруднення атмосфери шкідливими викидами автотранспорту в часі. Сучасні комп’ютерні інформаційні технології: Матеріали Всеукраїнської конференції з міжнародною участю АСІТ’2017. // Тернопіль: ТНЕУ, 2017. с.233-234;

6) Tymchyshyn V., Porplytsya N., Melnyk A., Tymchyshyn B. Software for Modelling the Air Pollution by Vehicles. CEUR-WS. 2018. Vol 2300. pp. 207-210;

7) Litvynchuk M., Spivak I., Krepych S., Spivak S., Krepych R. and Tymchyshyn V. Approach to Evaluation the Functional Suitability of a Software System Using the Fuzzy Logic Mechanism, 2019 9th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Ceske Budejovice, Czech Republic. 2019. pp. 273-276. doi: 10.1109/ACITT.2019.8780000;

8) Щур В. В., Тимчишин В.С., Ковбасістий А. В., Лопусевич В. П. Математичне та програмне забезпечення інтеграції даних інформаційних систем. Матеріали школи-семінару молодих вчених і студентів «Комп’ютерні інформаційні технології» CIT’2019, 29 листопада 2019р., Тернопіль cт. 54-55;

9) Мельник А.М., Тимчишин В.С., Ковбасістий А.В., Романюк М.В. Математичне та програмне забезпечення управління реплікаціями в базах даних типу NoSQL. Матеріали школи-семінару молодих вчених і студентів «Комп’ютерні інформаційні технології» CIT’2019, 29 листопада 2019р., Тернопіль c. 24;

10) Dyvak M., Melnyk A., Kovbasistyi A., Shevchuk R., Huhul O. Tymchyshyn V. Mathematical Modeling of the Estimation Process of Functioning Efficiency Level of Information Web-Resources, 2020 10th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Deggendorf, Germany. 2020. pp. 492-496. doi: 10.1109/ACIT49673.2020.9208846;

11) Dyvak M., Rot A., Tymchyshyn V., Valchyshyn S., Otoo F., Hernes M. Hardware Components of the Monitoring System of Soil and Groundwater Contamination by Harmful Emissions From Vehicles. 2021 11th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Deggendorf, Germany. 2021. pp. 608-612, doi: 10.1109/ACIT52158.2021;

12) Tymchyshyn V., Otoo F., Komar M., Shpak V., Semaniuk V., Fronchko V. Model of an Autonomous Airmobile Complex for Measuring Air Pollution Concentrations by Vehicles. 2022 12th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Ruzomberok, Slovakia. 2022. pp. 423-427. doi: 10.1109/ACIT54803.2022.991316.

Files

Similar theses