No 22 (2018) Р -...

No 22 (2018)

Р.1 The scientific heritage

(Budapest, Hungary)

The journal is registered and published in Hungary.

The journal publishes scientific studies, reports and reports about achievements in different scientific

fields. Journal is published in English, Hungarian, Polish, Russian, Ukrainian, German and French.

Articles are accepted each month. Frequency: 12 issues per year.

Format - A4 ISSN 9215 — 0365

All articles are reviewed

Free access to the electronic version of journal

Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the

article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for

possible consequences for breaking copyright laws

Chief editor: Biro Krisztian

Managing editor: Khavash Bernat

Gridchina Olga - Ph.D., Head of the Department of Industrial Management and Logistics

(Moscow, Russian Federation)

Singula Aleksandra - Professor, Department of Organization and Management at the University

of Zagreb (Zagreb, Croatia)

Bogdanov Dmitrij - Ph.D., candidate of pedagogical sciences, managing the laboratory

(Kiev, Ukraine)

Chukurov Valeriy - Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Biochemistry of

the Faculty of Physics, Mathematics and Natural Sciences (Minsk, Republic of Belarus)

Torok Dezso - Doctor of Chemistry, professor, Head of the Department of Organic Chemistry

(Budapest, Hungary)

Filipiak Pawel - doctor of political sciences, pro-rector on a management by a property complex

and to the public relations (Gdansk, Poland)

Flater Karl - Doctor of legal sciences, managing the department of theory and history of the state

and legal (Koln, Germany)

Yakushev Vasiliy - Candidate of engineering sciences, associate professor of department of

higher mathematics (Moscow, Russian Federation)

Bence Orban - Doctor of sociological sciences, professor of department of philosophy of religion

and religious studies (Miskolc, Hungary)

Feld Ella - Doctor of historical sciences, managing the department of historical informatics,

scientific leader of Center of economic history historical faculty (Dresden, Germany)

Owczarek Zbigniew - Doctor of philological sciences (Warsaw, Poland)

Shashkov Oleg - Сandidate of economic sciences, associate professor of department (St. Peters-

burg, Russian Federation)

«The scientific heritage»

Editorial board address: Budapest, Kossuth Lajos utca 84,1204

E-mail: [email protected]

Web: www.tsh-journal.com

CONTENT

MEDICAL SCIENCES

Kerimov S.G., Abdullayeva G.G., Mirzoyev А.H. DEVELOPMENT OF SYSTEM THAT ANALYZES

AND FORECASTS THE EPIDEMIOLOGY OF

MYCOSES ........................................................... 3

Dronyk I.I IMMUNE PART OF GENERALIZED

PPERIODONTITIS DEVELOPMENT ............... 8

Godovanets О.І., Kitsak Т.S. STATE OF DENTAL MORBIDITY RATE AMONG

PASSENGER CAR ATTENDANTS OF

CHERNIVTSI RAILROAD CENTRE OF LVIV

RAILROAD ......................................................... 11

Mandziuk T.B., Goncharenko V.A. THE PRINCIPLES OF RATIONAL DIET, LIVING

CONDITIONS AND ORAL HYGIENE AS

FACTORS TO PREVENT DENTAL

PATHOLOGY ..................................................... 15

Shostenko А.А. CYTOKINE STATUS INDICES IN PATIENTS

SUFFERING FROM GENERALIZED

CATARRHAL GINGIVITIS AND THE WAYS OF

ITS CORRECTION ............................................. 18

Shostenko А.А. CYTOKINE STATUS INDICES IN PATIENTS

SUFFERING FROM GENERALIZED

CATARRHAL GINGIVITIS AND THE WAYS OF

ITS CORRECTION ............................................. 21

TECHNICAL SCIENCES

Suvorova N. PRECONDITIONS FOR THE APPLICATION OF

THE AVIATION SYSTEM FOR PATROLLING

AND MONITORING OF FOREST AREAS ...... 24

Uryvsky L., Pieshkin A., Moshynska A.,

Hriaznov D. THE SIGNAL-CODE CONSTRUCTION METHOD

WITH MAXIMUM APPROACH TO THE

COMMUNICATION CHANNEL

THROUGHPUT .................................................. 28

Abdullayeva G.G., Alishzade N.O. NEURO-FUZZY SYSTEM OF PROCESSING OF

SIGNALS FOR VIBRODIAGNOSTICS OF THE

TURBO-UNIT ..................................................... 34

Bushma V.O. THE PHENOMENON OF SELF-ORGANIZING AT

INFLUENCE ON THE MATERIAL OF THE

CONCENTRATED STREAMS OF ENERGY ... 40

Dushko O. V., Ishmametov R.H. THE RESIDENTIAL USE OF A UNIVERSAL

MODULE IN THE URBAN STRUCTURE OF

SMALL TOWNS ................................................. 45

Kovalenko I.V. APPLICATION OF DOUBLE - LAYER STEELS AT

MAKING OF SHIP CONSTRUCTIONS BASIC

AND AUXILIARY SETTING ............................ 48

Kovtun S.I., Dekusha L.V., Vorobiov L.I. SPECIFICITY OF REPRODUCTION OF HEAT

FLUX UNIT BY RADIATION METHOD ......... 51

Maksymov V.V., Kulyk M.V. EXTENDED CLASSIFICATION OF MODELS FOR

MOVING NODES IN MANNET

NETWORKS........................................................ 55

Mescheryakov D. USAGE OF CLUSTER ANALYSIS IN A SYSTEM

MANAGEMENT WITH A BIOLOGICAL

FEEDBACK ......................................................... 59

Chernenko V.P. FORECASTING THE NUMBER OF FATALITIES

DUE TO FIRES BASED ON THE COLLOCATION

MODEL ............................................................... 62

Shagilova E.V. ASSESSMENT AND FORECAST OF POSSIBLE

CONDITIONS OF SYSTEM OF FIRE

SAFETY ............................................................... 67

Kozelkov S.V., Shushura A.N. SYNTHESIS METHOD OF INFORMATION

TECHNOLOGY OF FUZZY CONTROL BASED

ON MEMBERSHIP FUNCTION OF SEVERAL

ARGUMENTS ..................................................... 69

The scientific heritage No 22 (2018) 3

MEDICAL SCIENCES

DEVELOPMENT OF SYSTEM THAT ANALYZES AND FORECASTS THE EPIDEMIOLOGY OF MYCOSES

Kerimov S.G.

Azerbaijan State Advanced Training Institute for Doctors named after A. Aliyev

Azerbaijan, Baku city

Abdullayeva G.G.

Institute of Control Systems of Azerbaijan National Akademy of Sciences


Mirzoyev А.H.

Azerbaijan State Advanced Training Institute for Doctors named after A. Aliyev


Abstract The epidemiology of mycoses was studied in different regions of the Republic of Azerbaijan. This problem

was confirmed by studies conducted in various organizations in the cities of Baku, Ganja, Lankaran and Kurdamir,

the current situation and future forecast was developed in the STATISTICA-7 software package through a time

series model.

Keywords: mathematical model, mycoses, random variables, time series, trend line, biostatistics methods

1. Introduction. As a model object, the source

object should be replaced in the process of research so

that its direct investigation could give new knowledge

about the source object. Modeling means the process of

creation, study and application of the model. It is

closely related to such categories as abstraction,

analogy, assumption, etc. Process of modeling involves

the construction of abstractions, judgments based on

analogy and the creation of scientific hypotheses.

Process of modeling consists of three elements: the

subject (researcher), the object of study and the

mediating model between the relationship of the

cognizing subject and the cognizable object [1].

Obviously, the model loses its meaning when it is

identical to the original (when it is no longer the

original), and also when it has completely different

characteristics. A characteristic feature of the model is

the possibility of carrying out various experiments on

it, which corresponds to ethical and social norms. In the

field of medicine, such models lead to a large number

of imitations, experiments cost bloodless and cheaper.

Models have been developed for many medical ill-

nesses. For example, А.N.Bakin and S.Y.Khripkov [2]

developed a mathematical model based on probability

theory of spread of epidemiological processes

associated with several infectious diseases (hepatitis A,

tularemia, botulism and anthrax) and studied the

dynamics of these diseases. О.Y. Karyakina and others

[3] explained the advantages of mathematical models

for several areas of practical medicine, covered with

their help the summary information on solutions to

strategic and tactical problems in the process of

forecasting, differential diagnosis and treatment. It is

noteworthy that there are no applied models for

diagnosis and, especially, prediction of fungal diseases.

Here we note that the statistical methodology is

actively used in medicine for more than a hundred

years. Analyzing in his article “How it is impossible to

collect and process statistical information in medicine

in order to avoid receiving erroneous results, instead of

real ones” the possibility of applying mathematics in

medicine, M.K. Zenes came to the conclusion that “the

methods of mathematical statistics will occupy a

worthy place in medicine regarding the management of

human health, because it is possible and necessary to

wait for the most productive results from their

application”.

2. Statement and substantiation of issue. 20% of

the world's population have superficial fungal skin

diseases. A study in 16 European countries in 2003

showed that 35% of the 70 000 population are infected

with fungal skin diseases. In general, 2.5 million people

suffer from fungal diseases, 30-40% of which falls on

the share of superficial fungal skin diseases. Over the

past 10 years, the amount of superficial fungal skin

diseases has increased by 2.5% and every year this

increase is 5%. Among superficial fungal skin diseases,

dermisophytes dominate and are found in 10% of the

world's population. (Schmid-Wendtner M.H. – 2008;

Sergeyev А.Y, Ivanov О.А, Sergeyev Y.B. - 2005,

Frizin V.V. and etc. -2009; Pek Y.Y., Korysheva V.G.,

Chipina G.A., Ignatieva S.M. - 2010)

The fact that dermatomycosis as a fungal skin

disease is one of the most common skin diseases, the

organization of prevention and treatment of these

diseases is at the level of state priorities.

Dermatovenerologic dispensaries, dermatovenerologic

rooms in the city and district hospitals, hygiene and

epidemiology centers in Azerbaijan held various types

of activities in this area. However, these complexes of

measures did not cause a decrease in fungal diseases of

the skin. Conducted statistical studies showed that in

the regions of Azerbaijan and Baku in recent years the

incidence of fungal skin lesions has increased. Given

the current climate, conditions, socio-economic

situation in Azerbaijan and other factors, there is a need

to improve more accurate, quality, effective methods of

examination, diagnosis and treatment. Therefore, it is

expedient to study the epidemiology of the most com-

mon superficial fungal skin diseases in Azerbaijan (in

4 The scientific heritage No 22 (2018)

different cities and regions), assess the current situation

and make a forecast of their development. The article

suggests an approach to solving this problem.

3. Study material. In connection with the problem

under consideration, the article selected four major

cities of Azerbaijan: Baku, Ganja, Lankaran and

Kurdamir. Let's look at a few enterprises in these cities

as the master sample.

In general, the pathological fungi can be classified

as follows:

Fig.1. Classification of pathological fungi

To conduct the experiment, Ganja Textile Factory,

Ganja Fatoglu mill, Karamel confectionery and Firdevs

confectionery were chosen as the selection sample from

the sample of Gyandzhda city, and the Kurdmir milk

processing plant and the Kurdamir Grain Processing

Plant were selected from the Kurdamir sample.

The article considers such superficial skin diseases

as T - trichophyte, C - candida, E - epidermyphyton, M

- microsporia. To conduct an organized survey, a

questionnaire and a patient card were drawn up in

accordance with the requirements listed below: full

name; date of birth; place of residence; living

conditions; profession; working conditions; climatic

conditions: a. temperature mode, b. humidity; health

status: a. anamnesis morbi; b. anamnesis vitae; c. status

lokalis; accompanying illnesses; microscopy; seeding,

etc.

4. Study method. Process of modeling involves the

construction of abstractions, judgments based on

analogy and the creation of scientific hypotheses. It is

obvious that the model loses its meaning when it is

identical to the original (when it is no longer the

original), and also when it has completely different

characteristics. In medicine, there are three types of

mathematical models: mathematical models of

qualitative, imitative and quantitative type. Models of

qualitative type are mainly used in scientific research.

Various experiments on the model are carried out by

means of medals of imitation type. These models

correspond to both educational and ethical and social

norms. An example of this can serve as an

individualized treatment model for snake poisoning [5].

5. Problem solution. To solve this problem, the

article proposes to use parametric and nonparametric

methods of time series and biostatistics [6].

The time series consists of two types of data:

continuous data - allows to obtain the values

of variables observed in unspecified time period;

discrete data - allows to obtain the values of

variables observed in specified time period.

The time series method is considered to be a

suitable method to verify the dependence of human

health on environmental pollution used in

epidemiological studies, khortnye studies, that is, when

conducting observations at certain equal intervals of

time and in other studies [3]. This method can be used

both individually and at the group level. Summing up,

it can be said that the time series method can be used in

any studies where observations and fixing of results are

performed in equal intervals of time. For example, in

the Table 1 are considered five large enterprises of the

cities of Ganja and Kurdamir and monitoring of work-

ers of these enterprises was carried out from spring

2013 to spring 2016.


Table 1

Fragment of the base, reflecting the existing sanitary and epidemiological condition of superficial fungal

skin diseases in the cities of Ganja and Kurdamir in the period from autumn 2013 to spring 2016

№ Full name Date of birth Place of work

Position

Period, in seasons

2013

- au

tum

n

2014

- w

inte

r

2014

- sp

ring

2014

-su

mm

er

2014

- au

tum

n

2015

- w

inte

r

2015

- sp

ring

2015

- su

mm

er

2015

- au

tum

n

2016

- w

inte

r

2016

- sp

ring

1 Hasanov К. 1989 Worker Т Т Т Т Т Т Т

2 Ibrahimov G. 1991 Worker Т Т Т Т Т Т Т Т

3 Ismayilov T. 1992 Worker Т Т Т Т

4 Mamadova G. 1988 Weaver E E E E E E

5 Suleymanov N. 1979 laboratory technician Т Т Т Т Т Т

6 Kazimov I. 1979 Worker К К К К К

7 Guliyev T. 1987 Mechanic Т Т Т Т Т

8 Verdiyev A. 1980 Mechanic

9 Aliyev I. 1978 Driver Т Т Т Т Т

10 Aliyev E. 1980 Washman C C C C C C

11 Gojaliyev I. 1972 Electrician

12 Ibrahimov I. 1959 Welder Т Т Т Т Т Т

13 Khudiyev T. 1964 Packer Т Т Т Т Т

14 Hasanov Z. 1976 Loader

15 Aliyev Sh. 1979 Driver Т Т Т Т Т Т Т

16 Pashayev A. 1990 Driver Т Т Т Т

17 Isgandarov А. 1979 Worker Т Т Т Т Т Т Т

18 Mammadov Y. 1969 Worker Т Т Т

19 Orujov O. 1965 Equipment operator

20 Asgarov V. 1949 Machinist Т Т Т Т Т

21 Garibov Z. 1959 Machinist

22 Aliyev R. 1970 Worker М

23 Ahmadova F. 1978 Ribbon tying E E E E

24 Volkan Kaya 1982 Miller Т Т Т Т Т

… … … … … … … … … … … … … … …

… Mustafayeva S. 1969 Winder C C C C C

This type of tables were collected and

systematized during each of the four seasons of 2013-

2016. The following signs were adopted in the table: T

- trichophyte, C - candida, E - epidermyphyton, M -

microsporia.

587 people participated in the experiments,

through random selection, pathological material was

taken from 126 people from Ganja and 81 people from

Kurdamir and a laboratory examination was carried

out. Based on this information, a database was

developed. In the result of frequency analysis was

calculated the frequency of occurrence Nm/Nüm of

various mycoses. Since according to the materials

obtained from Kurdamir Nm/Nüm = 0,2389, and from

Ganja Nm/Nüm = 0, 3156. The time series consists of 11

vectors. The analysis of the series and the prediction of

the situation on this basis were realized in two versions:

they were studied separately for each season and

together for all seasons. Parametric and

nonparamomatic statistical criteria were used to

estimate changes between indicators within a time

interval. But regarding the application of parametric

criteria, it is advisable to use nonparametric methods

because the refinement of the distribution of the

indicator and the frequency of measuring the values of

the indicators in a certain time interval can not be

predetermined in advance. In contrast to the analysis of

random samples, time series are based on observing

data at equal intervals [4]. The analysis of time series

has two purposes: to determine the nature of the series

and to predict it. In both cases, a series model was

developed to interpret the data in question. Most

regular time series variables are part of two classes:

they are either trend or seasonal components. The

dynamics of change reflects its trend. The trend is

formed from a common systematic linear or nonlinear

component that regularly changes with time. The

seasonal component is repeated periodically. The use

of time series for the forecast is due to the fact that the

influence of certain factors on the data of the observed

process in the past, in the present is similar to the same

effect in the near future.

In the simple case, if the independent value Хi

expresses environmental factors, then Y is the result of

the impact. In this case, it is possible to create a

regression relationship between them. This can also be

done in a time sequence. The general regression

equation for multidimensional time series is expressed

as follows [7]:

𝐸(𝑌) = 𝑎0 + ∑(𝑎𝑖 𝑓𝑖(𝑋𝑖)) + 𝜀,

where, Y – result of the impact (quantitatively);

Xi– environmental factors; i – the index of the

environmental factor (current number), i=1,2,..., n; n –

the number of factors; E и fi– the connection and

transforming functions of series; a0 ,…,ai– coefficients

of trends (primary values); ε – residual limit (method

error).

The problem is to determine the coefficients ai in

the equation. The function E is determined by the type


of distribution of the dependent variable, the function fi

has a filter function to eliminate the effect of trends.

Now we will consider the results of time series

analysis using the software package Statistics-7.

At the first stage, we define the normal

distribution of diseases T - trichophyte, C - candida, E

- epidermyphyton, M - microsporia.

Fig.2. Curves of normal distribution

At the second stage, we determine the seasonal

dependence of diseases T - trichophyte, C - candida, E

- epidermyphyton, M - microsporia during the

monitoring period.

Fig.3. Curves of seasonal dependence

At the third stage, we plot the smoothing curve for

the time series of diseases T - trichophyte, C - candida,

E - epidermyphyton, M - microsporia. In this way, it

becomes possible to remove the “teeth” effect from the

edges.

Line Plot of Var3

Spreadsheet2 10v*18c

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1414

15

16

17

18

19

20

21

22

Va

r3

Line Plot of Var2


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1448

50

52

54

56

58

60

62

Va

r2

Line Plot of Var4


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Va

r4

Line Plot of Var5


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-1

0

1

2

3

Va

r5

Scatterplot of Var2 against Var1


Var2 = 57,6538-0,2033*x

0 2 4 6 8 10 12 14

Var1

48

50

52

54

56

58

60

62

Va

r2



Var3 = 19,7692-0,3846*x

0 2 4 6 8 10 12 14

Var1

10

12

14

16

18

20

22

Va

r3



Var4 = 2,6923-0,0989*x

0 2 4 6 8 10 12 14

Var1

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Va

r4



Var5 = 1+0*x

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Var1

-1

0

1

2

3

Var

5


Fig.4. Curves of smoothing

Analysis of the data shows that the frequency of

occurrence of the M-microsporia disease is equal to 1,

for this reason, its smoothing function is not required.

Finally, at the fourth stage, we can calculate the

prognosis of these diseases by the already observed

2013-2016 years.

Fig.5. Prognosis of mycosis spread

For the above reason, the microsporium forecast

curve has not been compiled.

As a result of our research and experiments, we

have created a system that monitors the epidemiology

of fungal infections and determines the current status

and prognosis through time series. Fig. 6 reflects the

overall architecture of this system.

Exp. smoothing: S0=2,000 T0=0,000

Lin.trend,no season; Alpha= ,100 Gamma=,100

VAR4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

VAR4 (L) Smoothed Series (L) Resids (R)

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

VA

R4

:

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Re

sid

ua

ls

Exp. smoothing: S0=57,04 T0=-,083

Lin.trend,no season; Alpha= ,100 Gamma=,100

VAR2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

VAR2 (L) Smoothed Series (L) Resids (R)

48

50

52

54

56

58

60

62

64

VA

R2

:

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Re

sid

ua

ls

Forecasts; Model:(1,0,0) Seasonal lag: 12

Input: VAR3 : ln(x)

Start of origin: 1 End of origin: 13

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Observed Forecast ± 90,0000%

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,1

3,2

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,1

3,2


Input: VAR2


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26


48

50

52

54

56

58

60

62

64

48

50

52

54

56

58

60

62

64


Input: VAR4 : ln(x); x+0,000


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26


-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0


6. Conclusion. The article deals with the essence of the

mathematical model in medicine, conducting studies

using this model, diagnosis of mycoses by

mathematical modeling (time series), sampling were

performedin the cities of Ganja and Kurdamir, seasonal

measurements were made during the period from

spring 2013 to spring 2016, a database was created,

time series and regression equations were compiled, as

well as the analysis and forecast of T - trichophyte, C -

candida, E - epidermitophyton, M - microsporia

diseases has been carried out using the software

package Statistics-7.

References

1. А.А Samarsky, А.P. Mikhailov. Mathematical

Modeling: Ideas. Methods. Examples. Moscow:

Fizmat, 2005, -320 pages.

2. А.N.Bakin, S.Y.Khripkov Mathematical mod-

eling of the dynamics of the risk of infectious disease.//

Risk problems. Т.6, 2009, №2, pages.24-31

3. O.Y. Karyakina and others. Application of

Mathematical Models in Clinical Practice. // Human

Ecology. 2012, 7. pages103-106

4. Abdullaeva G.G., Ali Shakhintash, Imranov

F.B. Diagnostics system of the functional state of ho-

meostasis in toxicology (on the example of the bite of

a Levantine viper)//Journal of Computational and Ap-

plied Mathematics, Kiev, 2011, №3(106)

5. V.I. Yunkerov, Grigoryev S.G. Mathematico-

statistical processing of medical research data. St. Pe-

tersburg, 2002, page 212.

6. V.M. Guryeva, Y.B. Kotov. Analysis of short

segments of time series in medical problems // Institute

of Applied Mathematics named after M.V. Keldish,

Moscow, 2005. This study was supported by the Rus-

sian Foundation for Basic Research (project No. 04-01-

00434)

7. I.I. Yeliseyeva. General Theory of Statistics:

Textbook for Universities / I.I. Yeliseyeva, M.M.

Yuzbashev; edited by I.I. Yeliseyeva. – Moscow: Fi-

nance and Statistics, 2009 – page 656.

ИММУННОЕ ЗВЕНО РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАЛИЗОВАННОГО ПАРОДОНТИТА

Дроник І.І.

ВДНЗУ "Буковинський державний медичний університет"

асистент кафедри стоматології дитячого віку

IMMUNE PART OF GENERALIZED PPERIODONTITIS DEVELOPMENT

Dronyk I.I

HSEE of Ukraine «Bukovinian State Medical University»,

Department of Childhood Dentistry, Assistant

Introducti

on

Pre

lim

ina

ry m

on

ito

rin

g d

ata

Cre

atin

g a

dat

a b

lock

Formation of time

series

Statistical processing block Decision-making block

Fig.4. The architecture of the system that analyzes and predicts epidemiology of mycoses

Seasonal processing

General processing

Forecast

Recommendations


Аннотация

Развитие генерализованного пародонтита - многозвенный процесс, в патогенезе которого одну из

ключевых позиций занимает иммунное звено.

Гуморальный иммунитет и цитокиновый статус пациента занимают важное место в патогенезе гене-

рализованного пародонтита, их показатели являются неспецифическими показателями единой биологиче-

ской реакции на воспаление и бактериальные возбудители заболевания. Правомерно предположить, что

их особые состояния могут быть причиной развития инфекционно-гнойного процесса в тканях пародонта

у больных генерализованным пародонтитом.

Abstract

Development of generalized periodontitis is a many-sided process in which immune part occupies one of the

key positions in its pathogenesis.

Humoral immunity and cytokine status of a patients takes an important place in pathogenesis of generalized

periodontitis. Their indices are non-specific indices of the integral biological response to inflammation and bacte-

rial causative agents of the disease. Their special condition can be suggested to be a cause of development of

infectious-purulent process in the periodontal tissue in patients suffering from generalized periodontitis.

Ключевые слова: генерализованный пародонтит, периодонт, воспаление.

Keywords: generalized periodontitis, periodontium, inflammation.

При изучении гуморального иммунитета у

больных генерализованным пародонтитом выяв-

лено снижение количества SIgA, который является

определяющим фактором антибактериальной за-

щиты слизистых оболочек полости рта (3,4).

Защитная функция провоспалительных цито-

кинов осуществляется локально, непосредственно в

очаге воспаления (5), а воспалительный процесс ре-

ализуется при нарушении баланса между провоспа-

лительными и противовоспалительными цитоки-

нами, который во многом определяет тяжесть и ис-

ход (6).

Ключевыми провоспалительными и противо-

воспалительными интерлейкинами являются ИЛ-

1ß, ФНО-ɑ и ИЛ-4.

Провоспалительный ИЛ-1ß является важней-

шим регулятором иммунного ответа и воспалитель-

ных реакций, он продуцируется на любое повре-

ждение, активируя пролифиративный ответ лимфо-

цитов (6). ФНо-ɑ выступает в качестве медиатора

воспаления и отвечает за защиту организма от ан-

тигенов и за многие локальные и генерализирован-

ные реакции, характерные для острой фазы воспа-

ления. Продуцируют ФНО макрофаги, нейтро-

филы, тучные клетки, естественные киллерные

клетки, активированные лимфоциты и др. Локаль-

ные эффекты – инициирование гиперкоагуляции в

сосудах микроциркуляции, локальный отек, -

направлены на ограничение очага воспаления, дре-

нированию патогенна в регионарные лимфоузлы

для его обезвреживания. Кроме этого, связывание

ФНО-ɑ с рецепторами может приводить либо к про-

лифирации, либо к апоптозу (7) и гибели клеток,

чаще всего опухолевых (6).

ИЛ-4 стимулирует пролиферацию активиро-

ванных В-клеток, Т-лимфоцитов, тучных клеток,

регулирует продукцию иммуноглобулинов Е и G В-

клетками. Кроме того, ингибирует продукцию ИЛ-

1, ФНО-ɑ и ИЛ-6. Но в большей степени является

ингибирующим цитокином, оказывая иммуносу-

прессивное действие, подавляя эффекты, стимули-

рованные интерфероном –γ. Низкий уровень про-

дукции ИЛ-4- медиатора – гуморального иммун-

ного ответа, предполагает наличие сдвига

иммунного ответа в сторону реакций клеточного

типа.

По результатам исследований ряда авторов у

больных генерализованным пародонтитом наблю-

дается повышение провоспалительных цитокинов

ИЛ-1β и ФНО-α и снижение противовоспалитель-

ного ИЛ-4 (8). Доказано, что ИЛ-1β и возможно

ФНО-α главные медиаторы деструкции костных

структур пародонта, так как их повышенная про-

дукция приводит к нарушению физиологических

процессов ремоделирования костных тканей (8).

ИЛ-4 ингибирует продукциюпровоспалитель-

ных цитокинов, и, следовательно, деструктивные

повреждения при генерализованном пародонтите

(8). Имеются данные, согласно которым значитель-

ное увеличение уровней ИЛ-1β в слюне и крови и

одновременное понижение концентрации ИЛ-4

наблюдается в том случае, если патологический ин-

фекционно-воспалительный процесс в пародон-

тальных тканях имеет тенденцию к быстрому про-

гресированнию (8).

Резюмируя выше сказанное можно сделать вы-

вод, что уровни гуморального иммунитета и цито-

кинов занимают важное место в патогенезе генера-

лизованного пародонтита, а их показатели явля-

ются неспецифическими показателями единой

биологической реакциии на воспаление и бактери-

альные возбудители заболевания. Правомерно

предположить, что их определенное состояния мо-

жет быть причиной развития инфекционно-гной-

ного процесса в тканях пародонта у больных с хро-

ническим течением заболевания.

Цель исследования: изучить иммунный ста-

тус у больных хроничексим генерализованным па-

родонтитом и его роль в развитии гнойного воспа-

ления в тканях пародонта.

Материалы и методы исследования. В ис-

следовании принимали участие 88 пациентов с ди-

агнозом хронический генерализованный пародон-

тит I и II степени тяжести, в возрасте от 30 до 50

лет. Среди них 46 женщин (52,2%) и 42 мужчин

(47,7%).

Пациенты, которые были включены в исследо-

вание отвечали следующим критериям отбора: воз-


раст от 30 до 50 лет, поставлен диагноз хрониче-

ский генерализованный пародонтит I и II степени

тяжести, отсутствие сопутствующих инфекционно-

воспалительных процессов, наличие информацион-

ного согласия на проведение клинических, лабора-

торных и терапевтических мероприятий.

Всем больным проводились следующие кли-

нические обследования: сбор жалоб, анамнеза,

определение аллергологического статуса, визуаль-

ную и инструментальную оценку состояния тканей

десен.

Субстратом для иммунологических исследова-

ний избрана нестимулированная слюна, которую

собирали в одно и тоже время - утром, натощак в

мерные пробирки путем сплевывания. Собранную

ротовую жидкость центрифугировали при 3000

об/мин. в течении 20 минут. Надосадочную жид-

кость использовали как материал, в котором иссле-

довали уровни концентрации основных классов им-

муноглобулинов (SIg A, Ig A,Ig G и IgM) и интер-

лейкинов (ИЛ-1β, ФНО-α, ИЛ-4). Полученную

жидкость замораживали при -20◦С и хранили до

проведения исследования. Размораживание прово-

дили в день анализа.

Определение концентрации иммуоглобулинов

в слюне проводили методом твердофазного имму-

ноферментного анализа с использованием моноспе-

цифических стандартных антисывороток против

иммуноглобулинов основных классов тест-си-

стемы фирм «Протеиновый контур», «Полигност».

Уровни содержания цитокинов (ИЛ-1β, ФНО-

α, ИЛ-4) в десневой жидкости определяли методом

твердофазного иммуноферментного анализа с ис-

пользованием автоматического вошера Stat Wash

2600 (Stat Fax, USA) орбитального типа с частотой

оборотов 400-700 RPM. Результаты анализа учиты-

вались спектрофотометрически с помощью микро-

планшетного фотометра Stat Fax 2100 (Stat Fax,

USA) при длине волны 450 нм. Измерения прово-

дили не позднее 10-15 минут после остановки реак-

ции.

Технология выполнения твердофазного имму-

ноферментного анализа с использованием наборов

реагентов к ИЛ-1β, ИЛ-4 и ФНО-α осуществлялось

согласно инструкции разработчиков, предусматри-

вающих, что количество определяемых медиаторов

в каждом получаемом образце десневой жидкости

может быть от 4-х до 5-ти, исходя из необходимо-

сти внесения одновременно в две лунки по 100 мкл

исследуемой жидкости. При добавлении исследуе-

мого образца в лунках во время первой инкубации,

происходит связывание вышеперечисленных цито-

кинов с моноклональными антителами, иммобили-

зованными на внутренней их поверхности. Не свя-

завшиеся цитокины взаимодействуют во время вто-

рой инкубации с конъюгатом № 1

(биотинилированные антитела к вышеперечислен-

ным цитокинам). Несвязавшийся конъюгант № 1

удаляется отмывкой.

Связавшийся коньюгант № 1 на третьей стадии

взаимодействует при инкубации конъюгантом № 2

(стрептавидин – пероксидазахрена хрена). Во время

инкубации с раствором тетраметилбензидина про-

исходит окрашивание раствора в лунках. Степень

окраски прямо пропорциональна концентрации ис-

следуемых цитокинов в анализируемых пробах.

После измерения оптической плотности рас-

твора в лунках на основании калибровочного гра-

фика рассчитывается концентрация каждого из ис-

следуемых цитокинов в анализируемых образцах.

Общее время проведения анализа 90 – 100 мин. Со-

держание цитокинов в ротовой жидкости выража-

ется в пг/мл.

У больных генерализованным пародонтитом

выявлены статистически значимые отклонения по-

казателей местного иммунитета от значений прак-

тически здоровых доноров крови. Имеющиеся от-

клонения уровней основных классов иммуноглобу-

линов, у обследуемых пациентов свидетельствуют

о наличие у них снижения бактериоцидности рото-

вой жидкости, поскольку продукция SIg A оказа-

лось у исследуемых всех групп наблюдения, ниже

диапазона референтных значений.

Результаты исследования и их обсуждение. Проведенное исследование основных цитокинов в

секрете ротовой жидкости и последующий анализ

полученных результатов выявил у больных основ-

ной группы и группы сравнения, а также у лиц кон-

трольной группы общие закономерности в измене-

нии продукции провоспалительных интерлейки-

нов. Обнаружено, что гнойное воспаление в

пародонтальных тканях у больных генерализован-

ным пародонтитом, имеющих аналогичные при-

знаки активности воспалительно – деструктивного

процесса, практически не влияет на направлен-

ность изменений концентрации ИЛ-1β и ФНО-α, а

лишь усиливает его продукцию. Так, при изучении

индивидуальных и усредненных данных установ-

лено, что у пациентов основной и сравниваемой

групп наблюдения показатели провоспалительных

цитокинов значительно выше показателей здоро-

вых доноров крови. Уровень экспрессии ИЛ-1β и

ФНО-α у больных с гнойным процессом превы-

шали в 4,7 и 3,2 раза нормальные величины, а у

больных без гноетечения, только в 2 и 2,2 раза.

Обнаружено, что при нарастании тяжести вос-

палительно-деструктивного процесса в структурах

пародонта у больных с хроническим генерализо-

ванным пародонтитом достоверно увеличивается

концентрация в слюне ИЛ-1β и ФНО-α. Поэтому

эти показатели можно использовать как дополни-

тельные критерии тяжести заболевания.

Недостоверное повышение уровня ИЛ-4 в пе-

риод хронического течения генерализованного па-

родонтита без гнойных очагов в пародонтальных

тканях допустимо рассматривать как сокращение

резервных возможностей со стороны фунцкиони-

рования цитокиновой системы. Напротив, сниже-

ние содержания ИЛ-4 в нестимулированной слюне

свидетельствует о напряжении иммунных механиз-

мов защиты у пациентов с инфекционно – гнойным

процессом в пародонтальных структурах и о более

неблагоприятном течении заболевания. Таким об-

разом, параметры ИЛ-4 являются весьма чувстви-

тельным тестом в оценке особенностей проявления


заболевания, во многом определяют направление и

характер развития инфекционного воспалитель-

ного процесса в пародонте, а также служат одним

из агентов, участвующих в формировании гнойных

осложнений: в околозубных тканях больных хрони-

ческим генерализованным пародонтитом.

Изучение цитокинов, как иммуномодуляторов

очевидно может приблизить к более полному пони-

манию возникновения инфекционно – гнойных

осложнений у больных генерализованным паро-

донтитом. Так результаты исследований основных

регуляторных цитокинов показывают, что повыше-

ние продукции ИЛ-1β у больных с гнойными оча-

гами более выраженное, чем ФНО-α, что подтвер-

ждает и подчеркивает важность участия ИЛ-1β в

патогенезе гнойного процесса. Свой вклад в этот

процесс ИЛ-1β может вносить посредством тормо-

жения синтеза специфических ингибиторов энзи-

мов.

Вывод. У больных хроническим генерализо-

ванным пародонтитом в период появления гнойных

воспалительных явлений в пародонте имеют место

иммунные дисфункции, характеризующиеся дефи-

цитом местного секреторного иммунитета повы-

шенным уровнем провоспалительных цитокинов

(ИЛ-1β и ФНО-α) и тенденцией к снижению про-

воспалительного ИЛ-4.

Список литературы 1. Kelk P. Abundant secretion of bioactive inter-

leukin-1 beta by human macrophages induced by Ac-

tinobacillus actinomycetemcomitans leukotoxin / P.

Kelk, R. Claesson, L. Hanstrom // Infect. Immun.-

2005.-73.-Р.453-458.

2. Ryu E.Y., Anti-inflammatory effect of heme

oxygenase-1 toward Porphyromonas gingivalis lipo-

polysaccharide in macrophages exposed to gomisins A,

G and J. / E.Y. Ryu, S.Y. Park, S.G. Kim [et. al.] // J.

Med. Food. – 2001. – Vol. 14, №12. – P.1519-1526.

3. Борисов Л.Б. Микробиология и иммуноло-

гия стоматологических заболеваний / Л.Б. Борисов,

И.С. Фейлин. // Медицинская микробиология, ви-

русология, иммунология. – М.: Медициноское ин-

формационное агенство, 2001. – С. 684 – 712.

4. Змушко, Е.И. Клиническая иммунология /

Е.И. Змушко, Е.С. Белозеров, Ю.А. Митин. – СПб.:

Питер, 2001. – 567с.

5. Ковальчук Л.В. Роль цитокинов в механиз-

мах развития хронического воспаления в ткани па-

родонта / Л.В. Ковальчук, Л.В. Ганковская, М.А.

Рогова [и др.] // Иммунология. – 2006. - №6. – С.24-

26.

6. Левин М.Я. Количественный и функцио-

нальный состав системного и местного иммунитета

у пациентов с хроническими периодонтитами, па-

родонтитами / М.Я. Левин. Т.Д. Федосенко, О.Н.

Васильев // Пародонтология. – 2010. №4 – с 37. 10.

7. Мащенко И.С. Цитокиновый статус боль-

ных генерализованым пародонтитом и его связь с

состоянием процессов метаболизма костной ткани

/ И.С. Мащенко, А.А. Гударьян // Украинский сто-

матологічний альмонах. – 2005. - №2. – 5-8.

8. Преферанская, Н.Г. Лекарственные сред-

ства на основе цитокинов / Н.Г. Преферанская //

Российский медицинский журнал. – 2008. – №1. –

С.35-38.

СТАН СТОМАТОЛОГІЧНОЇ ЗАХВОРЮВАНОСТІ У ПРОВІДНИКІВ ПАСАЖИРСЬКИХ

ВАГОНІВ ЧЕРНІВЕЦЬКОГО ВУЗЛА ЛЬВІВСЬКОЇ ЗАЛІЗНИЦІ

Годованець О.І.

Кіцак Т.С.

ДВНЗ «Буковинський державний медичний університет»,

кафедра стоматології дитячого віку, асистент

STATE OF DENTAL MORBIDITY RATE AMONG PASSENGER CAR ATTENDANTS OF CHERNIVTSI RAILROAD CENTRE OF LVIV RAILROAD

Godovanets О.І.

Kitsak Т.S.



Анотація

На Чернівецькокому вузлі Львівської залізниці працює 3661 залізничник, з них провідники складають

найбільшу частку - 484 (13,2 %). Під час виконання своїх професійних обов’язків провідники потягів па-

сажирського залізничного сполучення постійно знаходяться під впливом низки шкідливих чинників: різкі

зміни температурного режиму, шум та вібрація, запиленість, підвищений рівень мікробної забрудненості

повітря вагонів, порушення режиму сну та відпочинку, психофізіологічні й нервово-емоційні наванта-

ження. Ріст стоматологічної захворюваності у людей, професійна діяльність яких пов’язана з хронічним

впливом на їхні органи шкідливих чинників виробництва пов’язують з ростом хронічних супутніх сома-

тичних захворювань, зміною антиоксидантно-прооксидантної системи тканин порожнини рота, мікробної

рівноваги, токсичною гіпоксією. Протягом трудової діяльності на працівників впливають різні шкідливі

чинники виробничого середовища, тому умови праці на виробництві значною мірою визначаються на-


явністю виробничих шкідливостей. Під виробничими шкідливостями розуміють умови виробничого сере-

довища, які за нераціональної організації праці впливають на стан здоров’я працівників та їхню працез-

датність.

Abstract

3661 railroad men are employed by Chernivtsi railroad centre of Lviv railroad, of which the car attendants

constitute the largest part– 484 (13,2%). While carrying out their professional duties the passenger car attendants

are constantly under the influence of a number of harmful factors: abrupt changes in working temperature range,

noise and vibration, dust content, enhanced level of air microbial contamination inside the cars, disturbance of

sleep and rest schedule, physiological and neuro-emotional tension. The increase of dental morbidity rateamong

people whose professional activity is connected with chronic exposure of their organs to occupational hazards is

associated with the increase of chronic concomitant physical diseases, changes in antioxidant-prooxidant system

of mouth cavity tissues, microbial equilibrium, and toxic hypoxia. Various harmful factors of the working envi-

ronment influence the employees in the process of their working career that is why the working conditions are

considerably determined by the presence of industrial hazards. The occupational hazards are determined as work-

ing environment conditions which in case of irrational organization of work affect the employees’ health and their

working ability.

Ключові слова: залізниця, здоров’я, стоматологічні хвороб.

Keywords: railway, health, dental diseases.

Depending on the nature of the occupational haz-

ards origin they are divided into: hazards associated

with labour process which are caused by the irrational

labour organization (excessive tension of the nervous

system, tension of visual organs, hearing organs, great

labour intensity, etc.); hazards associated with the oc-

cupational process created by the technical deficiencies

of the operating machinery (industrial dust, noise, vi-

bration, hazardous chemicals, radiation). In Ukraine, on

the average 7,5-8 thousand professional diseases are

registered annually, which itself shows the complexity

and ambiguity of the estimates to use these indicators

for making conclusions and taking organizational and

administrative decisions.

The research worksaimed at identifyingthe form-

ing patterns of health of the passenger car attendants

under the influence of occupational factors for the pur-

pose of scientific justification of low-cost and effective

health improvement are of great importancesince pro-

longed exposure of the organism to harmful factors

worsens health and results incontraction of various dis-

eases that adversely affects the performance of official

duties by the employees.

The aim of the research.To examine the state of

dental hard tissues, to assess the intensity and peculiar-

ities of clinical manifestations of both carious proces-

sand noncariousaffectsof dental hard tissues among the

passenger car attendants of Chernivtsi station.

Materials and research methods

To solve the tasks we have examined 52 people,

including 30 passenger car attendants of Chernivtsi sta-

tion (treatment group) and 22 employees not exposed

to harmful factors (experimental group). All patients

were divided into four age groups and examined ac-

cording to recommendations of World Health Organi-

zation on dental examination. Teeth assessment was

conducted according to CFE (caries, filled, extracted)

index. We have conducted the research of dental dis-

ease among passenger car attendants in four age groups

– groupI– 19-24 years old, group II– 25-34 years old,

group III– 35-44 years old and group IV– 45 years old

and older. The treatment group was formed in each age

category consisting of employees directly involved in

the occupational process, and the control group includ-

ing employees not involved into the production cycle.

52 people were examined altogether.

In the process of examining the dental hard tissues

and the quality of their treatment we, except the total

CFE index, have conducted a detailed analysis of its

components, namely we have taken into account the

number of teeth with uncomplicated and complicated

caries concerning the C-caries index. The teeth with

complicated caries, in their turn, were divided into

those which can be treated and those subject to extrac-

tion.

F (filling) index components includedthe number

of fillings that required replacement, including: broken

fillings and restoration; fillings and restoration on

aproximalsurfaces with poor contact points and over-

hanging edges.

The crownworks were allocated into a particular

group, singling out the unsatisfactory ones (mainly in-

cluding the absence of the contact points and presence

of overhanging edges) from their total number.

"E" component included the absent teeth during

examination.

The results of the examination were subjected to

statistical analysis.


Research results and their consideration. We

have investigated the state of dental health of the pas-

senger car attendants depending on their age and length

of service. The prevalence of caries among the car at-

tendantsis 100% throughout all age groups. The inten-

sity of teeth affection is 20 teeth in the treatment group

in the age of 19-24 years old, reaching almost 26 teeth

per one examined person in the age of 45 years old and

older. The growth rate of affected teeth is not great, but

stable – about two affected teeth in each age group.

CFE index is almost 20% less in the control group

throughout all age groups and the growth of affected

teeth is half less than in the control group.

The number of teeth affected by caries (C) within

CFEstructure in the treatment group increases from 2,5

(12,50%) in the age of 19 – 24 years old to 6,42

(26,52%) in the third age group (35 – 44 years old) and

in the fourth age group (45 years old and older) reduces

to 4,77 (18,37%). This decrease is happening due to the

increase in the number of extracted teeth. In the treat-

ment group “C” component of CFE index is stable

within four affected teeth in all age groups except

young employees where it is 2,4 affected teeth.

The number of filled teeth in the treatment group

is reduced by half from 15,0 in the first age group to

7,52 in the fourth group. In the experimental group “F”

component of CFE index is stable throughout all age

groups and is within 12-13 fillings per one examined

person.

The intensity indicator for odontoclasis is caused

by the number of extracted teeth. In the treatment group

the proportion of extracted teeth (E) according to

CFEindexin the first age group is 12,30% and increases

to 40,37% in the fourth age group (52,67%), i.e.it is

more than four times bigger. The number of extracted

teeth in the control group is 2,5 times less.

The number of extracted teeth in the treatment

group significantly exceeds the number of treated teeth

with age. One extracted tooth at a young age corre-

sponds to six treated teeth, and one extracted tooth cor-

responds to only 0,5treated one in the fourth age group.

In the control group throughout all age groups (except

group I where one extracted tooth corresponds to 13

treated ones) one extracted tooth corresponds to three –

four treated teeth.

Conclusion. The treatment and control groups in

the process of their examination were diagnosticated

having complicated caries that indicates insufficient

level of oral cavity sanation. However, this index in the

treatment group is bigger than the analogous one in the

control groups throughout I, II, III age groups by 3,90;

5,18; 2,63 times (p <0.05) respectively, and in group IV

the number of teeth with complicated caries 0,28 times

exceeds such number in the treatment group (p> 0.05)

compared to the control one.The complicated caries in

the control group is gradually developing till 34 (p>

0.05), and in the third age group (till 44) it abruptly in-

creases by three in comparison with the first age group.

Further, with age increasingit remains at the same level

(p> 0.05). The development dynamics of the compli-

cated caries in the treatment group looks differently–

firstlyincrease of the number of teeth with complicated

caries is diagnosed with double speed at the age till 34

(p <0.05), then the number of the affected teeth is ap-

proximately at the same level from 34 to 44 (p> 0.05),

after 44 sharp decrease of the affected teeth by 2,5 times

is diagnosed (p <0.05). We have conducted analysis of

the state of the teeth to be treated and extracted in order

to assess the complexity of the teeth affection by com-

plicated dental caries.

As the research results show, the number of teeth

with complicated caries to be treated in the first age

group both throughout the treatment and control groups

is the same and 1,75 times approximatelyexceeds the

number of teeth to be extracted. In the second age group

the number of teeth to be treatedand extracted in the

treatment group is almost the same and throughout the

control group the number of teeth to be treatedtwice ex-

ceeds the number of teeth subject to extraction. In the

fourth age group the percentage of teeth to be treated

both in the treatment and control groups is 10-15% less

than of teeth to be extracted.

This indicates approximately the same lack of den-

tal care request by the examined people, as well as in-

sufficient quality of treatment.

Slight increase in the number of filled teeth in the

treatment group is observed throughout the first to the

18,3

21,7223,63

25,91

14,6416,36

18,88 19,22

0

5

10

15

20

25

30

19-24 (2,1) 25-34 (7,5) 35-44 (10,2) 45 and older (20,4)

CF

E v

alu

e

Age group

CFE (E)


third age groups (from 0,66 to 1,66), with following de-

crease in the IV group to 1,6. The treatment group

showed such increase only in the second group to 3,33,

and the third and fourth age groups showed almost dou-

ble decrease in the number of filled teeth.

In addition, the quality of the fillings is rather

lowas at the age of 19-24 the control group showed that

17,37% of fillings require their replacement, and this

figure reaches 57,64% in the treatment group. At the

age from 25 to 34, the number of low quality fillings

further increases by 17,33%in the treatment group, and

by 18,27% in the control group. The older age group

showed the increase in the number of low-quality fill-

ings in both groups up to 50%, and their total number

is reduced.

The extent of dental health service among the total

number of the examined people is very low, almost

50% of initial carious affection is not treated. The qual-

ity of the fillings is "unsatisfactory". The combination

of these two indicators shows the complete lack of rou-

tine dental treatment. The treatment is only carried out

at 30% rate of the required extent upon the appeal for

such treatment. In our opinion, such a situation arose

due to the absence of clinical examination of the em-

ployees of the enterprises with hazardous production

factors.

The analysis of the number of extracted teeth, on

the one hand, characterizes the quality and scope of

dental care rendered to the patients. On the other hand

it characterizes fast progress of pathological processes

in the hard tissues of the tooth and parodentiumresult-

ing in their complete loss.

With age, the treatment group is characterised

with significant increase of the number of extracted

teeth and the dynamics of this growth is much faster

than in the control group.

Thus, the increase of the extracted teeth in the

treatment group is almost twice higher than in the con-

trol group (p <0.05), and proportion of the extracted

teeth within CFE in the treatment group is one and a

half times higher than in the control group.

The degree of caries expansion among the passen-

ger car attendants is 100% in all age groups, the number

affected teeth with caries depending on the length of

service and age ranges from 20,0 to 25,97. Only half of

teeth affected by cariesistreated. Depending on the age

from 12% to 53% of teeth are extracted.

Lack of prevention programs at high caries affec-

tion of teeth and its complications, high prevalence of

diseases of paradontresults in the increase of the need

for therapeutic, surgical and orthopedic treatment.In

this respect the treatment exclusively upon appeal is

conducted.

We recommend restoringthe programs ofdental

diseases prevention that would include dental education

of the employees, learning the rules of sensible nutri-

tion, learning the rules of the mouth cavityhygienic

care, secondary prevention (planned oral cavity sana-

tion), dispensary observation.

References

1. Exposure to rubber process dust and fume

since 1970s in the United Kingdom; influence of origin

of measurement data / M. Agostini, F. de Vocht, M. van

Tongeren [et al.] // J. Environ. Monit. – 2010. – Vol.

12, N 5. – P. 1170–1178.

2. Exposure to inhalable dust and its cyclohexane

soluble fraction since the 1970s in the rubber manufac-

turing industry in the European Union // Occup. Envi-

ron. Med. – 2008. – Vol. 65, N 6. – P. 384–391.

3. Mortality among rubber chemical manufactur-

ing workers / M. M. Prince, E. M. Ward, A. M. Ruder

[et al.] // Am. J. Ind. Med. – 2000. – Vol. 37, N 6. – P.

590–598.

4. Chronic occupational exposure to lead and its

impact on oral health / K. F. El-Said, A. M. El-Ghamry,

N. H. Mahdy, N. A. El-Bestawy // J. Egypt. Public

Health Assoc. – 2008. – Vol. 83, N 5-6. – P. 451–466.

5. Cancer mortality and occupational exposure to

aromatic amines and inhalable aerosols in rubber tire

manufacturing in Poland / F. de Vocht, W. Sobala, U.

Wilczynska [et al.] // Cancer Epidemiol. Biomarkers

Prev. – 2009. – Vol. 33, N 2. – P. 94–102.

6. Veys C. A. Bladder tumours in rubber work-

ers: a factory study 1946-1995 / C. A. Veys // Occup.

Med. – 2004. – Vol. 54. – P. 322–329.

7. Terekhov I. A. Hygienic assessment of work-

ing conditions and functional resistance in electric

power station workers / I. A. Terekhov // Gig. Sanit. –

2007. – N 2. – P. 35–39.

8. Swiatkowska B. The most common occupa-

tional pathologies in Poland and methods of their pre-

vention / B. Swiatkowska // Med. Pr. – 2010. – Vol.

61,N 6. – P. 661–669.

9. The relationship between occupational expo-

sure to lead and manifestation of cardiovascular com-

plications in persons with arterial hypertension / R.

Poreba, P. Gac, M. Poreba, R. Andrzejak // Toxicol.

Appl. Pharmacol. – 2010. – Vol. 249, N 1. – P. 41–46.

10. A database of exposures in the rubber manu-

facturing industry: design and quality control / F. de

Vocht, K. Straif, N. Szeszenia-Dabrowska [et al.]

Ann. Hyg. – 2005. – Vol. 49, N 8. – P. 691–701.

11. Designing an international industrial hygiene

database of exposures among workers in the asphalt in-

dustry / I. Burstyn, H. Kromhout, P. J. Cruise [et al.] //

Ann. Occup. Hyg. – 2000. – Vol. 44. – P. 57–66.

12. Dost A. A. Exposure to rubber fume and rub-

ber process dust in the general rubber goods, tyre man-

ufacturing and retread industries / A. A. Dost, D. Red-

man, G. Cox // Ann. Occup. Hyg. – 2000. – Vol. 44. –

P. 329–342.

13. Jan J. Polychlorinated biphenyls cause devel-

opmental enamel defects in children / J. Jan, V. Vrbic

// Caries Res. – 2000. – Vol. 34. – P. 469–473.

14. Madore F. Periodontal disease: a modifiable

risk factor for cardiovascular disease in ESRD patients

/ F. Madore // Kidney Int. – 2009. – Vol. 75, N 7. – P.

672–674.

15. Van Dyke T. E. Risk factors for periodontitis /

T. E. Van Dyke, D. Sheilesh // J. Int. Acad. Periodontol.

– 2005. – Vol. 7, N 1. – P. 3–7.

16. Wingren G. Mortality in a Swedish rubber tire

manufacturing plant: occupational risks or an "un-

healthy worker" effect? / G. Wingren // Am. J. Ind.

Med. – 2006. – Vol. 49, N 8. – P. 617–623.


ОСНОВИ РАЦІОНАЛЬНОГО ХАРЧУВАННЯ, УМОВИ ПРОЖИВАННЯ ТА ГІГІЄНА

ПОРОЖНИНИ РОТА ЯК ФАКТОРИ ПОПЕРЕДЖЕННЯ ВИНИКНЕННЯ СТОМАТОЛОГІЧНОЇ

ПАТОЛОГІЇ.

Мандзюк Т.Б.



Гончаренко В.А.



THE PRINCIPLES OF RATIONAL DIET, LIVING CONDITIONS AND ORAL HYGIENE AS FACTORS TO PREVENT DENTAL PATHOLOGY

Mandziuk T.B.



Goncharenko V.A.



Анотація

В останні роки стоматологічна наука різних напрямків швидко розвивається, переймаючи досвід за-

кордонних нововведень. Проте, не дивлячись на впровадження високотехнологічних методів лікування

стоматологічних захворювань, загальнодоступні методи попередження виникнення стоматологічної пато-

логії часто залишаються у забутті. Одним із пріоритетних напрямків сучасної стоматології є турбота про

стан підростаючого покоління. Вивчення структури стоматологічної захворюваності, а також виявлення

факторів ризику найбільш поширених стоматологічних захворювань сприяють прогнозуванню їх ди-

наміки і диференційованому впровадженню програм профілактики розвитку патологічних процесі

Abstract

In recent years stomatology science has developed in different directions adopting practices of foreign inno-

vations. Although, in spite of introducing highly technological methods of treatment of dental diseases, generally

accepted methods to prevent dental pathology often remain forgotten. One of the priority directions of modern

stomatology is care of young generation. Learning the structure of dental sickness and detection of risk factors of

the most spread dental diseases promote to prognosticate their dynamics and differential introduction of the pro-

grams preventing the development of pathological processes.

Ключові слова: стоматологічні захворювання, профілактика, соціально-гігієнічні умови.

Keywords: dental diseases, prevention, social-hygienic conditions.

Профілактика стоматологічних захворювань

залишається одним з найбільш актуальних напрям-

ків стоматології дитячого віку. Важливість питання

зниження інтенсивності та поширеності захво-

рювань порожнини рота у дітей, а саме карієсу та

його ускладнень визначається складним

взаємозв’язком стоматологічних захворювань їз за-

гально-соматичною патологією дитини. Оскільки

досить часто наявність патологічних змін порож-

нини рота та твердих тканин зубів може спричи-

нити появу захворювань нирок, серця, печінки,

шлунково-кишкового тракту та інших органів та

систем[2, с.267].

Для профілактики карієсу у дітей важливим яв-

ляється надходження в організм достатньої кіль-

кості солей кальцію, фосфору, фтору та інших

мікроелементів, а також вітамінів під час вагіт-

ності. Мікроелементи містяться в морскій капусті,

м’ясі кроля, морскій рибі, горіхах та ін.. Потреба в

даних речовинах значно зростає з 4-го місяця вагіт-

ності. Існують спеціально розроблені композиції

вітамінів і мінералів для вагітних жінок, призна-

чення яких є виправданим[ 3, с.125].

Велике значення у формуванні резистентності

твердих тканин зубів до каріозного процесу має

стан здоров’я дитини на першому році життя і

раціон харчування в даний період. Найкращим про-

дуктом для новонародженого являється грудне мо-

локо матері. Природнє вигодовування забезпечує

організм всіма необхідними речовинами і не потре-

бує корекції. У випадку штучного вигодовування

потрібно максимально компенсувати його

недоліки[ 6, С. - 240].

Дитячий організм, що росте та розвивається ,

особливо у віці 10-14 років, коли значно збіль-

шується ріст, маса тіла та відбувається завершення

формування постійного прикусу, потребує підви-

щеного надходження солей кальцію, вітамінів,

білків, фтору. Тому раціон харчування повинен

бути збалансованим як в кількісному, так і в

якісному складі.

Діти старшого віку і дорослі повинні спожи-

вати протягом дня в середньому 80-100 г білків,

400-500 г вуглеводів, 80-100 г жирів (у тому числі

10% рослинних жирів), до 0,1 г вітамінів, до 20 г

солей (у тому числі 10 г кухонної солі).


Дефіцит білкової їжі в період розвитку зуба

може призводити до порушення структури емалі,

що формується. Особлива роль належить

незамінним амінокислотам (аргінін, лізин, аланін,

гліцин, пролін, тирозин), обмін яких порушується

при карієсі. [ 6, с. 520]

Певне значення має збалансованість мінераль-

ного складу харчових продуктів, а саме: оптималь-

ним є співвідношення кальцію і фосфору від 4:5 до

1:1,5, магнію і кальцію — від 1:3 до 1:2. Надлишок

фосфору і жирів пригнічує засвоєння кальцію, а

білків і магнію — активізує його. Найбільш збалан-

сованим щодо вмісту кальцію, фосфору і жирних

кислот є козине молоко та його продукти; щодо

кальцію і фосфору — абрикоси, персики, вишня,

слива, черешня, морська та річкова риба; щодо

кальцію, фосфору і магнію — яблука, редис, ква-

соля, гарбуз, капуста білокачанна, риба. Найбільша

кількість водорозчинних сполук фтору міститься у

вищих сортах чаю і морській капусті. Велика кіль-

кість мікроелементів міститься в морепродуктах.

Найкращим джерелом кальцію є молоко та мо-

лочні продукти, які сприяють повноцінній міне-

ралізації емалі. Вміст кальцію в молоці становить

120 мг%,у сирі – 135 мг%, у сирковій масі – 95-160

мг%; 0,5 л молока забезпечує добову потребу ди-

тини (школяра) в кальції. Джерелом кальцію також

є бобові, горіхи, яєчний порошок, вівсяна крупа,

м'ясо, овочі, фрукти.

Найнесприятливіший вплив на тверді тканини

зубів чинять вуглеводи, більшість з яких (сахароза,

фруктоза, глюкоза) легко ферментується мікроор-

ганізмами зубного нальоту з утворенням ор-

ганічних кислот, здатних посилювати процеси

демінералізації емалі. З метою зниження карієсо-

генного потенціалу вуглеводів слід рекомендувати

дітям зменшити загальну кількість вживаного

цукру, частоту вживання цукру та інших вугле-

водів; не утримувати довго в ротовій порожнині со-

лодку їжу (льодяники, карамель тощо); по можли-

вості замінювати легко ферментовані вуглеводи на

такі, що не метаболізуються бактеріями ротової по-

рожнини — сорбітол, ксилітол, цикла-мат, аспар-

там, сахарин.

Найбільший негативний вплив на тверді тка-

нини зубів мають вуглеводи, більшість яких легко

ферментуються мікроорганізмами зубного нальоту

з утворенням органічних кислот, що здатні пдсилю-

вати процеси демінералізації емалі.[ 3, с. – 126-

128.]

Мета дослідження. Метою нашого до-

слідження було дослідити стан твердих тканин

зубів, тканин пародонта та гігієнічний стан порож-

нини рота у дітей, що мають можливість проживати

у різних соціально-гігієнічних умовах, а також шля-

хом проведення санітарно-просвітньої роботи зі

школярами, навчити правильно та раціонально до-

глядати за порожниною рота та зубами, адже незва-

жаючи на стрімкий розвиток стоматології та пошук

нових ефективних методів та засобів лікування за-

хворювань порожнини рота, їх поширеність зали-

шається, як і раніше високою. Тому пріоритетним у

сучасній стоматологічній практиці залишається

вивчення та впровадження аспектів профілактики

та попередження розвитку карієсу та його усклад-

нень.

Матеріали і методи. Одним із таких методів є

санітарно-просвітницька робота серед населення.

Особливої уваги потребують діти середнього

шкільного віку, так як саме в цьому віці відбу-

вається формування постійного прикусу, та станов-

лення зубо-щелепної системи вцілому.

В останні роки широкого розповсюдження

набуло проведення «Уроків здоров’я», студентами

стоматологами в дошкільних закладах, школах, ін-

тернатах. Суть цих уроків полягає в наочному де-

монструванні студентами правил чищення зубів та

догляду за ротовою порожниною.

Традиційним є проведення таких тематичних

заходів у м. Чернівці та області. Студенти 3-го

курсу стоматологічного факультету під керів-

ництвом асистентів кафедри стоматології дитячого

віку організовують проведення подібних заходів.

Під час проведення «Уроку здоров’я» студенти в

ігровій формі, перевтілюючись у казкових персо-

нажів, розповідають школярам про правила чи-

щення зубів, особливості догляду за ротовою по-

рожниною у різні вікові періоди. Важливим етапом

є ознайомлення дітей з засобами та предметами

гігієни порожнини рота, актуальністю та правиль-

ністю їх використання за призначенням. Студенти

демонструють відеоматеріали , що відповідають те-

матиці заходу, що проводиться.

Після цього усіх дітей пригощають фруктами,

та розповідають про корисний вплив правильного

харчування на здоров’я в цілому та зубів зокрема.

Проводиться опитування школярів по тематиці

проведеного уроку. Ті з дітей, хто правильно дає

відповідь на запитання отримує подарунок для до-

гляду за ротовою порожниною.

Також дітям роздають ілюстровані рекомен-

дації щодо правильного чищення зубів та раціо-

нальному харчуванні. Не варто забувати про те, що

їжа – це важливий фактор самоочищення порож-

нини рота, природного очищення від м’якого зуб-

ного нальоту

Так як, проведення подібних заходів уже є си-

стематичним, цього разу нами вирішено провести

детальний аналіз ефективності подібних заходів.

було проведене письмове анкетування дітей та їх

батьків. Основними питаннями анкети для дітей

були місце та умови проживання дітей, характер

харчування, проведення профілактичних оглядів

порожнини рота, вибір предметів та засобів до-

гляду за порожниною рота.

До основної досліджуваної групи ввійшли 82

дітей віком 12 – 14 років, що навчаються в загаль-

ноосвітній школі м. Чернівці. Контрольну групу

склали 20 дітей-сиріт, того ж віку, що живуть та

навчаються у школі-інтернаті.

Результати дослідження. Незважаючи на ви-

соку інформованість та можливості сучасного сус-

пільства 60-80% дітей шкільного віку мають неза-

довільний стан гігієни порожнини рота, що свід-

чить про недотримання ними гігієнічних правил

догляду за порожниною рота. Це зумовлено не


тільки нерегулярним доглядом, але й відсутністю

навиків правильного чищення зубів та вибору

гігієнічних засобів.

Після проведення детального аналізу анкетних

даних було встановлено, що діти котрі проживають

у сім’ї володіють більш детальнішою інформацією

та можливістю ширшого використання різноманіт-

них сучасних засобів догляду за порожниною рота.

Також серед них є велика кількість дітей, що мають

можливість користуватися послугами приватних

лікарів стоматологів, проводити професійну гієну

порожнини рота. Діти вільно володіють інфор-

мацією щодо вибору особистих засобів та пред-

метів гігієни порожнини рота, дають чітку характе-

ристику правил використання додаткових

профілактичних методів догляду за ротовою по-

рожниною.

Аналіз анкетування дітей-сиріт показав до-

статній рівень проінформованості дітей щодо пра-

вил використання предметів та засобів гігієнічного

догляду. Проте нами було відмічено відсутність

можливості використання додаткових предметів та

засобів індивідуальної гігієни порожнини рота, не-

достатність вживання їжі, що містить кальцій та

вітаміни, що чинять безпосередній вплив на попе-

редження виникнення стоматологічної патології.

Важливим було відзначити той факт, що діти не

мали можливості індивідуального навчання прави-

лам догляду за порожниною рота, що в свою чергу

позначилося на погіршенню стану гігієни порож-

нини рота.

Досвід показує, що необхідний рівень

гігієнічних навиків та систематичний і правильний

догляд за порожниною рота у дітей можна забезпе-

чити тільки при правильній співпраці стоматологів,

вчителів, батьків та самих дітей.

Висновки. Профілактика стоматологічних за-

хворювань вкрай важлива. Вона, як правило, вклю-

чає дві складові частини - це щоденна гігієна по-

рожнини рота і зубів і регулярне проходження сто-

матологічного огляду. Кожна складова

профілактики стоматологічних захворювань перед-

бачає свої особливості.

Загальна профілактика, що не припускає вико-

ристання лікарських препаратів заснована на пра-

вильному раціоні харчування, до складу якого вхо-

дить достатня кількість білкової їжі, амінокислот,

мікроелементів і вітамінних сполук. Особливо важ-

ливо налагодити режим харчування у дітей при

прорізуванні зубів. Харчування має містити про-

дукти, багаті кальцієм і фтором. Загальна профілак-

тика, що передбачає вживання лікарських препа-

ратів включає вживання в їжу вітамінних добавок,

а також збалансованих комплексів на основі фтору

і кальцію. Такі добавки та вітаміни приймаються

чітко позначеними курсами. Тривалість кожного

курсу залежить від віку і стану зубів пацієнта.

До місцевої профілактики стоматологічних за-

хворювань, при якій не використовуються ліки

належить, ретельне пережовування їжі, грамотна

гігієна порожнини рота та зубів, необхідність вико-

ристання як профілактичних, так і лікувальних зуб-

них паст. Місцева профілактика, що передбачає ви-

користання лікарських препаратів передбачає вико-

ристання місцевих зміцнювальних препаратів

кальцію і фтору, що можуть випускатися у формі

гелів та паст і застосовуються у вигляді аплікацій

або для втирання.

Для підвищення ефективності профілактичних

заходів призначають вживання препаратів фтору.

Ендогенне призначення фторидів для профілактики

карієсу потребує регулярного контролю і дотри-

мання запобіжних заходів. Добова доза таблетова-

ного фториду натрію розраховується з урахуванням

віку дитини і концентрації фтору в питній воді. В

цьому випадку знижується ураженість карієсом

постійних зубів.

Слід пам'ятати, що чим раніше розпочато

профілактичні заходи, тим вони будуть ефек-

тивнішими, простішими і дешевшими. Проведення

первинної профілактики - це хороша інвестиція в

себе, а для держави і велика економія. Дбайливий

догляд за порожниною рота, виконання всіх реко-

мендацій стоматолога дійсно дозволяють зберегти

здоров'я зубів і ясен, попередити виникнення

карієсу та його ускладнень.

Список література

1. Захворюваність на карієс постійних зубів у

дітей залежно від вмісту фтору у питній воді та на-

явності флюорозу./Л. Ф. Каськова, Л. І. Амосова//

Вісник проблем біології і медицини. – 2015. №2

(119). – с.101-103.

2. Каськова Л.Ф., «Профілактика стомато-

логічних захворювань»., - 2011.

3. Персин Л.С., «Стоматология детского воз-

раста».-М.: Медицина. – 2003. – 640с.

4. Стан стоматологічної допомоги населенню

України та перспективи її розвитку ./В. Ф. Моска-

ленко// Вісник стоматології. – 2000. №2. – с.54-56.

5. Урок стоматологічного здоров’я як скла-

дова гігієнічного навчання та виховання у дітей

шкільного віку ./М. М. Якимець// Вісник проблем

біології і медицини. – 2015. №2 (119). – с.267-270.

6. Хоменко Л. А., «Терапевтическая стомато-

логия детского возраста»., Книга плюс – 2007.


КЛІНІЧНІ РЕЗУЛЬТАТИ КОМПЛЕКСНОЇ ТЕРАПІЇ У ХВОРИХ НА ГЕНЕРАЛІЗОВАНИЙ

КАТАРАЛЬНИЙ ГІНГІВІТ З ХРОНІЧНИМ ТА ЗАГОСТРЕНИМ ПЕРЕБІГОМ

Шостенко А.А.



CYTOKINE STATUS INDICES IN PATIENTS SUFFERING FROM GENERALIZED CATARRHAL GINGIVITIS AND THE WAYS OF ITS CORRECTION

Shostenko А.А.



Анотація

У даній статті наведені отримані клінічні результати комплексного лікування у 82 хворих на гене-

ралізований катаральний гінгівіт з хронічним та загостреним перебігом. На основі динаміки змін

папілярно-маргінально-альвеолярного індексу (РМА), спрощеного індексу гігієни (OHI - S), індексу кро-

воточивості Мюллемана, Коуела встановлювали об’єктивний стан порожнини рота та ясен у даних груп

пацієнтів. Розроблено та впроваджено комплексну терапію, яка передбачає використання на різних етапах

лікування професійних гігієнічних заходів, протизапальних, антибактеріальних, імуномоделюючих препа-

ратів та пробіотиків. В роботі встановлено, що запропонований метод лікування позитивно впливає на

динаміку змін клінічних показників генералізованого катарального гінгівіту у всіх групах пацієнтів.

Abstract

The article presents the results obtained during investigation of the cytokine system indices before and after

a comprehensive treatment in 82 patients suffering from generalized catarrhal gingivitis with chronic and exacer-

bated form. The content of ІЛ-4, ІЛ-1β and ФНП-α concentration was determined in the oral fluid by means of

reagent sets «Protein contour», «Cytokine» (ST. Petersburg, Russia) with the method of solid-phase immune-

enzyme analysis. A comprehensive therapy is developed and introduced assuming the use of professional hygienic

measures, anti-inflammatory, antibacterial, immune-modeling preparations and probiotics at different stages of

treatment. A positive dynamics of the cytokine system indices was found to be more obvious concerning the cy-

tokines studied in those patients with exacerbated course of generalized catarrhal gingivitis due to the application

of the suggested method of a comprehensive treatment.

Ключові слова: катаральний гінгівіт, імунокорегуюча терапія, пародонт, етіотропне лікування, запа-

лення.

Keywords: catarrhal gingivitis, immune-correcting therapy, periodontium, cytokines, inflammation.

Однією з найбільш поширених патологій тка-

нин пародонту, особливо в осіб молодого віку, є ка-

таральний гінгівіт, про що свідчать численні до-

слідження вітчизняних та зарубіжних авторів

[1,2,3,].

Особливу стурбованість у лікарів-стомато-

логів викликає схильність хронічного запалення в

тканинах ясен до частих загострень, що посилюють

клінічні прояви катарального гінгівіту та вимага-

ють розширення арсеналу медикаментозного ліку-

вання, яке не завжди успішне [4,5]. До теперішнь-

ого часу основою традиційного лікування захво-

рювання є професійні гігієнічні втручання та

місцева антибактеріальна терапія хлоргексидин-

вмісними засобами, що, доводиться визнати, вияв-

ляється не завжди ефективним, особливо у хворих

з загостреним перебігом генералізованого ката-

рального гінгівіту. Вищевикладене спонукає до по-

шуку шляхів та методів, що підвищують ефек-

тивність традиційної терапії генералізованого ката-

рального гінгівіту.

Мета дослідження – вивчення клінічних ре-

зультатів комплексної терапії у хворих на гене-

ралізований катаральний гінгівіт з хронічним та за-

гостреним перебігом.

Матеріали та методи дослідження. В до-

слідженні приймало участь 82 пацієнтів у віці від

19 до 31року, жінок – 44 (54,7%), чоловіків – 38

(45,3%). Залежно від клінічного прояву захво-

рювання всі хворі на І етапі дослідження були

розділені на дві групи: І – група – 33 хворих на

хронічний генералізований катаральний гінгівіт; ІІ

– група – 49 пацієнтів з загостреним перебігом за-

хворювання. Групи формувалися ідентично за

віком і статтю. Встановлення діагнозу та диферен-

ційної діагностики даного захворювання базува-

лося на загальноприйнятих вітчизняних кла-

сифікаціях запальних захворювань тканин паро-

донту. В дослідженні приймали участь пацієнти з

підтвердженим клініко-рентгенологічним діагно-

зом генералізований катаральний гінгівіт та не

мали в анамнезі загально-соматичних захворювань.

У всіх пацієнтів було отримано інформаційну згоду

на участь в дослідженні.

На етапі клінічної апробації розроблених схем

лікування (ІІ етап дослідження) хворі ІІ групи з за-

гостреним перебігом захворювання були розділені

на рівнозначні за статево-віковим складом та

клінічною картиною підгрупи – основну (ІІ-б, 27

осіб), де застосовували розроблені методики ліку-

вання, та порівняння, з використанням традиційних


лікувальних схем (ІІ-а, 22 особи) у яких надалі вив-

чалася порівняльна ефективність традиційного та

запропонованого методів комплексної терапії

Всім хворим проводилось ідентичне клінічне

обстеження, що включає з’ясування скарг, збір

анамнезу, візуальну та інструментальну оцінку сто-

матологічного статусу. Визначали зубну формулу,

стан прикусу, твердих тканин зуба, вуздечок, на-

явність зубних відкладень та їх консистенцію, стан

слизової оболонки ясен (кровоточивість, гіперемія,

набряк, ціаноз).

Об’єктивний стан порожнини рота та ясен на

етапі відбору пацієнтів, після проведеного ліку-

вання та у віддалені строки, після закінчення ліку-

вальних заходів, встановлювали на основі динаміки

наступних тестів: спрощеного індексу гігієни по-

рожнини рота (OHI – S) (Simplified Oral Hydiene

Index) за J.C. Green, J.R.Vermillion (1960), індексу

кровоточивості (ІК) Мюлемана (H. Muhlemann,

1971), в модифікації Коуела (I. Cowell, 1975),

папілярно-маргінально-альвеолярного індексу

(РМА) (Parma, 1960) [6,7].

Разом із загально-клінічним обстеженням в ро-

боті використовувалася стандартна цифрова орто-

пантомографія з наступним вивченням отриманих

знімків на персональному комп'ютері для об'єк-

тивнішої оцінки стану кісткових тканин альвеоляр-

них відростків в ділянці міжкоміркових перетинок.

З урахуванням виявлених етіологічних і пато-

генентичних ланок захворювання, для кожної з

виділених груп були розроблені програми віднов-

ного лікування та наступних підтримуючих ліку-

вально- профілактичних заходів, що передбачають

їх етапне проведення.

На підготовчому етапі у пацієнтів І, ІІ-а та ІІ-б

груп місцеве лікування ГКГ проводили по єдиному

плану, здійснювали професійні гігієнічні заходи в

комплексі з зрошуванням міжзубних проміжків та

аплікації слизових оболонок ясен хлоргексидин-

вмісними засобами.

На другому етапі лікування хворі першої

групи (33 особи) отримували базове лікування:

стандартну антибактеріальну терапію, їм прово-

дили щоденну обробку слизової оболонки ясен, з

акцентом на міжзубні проміжки, 0,05% розчином

хлоргексидину з наступною аплікацією на місця ло-

калізації запалення асептичної гелеподібної пасти

"Парагель" на 1,5 – 2 години. Для відновлення

біоценозу ясенної борозни хворим на хронічний ге-

нералізований катаральний гінгівіт призначали

пробіотик («Біфідобактерин» по 5 доз 2 рази на

добу, курсом до 10 днів). Імунокорекцію у пацієнтів

I групи починали одночасно з антибактеріальною

терапією. Використовували інтерфероногенний ре-

комбінантний препарат («Циклоферон» перо-

рально, по 300 мг. на добу, курсом до 10 днів).

У ІІ-а групі пацієнтів (22 особи – група

порівняння) з загостреним перебігом хронічного ге-

нералізованого катарального гінгівіту використо-

вувалася аналогічна антибактеріальна та імуноко-

регуюча терапія за тією ж програмою, що й у

пацієнтів I групи.

Схема комплексної терапії, що застосовува-

лась у 27 пацієнтів II-б групи (основна група), пе-

редбачала розширення арсеналу використовуваних

засобів етіологічного лікування. Разом з антибак-

теріальними препаратами, що використовувались

місцево, призначався нестероїдний протизапаль-

ний препарат «Німесил» по 1 дозі 2 рази на добу,

курсом до 7 днів; антибіотик «Амоксиклав» по

500/125 мг. 2 рази добу, курсом до 7 днів; пробіотик

«Біоспорин» перорально по 2 флакони 2 рази на

день за 30 хвилин до їжі, курсом до 10 днів. Після

ліквідації активного запального процесу в яснах ви-

користовувався імунокоректор «Лікопід» по 1 мг на

добу, курсом до 10 днів.

Третій завершальний етап включав профілак-

тику рецидивів захворювання у віддаленому

періоді після лікування, шляхом здійснення про-

фесійних гігієнічних заходів та повторного курсу

загальної або локальної імунокорекції лікопідом,

через кожні 6 місяців після завершення комплекс-

ного лікування.

Статистичну обробку даних проводили за до-

помогою пакету програм STATISTICA 6.0 Stat Soft

Ine, USA на персональному комп'ютері в середо-

вищі Windows з використанням табличного проце-

сора Microsoft Excel 2000. Для оцінки вирогідності

відмінності показників між групами обчислювали t-

критерій Стьюдента [8].

Результати дослідження та їх обговорення.

Аналіз регресії основних суб'єктивних і об'єктив-

них клінічних ознак ГКГ показав, що в процесі ви-

конаних на початковому етапі лікування професій-

них заходів та використання хлоргексидин-вмісних

антибактеріальних препаратів клінічний стан ясен

значно покращав вже після 2-3 процедури у хворих

усіх груп. В той же час, під впливом описаних ліку-

вально-профілактичних і гігієнічних заходів, пов-

ної ліквідації запального процесу в тканинах ясен

досягти не вдалося, що підтверджувалося даними

динамічного спостереження за зміною ясенних ін-

дексів. З наведених в таблиці 1. даних видно, що

після завершення I етапу (після 3-4 процедур)

найбільша тенденція до нормалізації ясенних ін-

дексів виявлена у хворих I групи, у меншій мірі - у

хворих II-а і II-б групах.


Таблиця 1.

Показники ясенних індексів у пацієнтів I, II-а та II-б груп після першого етапу лікування (М±м)

Пародонтальні індекси Групи обстежених

I група (n=33) II-а група (n=22) II-б группа (n=27)

Індекс гігієни Green-Vermillion ( ум.од.) 0,67±0,02* 0,91±0,04*** 0,94±0,04*

**

ІК(ум.од.) 1,2±0,08* 1,5±0,1*** 1,44±0,1*

**

Індекс PMA % 16,7±0,5* 34,4±2,1 *** 36,8±1,9***

Примітки: * р<0,05 - достовірно в порівнянні з початковим рівнем;

** р<0,05 - достовірно в порівнянні з рівнем I групи лікування.

На II етапі лікування досягти ліквідації запаль-

ного процесу ("одужання") у більшості пацієнтів I

групи (у 93,5% випадків) вдалося вже на 6-7 день.

Після проведеного комплексного лікування у

пацієнтів I групи значення індексів, що характери-

зують стан ясен наблизилося до значень близьких

до норми: ІГ- 0,28±0,03; ІК - 0,12; РМА - 0,73±0,01.

При аналізі клінічних показників в динаміці

лікування ГКГ в стадії загострення відмічений та-

кож позитивний результат і у хворих II-а і II-б груп.

Вже на 3-4 день комплексної терапії усі пацієнти

відмічали поліпшення стану ясен: зник біль, змен-

шилась кровоточивість, гіперемія та набряк. Пози-

тивні результати були досягнуті у 81,8% пацієнтів

II-а групи і у 96,3% хворих II-б групи. У тих випад-

ках, коли після лікування зберігалися ознаки запа-

лення в тканинах ясен після здійснення 2-х етап-

ного лікування, було виявлено різке стихання пато-

логічних проявів. Основні переваги розробленої

програми комплексного лікування загостреного

ГКГ, що апробується в II-б групі, були обумовлені

швидким та повним регресом основних симптомів

захворювання. Нормалізація кольору та структури

ясен, відсутність болю і кровоточивості досягалися

значно швидше, ніж у пацієнтів II-а групи (в се-

редньому на 5,9±0,3 дня) і у більшого числа про-

лікованих.

Найкращий протизапальний ефект у хворих II-

б групи можливо був отриманий за рахунок додат-

кового введення в лікувальний комплекс на дру-

гому етапі етіотропного препарату біоспорину в

комбінації з антибіотиком амоксиклавом та проти-

запальним засобом німесилом.

Значення індексу гігієни вказували на хоро-

ший гігієнічний стан порожнини рота (0,6±0,03),

показники індексу кровоточивості та РМА

відповідали нормі в групі пацієнтів, що ліковані за

розробленою методикою і в основному наближа-

лися до нульових значень у 96,3% хворих безпосе-

редньо після лікування. В той же час, незважаючи

на усі позитивні ефекти в процесі лікування, після

завершення терапії у пацієнтів II-а групи нор-

малізація ясенних індексів від початкових спо-

стерігалася у 86,4% хворих, у інших відмічено

лише поліпшення ясенного статусу.

Диспансерні спостереження у віддалені

терміни продемонстрували, що результати ком-

плексної терапії хронічного ГКГ (I група) та ГКГ в

стадії загострення (II-а, II-б групи), що досягнуті за-

вдяки використанню відібраних нами лікарських

препаратів на різних етапах лікування, у хворих

усіх груп упродовж 6-12 місяців залишалися

стабільними. У ці терміни клінічні ознаки реци-

дивів захворювання були відсутні у переважного

числа пацієнтів (у 93,3%), випадків резорбції

верхівок міжзубних перетинок не було.

Висновки

1. Розроблено та впроваджено метод ком-

плексної поетапної терапії, що передбачає викори-

стання професійних гігієнічних втручань, антибак-

теріальних, протизапальних та імуномоделюючих

засобів, що застосовується в певній послідовності,

в лікуванні генералізованого катарального

гінгівіту.

2. Отримані клінічні результати етапного ліку-

вання хронічного та загостреного ГКГ довели, що

ліквідація запального процесу, і як прояв цього,

нормалізація ясенних індексів в стислі терміни

відбувається тільки у пацієнтів I і II-б груп.

3. Найбільш висока ефективність комплекс-

ного етапного лікування спостерігалась у хворих II-

б групи з загостреним проявом захворювання, це

очевидно пов'язано з додатковим використанням на

етапах комплексної терапії препаратів, що мають

протизапальну (Німесил) та етіотропну (пробіотик

Біоспорин) дію, в комбінації з антибіотиком Амок-

сиклавом та імунокоректором Лікопідом, що вима-

гало підтвердження як мікробіологічними, так і

імунологічними динамічними дослідженнями.

Список літератури

1. Cochran D.L. Inflammation and bone loss in

periodontal disease / D.L.Cochran //J Periodontol.–

2008.– Vol. 79.–№8.–P. 1569–1576.doi:

10.1902/jop.2008.080233

2. Антомонов М.Ю. Математическая обра-

ботка и анализ медико-биологических данных /

М.Ю. Антомонов // К.: Фірма малого друку, 2006.-

508 с.

3. Безрукова И.В. Клинико-лабораторная

оценка эффективности лечения пациентов с быст-

ропрогрессирующим гингивитом // Пародонтоло-

гия. -2003.- №1.- С. 3-7.

4. Белоклицкая Г.Ф. Значение объективных

клинических индексов в пародонтальной диагно-

стике / Г. Ф. Белоклицкая, А. А. Пети, Л. Г. Сандыга

// Зб. наук. праць співробітників КМАПО ім. П. Л.

Шупика. - К., 1999. - Вып. 8, кн. 1. - С. 218-228.

5. Грудянов А.И. Заболевания пародонта /

А.И. Грудянов. – М.: МИА. – 2009.– 336 с.

6. Кулаков, А.А. Роль защитных факторов ор-

ганизма в патогенезе воспалительных заболеваний

пародонта / А.А. Кулаков, О.А. Зорина, О.А. Бори-

скина // Стоматология. – 2010. - №6. – с.72-77.


7. Мащенко І.С. Запальні та дистрофічні за-

хворювання пародонта: навч. посіб. / І.С. Мащенко.

– Днепропетровск: АРТ-ПРЕС, 2003. – 244 с.

8. Теблоева, Л.М. Остеоиммунология и пара-

донтит / Л.М. Теблоева, К.Г. Гуревич // Патологи-

ческая физиология и экспериментальная терапия. –

2014. - № 3. - С. 67-72.

ПОКАЗНИКИ ЦИТОКІНОВОГО СТАТУСУ У ХВОРИХ НА ГЕНЕРАЛІЗОВАНИЙ

КАТАРАЛЬНИЙ ГІНГІВІТ ТА ШЛЯХИ ЙОГО КОРЕКЦІЇ

Шостенко А.А.



CYTOKINE STATUS INDICES IN PATIENTS SUFFERING FROM GENERALIZED CATARRHAL GINGIVITIS AND THE WAYS OF ITS CORRECTION

Shostenko А.А.



Анотація

У даній статті наведені отримані результати дослідження показників цитокінової системи до і після

комплексного лікування у 82 хворих на генералізований катаральний гінгівіт з хронічним та загостреним

перебігом. Вміст концентрації ІЛ-4, ІЛ-1β і ФНП-α визначали в ротовій рідині наборами реагентів «Про-

теиновый контур», «Цитокин» (Санкт-Петербург, Росія) методом твердофазного імуноферментного ана-

лізу. Розроблено та впроваджено комплексну терапію, яка передбачає використання на різних етапах лі-

кування професійних гігієнічних заходів, протизапальних, антибактеріальних, імуномоделюючих препа-

ратів та пробіотиків. В роботі встановлено, що позитивна динаміка показників цитокінового профілю

більш чітко прослідковувалась, по відношенню до вивчаємих цитокінів, у хворих з загостреним перебігом

генералізованого катарального гінгівіту, за рахунок використання в них запропонованого методу компле-

ксного лікування.

Abstract

The article presents the results obtained during investigation of the cytokine system indices before and after

a comprehensive treatment in 82 patients suffering from generalized catarrhal gingivitis with chronic and

exacerbated form. The content of ІЛ-4, ІЛ-1β and ФНП-α concentration was determined in the oral fluid by means

of reagent sets «Protein contour», «Cytokine» (ST. Petersburg, Russia) with the method of solid-phase immune-

enzyme analysis. A comprehensive therapy is developed and introduced assuming the use of professional hygienic

measures, anti-inflammatory, antibacterial, immune-modeling preparations and probiotics at different stages of

treatment. A positive dynamics of the cytokine system indices was found to be more obvious concerning the

cytokines studied in those patients with exacerbated course of generalized catarrhal gingivitis due to the application

of the suggested method of a comprehensive treatment.

Ключові слова: катаральний гінгівіт, імунокорегуюча терапія, пародонт, цитокіни, запалення.

Keywords: catarrhal gingivitis, immune-correcting therapy, periodontium, cytokines, inflammation.

Відомо, що в процесі реалізації запалення в

тканинах пародонту приймає участь низка локаль-

них імунних механізмів, а його розвиток є резуль-

татом складної міжклітинної кооперації, в якій ва-

жливе місце відводиться неспецифічним грануло-

цитам та макрофагам.

Секреція активованими фагоцитуючими кліти-

нами великого набору біологічно-активних речо-

вин, медіаторів клітинної взаємодії (ІЛ-1, ІЛ-1β,

ФНП-α тощо), потенціює надходження нових нейт-

рофілів та моноцитів-макрофагів у місце запалення.

Вказані процеси мають вирішальне значення в по-

чатковій стадії розвитку імунної відповіді.

Відомо, що цитокіни продукуються клітинами

моноцитарно-макрофагальної ланки та лімфоци-

тами під час виникнення запального процесу. Вони

стимулюють розвиток імунної відповіді та забезпе-

чують міжклітинну кооперацію [1], але в деяких ви-

падках виходять за межі тільки медіаторних функ-

цій, а набуваючи системного характеру, запускають

каскад патологічних реакцій [2]. Доведено, що на-

копичення в сироватці крові та змішаній слині про-

запальних та зниження протизапальних цитокінів, є

провідним фактором патогенезу запальних та де-

структивних процесів в організмі [3].

На сьогоднішній день затвердилось положення

про те, що формування запально-деструктивного

процесу в пародонті пов’язано з вираженим підви-

щенням рівня в крові та в ротовій рідині прозапаль-

них цитокінів ІЛ-1β та ФНП-α, що відіграють голо-

вну роль у розвитку прогресуючого варіанту захво-

рювання. Виявлене значуще підвищення

протизапального ІЛ-4 при цьому, не в змозі компе-

нсувати прозапальний потенціал ІЛ-1β та ФНО-α

[4].

У зв’язку з цим, тестування рівнів продукції

цитокінів у хворих з інфекційно-запальним проце-

сом, що охоплюють тільки тканини ясен, є важли-

вим на стадії з’ясування їх значимості в патогенезі


та в пошуку діагностичних та прогностичних кри-

теріїв необхідних для використання цих знань у клі-

ніці.

Мета дослідження – вивчення результатів до-

слідження показників цитокінової системи до і пі-

сля комплексної терапії у хворих на генералізова-

ний катаральний гінгівіт з хронічним та загостре-

ним перебігом.

Матеріали та методи дослідження. В дослі-

дженні приймало участь 82 пацієнтів у віці від 19

до 31року, жінок – 44 (54,7%), чоловіків – 38

(45,3%). Залежно від клінічного прояву захворю-

вання всі хворі на І етапі дослідження були розді-

лені на дві групи: І – група – 33 хворих на хронічний

генералізований катаральний гінгівіт; ІІ – група –

49 пацієнтів з загостреним перебігом захворю-

вання.

На етапі клінічної апробації розроблених схем

лікування (ІІ етап дослідження) хворі ІІ групи з за-

гостреним перебігом захворювання були розділені

на рівнозначні за статево-віковим складом та кліні-

чною картиною підгрупи – основну (ІІ-б, 27 осіб),

де застосовували розроблені методики лікування,

та порівняння, з використанням традиційних ліку-

вальних схем (ІІ-а, 22 особи).

Всім хворим проводилось ідентичне клінічне

обстеження, що включає з’ясування скарг, збір ана-

мнезу, візуальну та інструментальну оцінку стома-

тологічного статусу. Об’єктивний стан порожнини

рота та ясен встановлювали на основі динаміки на-

ступних тестів: спрощеного індексу гігієни порож-

нини рота (OHI – S) за J.C. Green, J.R.Vermillion

(1960), індексу кровоточивості (ІК) Мюлемана

(H. Muhlemann, 1971), в модифікації Коуела (I.

Cowell, 1975), папілярно-маргінально-альвеоляр-

ного індексу (РМА) (Parma, 1960) [5,6].

Вміст концентрації ІЛ-4, ІЛ-1β і ФНП-α визна-

чали в ротовій рідині наборами реагентів «Про-

теиновый контур», «Цитокин» (Санкт-Петербург,

Росія) методом твердофазного імуноферментного

аналізу.

Разом із загально-клінічним обстеженням в ро-

боті використовувалася стандартна цифрова орто-

пантомографія.

З урахуванням виявлених етіологічних і пато-

генентичних ланок захворювання, для кожної з ви-

ділених груп були розроблені програми відновного

лікування та наступних підтримуючих лікувально-

профілактичних заходів, що передбачають їх ета-

пне проведення.

На підготовчому етапі у пацієнтів І, ІІ-а та ІІ-б

груп місцеве лікування ГКГ проводили по єдиному

плану, здійснювали професійні гігієнічні заходи в

комплексі з зрошуванням міжзубних проміжків та

аплікації слизових оболонок ясен хлоргексидин-

вмісними засобами.

На другому етапі лікування хворі першої

групи (33 особи) отримували базове лікування: ста-

ндартну антибактеріальну терапію хлоргексидин-

вмісними засобами. Додатково призначали пробіо-

тик («Біфідобактерин» по 5 доз 2 рази на добу, кур-

сом до 10 днів) та імунокорекор («Циклоферон» пе-

рорально, по 300 мг. на добу, курсом до 10 днів).

У ІІ-а групі пацієнтів (22 особи – група порів-

няння) з загостреним перебігом хронічного генера-

лізованого катарального гінгівіту використовува-

лася аналогічна антибактеріальна та імунокорегу-

юча терапія за тією ж програмою, що й у пацієнтів

I групи.

Схема комплексної терапії, що застосовува-

лась у 27 пацієнтів II-б групи (основна група), пе-

редбачала розширення арсеналу використовуваних

засобів етіологічного лікування. Разом з антибакте-

ріальними препаратами, що використовувались мі-

сцево, призначався нестероїдний протизапальний

препарат «Німесил» по 1 дозі 2 рази на добу, кур-

сом до 7 днів; антибіотик «Амоксиклав» по 500/125

мг. 2 рази добу, курсом до 7 днів; пробіотик «Біо-

спорин» перорально по 2 флакони 2 рази на день за

30 хвилин до їжі, курсом до 10 днів. Після ліквідації

активного запального процесу в яснах використо-

вувався імунокоректор «Лікопід» по 1 мг на добу,

курсом до 10 днів.

Третій завершальний етап включав профілак-

тику рецидивів захворювання у віддаленому пері-

оді після лікування, шляхом здійснення професій-

них гігієнічних заходів та повторного курсу загаль-

ної або локальної імунокорекції лікопідом, через

кожні 6 місяців після завершення комплексного лі-

кування.

Статистичну обробку даних проводили за до-

помогою пакету програм STATISTICA 6.0 Stat Soft

Ine, USA на персональному комп'ютері в середо-

вищі Windows з використанням табличного проце-

сора Microsoft Excel 2000. Для оцінки вирогідності

відмінності показників між групами обчислювали t-

критерій Стьюдента [7].

Результати дослідження та їх обговорення.

Як видно з табл. 1, до лікування у хворих на хроні-

чний генералізований катаральний гінгівіт, перева-

жно були виявлені статистично значущі відхилення

ІЛ-1β, ФНП-α та ІЛ-4 від контрольних значень

(р<0,05). Проте порушення не свідчили про наяв-

ність дисбалансу функціонування цитокінової сис-

теми, оскільки рівень показників, що вивчаються,

підвищувався або знижувався мало істотно і не ви-

ходив за рамки діапазону загальноприйнятих рефе-

рентних значень.

Навпаки, у хворих з загостреним перебігом за-

хворювання початкові рівні прозапальних цитокі-

нів виявилися підвищеними: ІЛ-1β – у 6,2 разів та

ФНП-α - у 4,8 разів у порівнянні з контролем. Хара-

ктерно, що підвищення протизапального ІЛ – 4 при

цьому в ротовій рідині, у хворих з загостреним пе-

ребігом генералізованого катарального гінгівіту

було в меншій мірі (всього у 1,5 рази).

У результаті комплексного лікування хворих з

хронічним проявом запального процесу в тканинах

ясен, що мають незначні зміни в концентрації осно-

вних цитокінів ІЛ-1β, ФНП – α та ІЛ – 4 відносно

здорових осіб, досягнуто достовірне пониження ІЛ-

1β і ФНП – α та підвищення рівнів ІЛ – 4 в слині до

меж умовної норми.

Матеріали, викладені в табл.1, свідчать про до-

сягнення значного зниження ІЛ-1β та ФНП – α пі-


сля комплексного лікування, проведеного в пацієн-

тів II-а і II-б груп (відповідно в 1,8 разів і 2,4 разів).

Потрібно зауважити, що тільки в осіб II-б групи рі-

вні концентрації протизапальних цитокінів у слині,

після етапного використання лікопіда, наблизилися

до контрольних значень (р<0,05), що говорить про

ефективність вживаної тактики комплексного ліку-

вання у хворих з загостреним перебігом захворю-

вання. Вміст ІЛ-1β і ФНП–α у пацієнтів II-а групи

виявився менш схильним до зниження, після курсу

лікування був статистично менш зниженим, ніж у

хворих I і II-б групи (р<0,05).

Таблиця 1

Показники цитокінової системи у хворих на генералізований катаральний гінгівіт на етапах ком-

плексного обстеження (М±м)

Показники

цитокіно-вої

системи

Групи обстежених

I група

(n=33)

II-а група

(n=22)

II-б група

(n=27) Контро-

льна група

(n=18) До ліку-

вання

Після

ліку-вання

До ліку-

вання

Після

ліку-вання

До ліку-

вання

Після

ліку-вання

ІЛ-1β

(пг/мл)

24,1±

0,3*

12,2±

0,6

79,6±

16,1*

33,2±

3,1***

79,6±

16,1*

10,6±

0,5***

12,8±

0,3

ФНО – α

(пг/мл)

34,6±

2,7*

22,6±

1,2

98,4±

10,7*

58,8±

4,4***

98,4±

10,7*

26,3±

5,1***

20,3±

4,2

ІЛ – 4

(пг\мл)

68,7±

4,2*

68,4±

2,0*

30,8±

2,2*

44,1±

3,0***

30,8±

2,2*

60,7±

2,3***

19,9±

3,1

Примітки: * р≤0,05 – достовірність відмінностей до контрольної групи;

** р<0,05 – достовірність відмінностей після лікування.

Рівень ІЛ-4, по закінченню впроваджуваної те-рапії, у обох групах хворих з загостреним перебігом генералізованого катарального гінгівіту, значно підвищився в порівнянні з початковим (у II-а групі – в 1,43 разу і в II-б групі в 1,9 разу). Надалі відбу-валося поступове зниження його вмісту в ротовій рідині до рівнів здорових осіб. Через 1 – 1,5 місяця рівень ІЛ-4 у хворих II-б групи знизився, в порів-нянні з даними після, та не відрізнявся від контро-льних значень (10,9±2,3 пг/мл; р<0,05 ). У цей пе-ріод спостережень у пацієнтів II-а групи цей показ-ник також знизився, але в меншій мірі (відповідно до 26,8±3,2 пг/мл р<0,05).

Отже, викладені матеріали свідчать, що пози-тивна динаміка показників цитокінового профілю більш чітко прослідковувалась, по відношенню до вивчаємих цитокінів, у хворих з загостреним пере-бігом генералізованого катарального гінгівіту, за рахунок використання в них запропонованого ме-тоду комплексного лікування. З цією обставиною пов'язано більш швидка ліквідація запального про-цесу та відсутність рецидивів захворювання в пере-важного числа пролікованих (93,3% випадків).

Висновки. 1. У хворих на хронічний генералізований ка-

таральний гінгівіт встановлено статистично зна-чущі відхилення ІЛ-1β, ФНП-α та ІЛ-4 від контро-льних значень (р<0,05). Проте порушення не свід-чили про наявність дисбалансу функціонування цитокінової системи. У хворих з загостреним пере-бігом захворювання відмічено високу продукцію ІЛ-1β і ФНП-α на тлі зниження синтезу ІЛ-4.

2. Проведене комплексне етапне лікування ге-нералізованого катарального гінгівіту забезпечує усунення дисбалансу в цитокіновій системі, приз-водить до ліквідації запальних явищ в яснах через

6-7 відвідувань у 93,3% хворих з хронічним перебі-гом та в 96,3% пацієнтів з загостреним проявом за-хворювання.


1. Мащенко И.С. Интерлейкины при генера-лизованном пародонтите / И.С. Мащенко // Вісник стоматології. – 2002. – №1. – С.11-14.

2. Чумакова Ю.Г. Роль цитокинов в регуля-ции воспаления тканей пародонта у больных гене-рализованным пародонтитом / Ю.Г. Чумакова // Со-временная стоматология. – 2004. – №4. – С.60–62.

3. Чумакова Ю.Г. Роль цитокинов в регуля-ции воспаления тканей пародонта у больных гене-рализованным пародонтитом / Ю.Г. Чумакова // Со-временная стоматология. – 2004. – №4. – С.60–62.

4. The influence of interleukin gene polymor-phism on expression of interleukin-1 beta and tumor necrosis factor-alpha in periodontal tissue and gingival crevicular fluid / S.P. Engebretson, I.B. Lamster, M. Herrera Abreu [et al.] // J Periodontol. – 1999. – Vol. 70. – № 6. – P.567–573.

5. Белоклицкая Г.Ф. Значение объективных клинических индексов в пародонтальной диагно-стике / Г. Ф. Белоклицкая, А. А. Пети, Л. Г. Сандыга // Зб. наук. праць співробітників КМАПО ім. П. Л. Шупика. - К., 1999. - Вып. 8, кн. 1. - С. 218-228.

6. Мащенко І.С. Запальні та дистрофічні за-хворювання пародонта: навч. посіб. / І.С. Мащенко. – Днепропетровск: АРТ-ПРЕС, 2003. – 244 с.

7. Антомонов М.Ю. Математическая обра-ботка и анализ медико-биологических данных / М.Ю. Антомонов // К.: Фірма малого друку, 2006.- 508 с.

8. Система цитокинов, комплемента и совре-менные методы иммунного анализа: учеб.-метод. пособ. / Л.В. Ковальчук, Л.В. Ганковская, Л.В. Хо-рева [и др.]. – М.: РГМУ, 2001. – 158 с.


TECHNICAL SCIENCES

ПЕРЕДУМОВИ ЗАСТОСУВАННЯ АВІАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ ПАТРУЛЮВАННЯ ТА

МОНІТОРИНГУ ЛІСОВИХ МАСИВІВ

Суворова Н.О.

старший викладач Факультету транспортних технологій

Україна, Національний авіаційний університет

PRECONDITIONS FOR THE APPLICATION OF THE AVIATION SYSTEM FOR PATROLLING AND MONITORING OF FOREST AREAS

Suvorova N.

Senior Lecturer Faculty of Transport Technologies

Ukraine, National aviation university

Анотація

У статті зроблено аналіз динаміки площ лісів України, втрачених в результаті лісових пожеж. Визна-

чено залежність економічних збитків від кількості лісових пожеж. Визначено основні параметри контролю

лісової пожежі. Встановлено, що необхідною умовою забезпечення належного рівня протипожежного за-

хисту лісів є системи авіаційного спостереження і контролю за пожежною обстановкою.

Abstract

The article analyzes the dynamics of forest areas in Ukraine, lost as a result of forest fires. The dependence

of economic losses on the number of forest fires has been determined. The basic parameters of forest fire control

are determined. It was established that the necessary condition for ensuring the proper level of fire protection of

forests are aviation observation and fire control systems.

Ключові слова: авіаційне патрулювання, спостереження, лісове господарство, лісова пожежа, авіа-

ційні системи, економічний збиток

Keywords: aviation patrol, supervision, forestry, forest fire, aviation systems, economic loss

Авіаційне патрулювання і моніторинг лісових

масивів є системою спостережень і оцінки різних

негативних впливів на лісові екосистеми. До таких

впливів можна віднести забруднення лісів, лісові

пожежі, наявність шкідників, помилки господарсь-

кої діяльності людей у лісі.

Загальна площа лісового фонду України ста-

ном на 2016 рік становить – 10,6 млн. га, з яких

вкритих лісовою рослинністю – 9,6 млн. га. Загаль-

ний запас деревостанів перевищує 2,1 млрд. м3 [1].

Динаміка площ лісового фонду України (ліси та

інші лісовкриті площі) зображена на рис. 1.

Рис. 1. Динаміка площ лісового фонду України за 2001- 2016 роки, тис. га

10413,6

10503,7

10591,910601,1

10611,310621,4 10624,4 10630,3 10633,1

10300

10350

10400

10450

10500

10550

10600

10650

2001 2006 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

площі земель лісового фонду, тис. га


Аналіз динаміки площі земель лісового фонду

за період з 2001 по 2016 рік показав, що має місце

тенденція зростання лісових територій на 219,5 тис.

га. Але, починаючи з 2010 року, зростання лісових

масивів стало не значним. Це пояснюється збіль-

шенням площі лісових насаджень, які загинули під

впливом негативних факторів.

Слід констатувати, що у 2015 році в Україні за-

гинуло 19,4 тис. га лісових насаджень. Основними

причинами загибелі лісових деревостанів були: лі-

сові пожежі (44% або 8,6 тис. га), хвороби лісу (38%

або 7,3 тис. га), пошкодження шкідливими кома-

хами (6% або 1,2 тис. га), інші причини (12% або 2,4

тис. га). В таблиці 1 відображено динаміку площ лі-

сів, втрачених в результаті дії несприятливих чин-

ників [2].

У 2017 році в Україні загинуло 17 тис. га лісо-

вих насаджень. Структура основних причин заги-

белі лісових деревостанів складає: лісові пожежі

(52% або 8,8 тис. га), хвороби лісу (14% або 2,3 тис.

га), пошкодження шкідливими комахами (31% або

5,4 тис. га), інші причини (3% або 0,5 тис. га). У

2017 році у порівнянні з 2015 роком спостерігається

незначне зростання площ лісів, втрачених в резуль-

таті лісових пожеж.

Таблиця 1

Динаміка площ лісів, втрачених в результаті дії несприятливих чинників

2010 2011 2012 2013 20141 20151 20161 20171

Загинуло лісових насаджень, усього, га 10751 9810 11718 9079 11651 19418 11363 17046

Від пошкоджень шкідливими кома-

хами, га 1295 1505 1376 1492 1181 1183 2332 5439

Від хвороб лісу, га 5632 6428 6463 6585 6638 7258 5921 2334

Від лісових пожеж, га 3127 909 2915 285 2290 8564 1591 8763

З інших причин, га 697 968 964 717 1542 2413 1519 510

1Дані наведено без урахування тимчасово окупованої території Автономної Республіки Крим, м. Се-

вастополя та частини тимчасово окупованих територій у Донецькій та Луганських областях

Збиток, який наносять пожежі лісовому госпо-

дарству, значно перевищує збитки від шкідливих

комах і хвороб лісу, разом узятих. Лісові пожежі

послаблюють життєдіяльність насаджень, які в по-

дальшому впливають на масове розмноження шкі-

дливих об'єктів і захворювань.

Проблема виникнення лісових пожеж в

останні роки привертає до себе особливу увагу в

контексті зменшення площ лісів світу, що є наслід-

ком пожежі. Відновлення одного гектара хвойного

лісу коштує приблизно 300 $ США. Для віднов-

лення 1 га згорілого лісу потрібно висадити від 3 до

5 тисяч саджанців. Точна кількість рослин залежить

від природних умов і параметрів ґрунту. Від швид-

кості виявлення лісової пожежі залежить ефектив-

ність його гасіння та кількість ресурсів, які витра-

чаються на пожежні заходи [3].

Своєчасне виявлення лісових пожеж дозволяє

запобігати їх розповсюдженню у надзвичайних лі-

сопожежних ситуаціях. Лісовій пожежі легше запо-

бігти, ніж її ліквідувати, оскільки вогонь у лісі роз-

повсюджується стихійно з великою швидкістю.

Так, при швидкості поширення вогню по фронту 3

м/хв., при сприятливих умовах зовнішнього середо-

вища площа лісової пожежі через 2 години після ви-

никнення пожежі може зрости в 10 разів, а пери-

метр – у 1,2 рази [4].

На відміну від сільськогосподарських культур

ліс росте дуже повільно. Новий ліс, якщо не відбу-

деться нових пожеж, зможе піднятися на згарищах

не раніше, ніж через 80-100 років. Щоб виростити

одне покоління лісу, повинні працювати, змінюючи

один одного, як мінімум три покоління працівників

лісничих [5].

Пожежонебезпечна ситуація та тривалість се-

зону в лісах України формується під впливом люд-

ських чинників і природно-кліматичних умов регі-

онів. Статистична інформація [2] щодо лісових по-

жеж на території Державного агентства лісових

ресурсів України за період 2010-2016 рр. представ-

лено у таблиці 2.

Таблиця 2

Статистична інформація щодо лісових пожеж на території

Державного агентства лісових ресурсів України за період 2010-2016 рр.

Рік Кількість лісових

пожеж, одиниць

Площа лісових зе-

мель, пройдена по-

жежами, га

Згоріло та пошко-

джено лісу, м3

Збитки, заподіяні лі-

совими пожежами,

тис. грн

2010 3240 3668 343840 26728,4

2011 2526 1049 11804 3215,9

2012 2163 3479 289291 56062,7

2013 1113 418 2496 1376,2

20141 2003 13778 144694 51701,8

20151 2225 2620 170686 20164,5

20161 1249 1249 32559 8619,2 1Без урахування тимчасово окупованої території Автономної Республіки Крим, м. Севастополя та

частини зони проведення антитерористичної операції.


Зведені статистичні дані щодо лісових пожеж

на території Держлісагентства України за період

2010-2016 роки свідчать про наявність систематич-

них підйомів та спадів кількості та площі лісових

земель, пройдених вогнем. Динаміка розвитку ліс-

них пожеж за період 2010-2016 рр. зображена на

рис. 2.

Рис. 2. Динаміка розвитку лісних пожеж за період 2010-2016 рр.

Аналіз інформації щодо кількості пожеж часо-

вого періоду 2010 – 2016 років показує пряму зале-

жність збитків від кількості лісових пожеж в цілому

по Україні. Динаміка розвитку лісових пожеж та

економічні збитки, заподіяні ними відображена на

рис. 3.

Наведена динаміка показує пряму залежність

економічних збитків від кількості пожеж. Але необ-

хідно відзначити, що збитки від лісових пожеж у

статистичних звітах відображаються далеко не по-

вністю. Зазвичай враховується таксова вартість по-

горілої деревини та іншої продукції, яка загинула у

вогні, витрати на боротьбу з лісовою пожежею, але

крім зазначених матеріальних збитків і витрат гро-

шових коштів, лісові пожежі в Україні завдають ве-

ликої шкоди навколишньому середовищу.

Рис. 3. Динаміка економічних збитків від лісових пожеж в Україні за період 2010-2016 рр.

Для виявлення лісових пожеж передбачено бу-

дівництво, розміщення та організацію діяльності

пожежних спостережних пунктів, наземне та авіа-

ційне патрулювання лісів, космічний моніторинг

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Кількість лісових пожеж, одиниць

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Збитки, заподіяні лісовими пожежами, тис. грн


лісів, організацію зв'язку і взаємодії наземних і

авіаційних служб, оповіщення про лісові пожежі.

У разі виникнення лісової пожежі контролю-

ються такі параметри:

1. Координати зони пожежі та адміністрати-

вно-господарська приналежність території;

2. Площа горіння, вид та інтенсивність по-

жежі;

3. Довжина всієї крайки пожежі та її фронту

(головної частини);

4. Породний склад, вік та тип палаючого

лісу;

5. Напрямок і швидкість поширення фронту

пожежі;

6. Висота конвективної колонки над поже-

жею;

7. Довжина димового шлейфу.

У критичних випадках (при швидкості вітру

більш ніж 5 м/сек. або IV, V класі пожежної небез-

пеки в лісах) підрозділ лісопожежної організації зо-

бов’язаний прибути на пожежу, що виникла в рай-

оні застосування наземних сил і засобів пожежога-

сіння, не пізніше, ніж за 30 хв. після виявлення

осередків вогню. В іншому випадку, чисельність за-

лучених сил і засобів повинна бути збільшена не

менше ніж у два рази.

На практиці прибути на пожежу в зазначений

термін – є складним завданням в силу віддаленості

територій, недостатньо розвиненою дорожньою ме-

режею і т.д., а тим більше, заздалегідь правильно

розрахувати необхідну кількість наземних сил і за-

собів. Найчастіше наземні лісопожежні підрозділи

прибувають із значним запізненням, що ускладнює

боротьбу з лісовою пожежею.

При застосуванні авіаційного способу вияв-

лення лісових пожеж можливості набагато вище,

але у зв’зку з економічними та організаційними

причинами, у порівнянні з 70-80 роками ХХ сто-

ліття вартість льотної години пілотованих повітря-

них суден при виконанні авіаційної охорони лісів

зросла більше, ніж у 3 рази, а рівень лісоавіаційних

робіт знизився майже в 5 разів.

Головною метою проведення авіаційного пат-

рулювання і моніторингу лісу є забезпечення орга-

нів управління лісовим господарством оператив-

ною та достовірною інформацією про стан лісових

екосистем і всіх змін у лісовому фонді.

Розрізняють такі основні види патрулювання

та моніторингу лісових масивів:

1. Патрулювання з метою виявлення лісових

пожеж (оцінювання та прогнозування виникнення

пожежі, аналіз методів виявлення і гасіння вогнищ

загоряння у лісі, оцінювання наслідків пожеж).

2. Санітарно-лісопатологічний моніторинг (ви-

явлення на ранній стадії незадовільного стану рос-

лин у лісі, оцінка та прогнозування екологічно не-

сприятливих випадків).

3. Моніторинг ресурсів і земель фонду лісу

(знаходження причин зменшення лісових ресурсів,

змін в структурі земель фонду лісу).

4. Моніторинг господарської діяльності лю-

дини у лісовому господарстві.

В умовах нестачі коштів на авіаційне патрулю-

вання пілотованими повітряними судами зростає

роль нових економічних літальних апаратів, вклю-

чаючи космічні засоби. Для виявлення лісових по-

жеж можливе застосування пілотованих мотопла-

нерів і мотодельтапланів, автожирів, парапланів.

Особливої уваги заслуговує метод застосування су-

часних безпілотних комплексів.

Необхідною умовою забезпечення рівня про-

типожежного захисту лісів, що відповідає сучасним

соціально-економічним вимогам, є формування

гнучкої системи охорони лісу, здатної постійно від-

стежувати лісопожежну ситуацію, що безперервно

змінюється у кожному регіоні України і регулю-

вати свою структуру, параметри і режими робіт від-

повідно до цієї ситуації.

Важливе значення мають спостереження і кон-

троль за після пожежною обстановкою. Спостере-

ження і контроль ведуть на всій пройденій вогнем

площі [6]. Контрольованими параметрами для кож-

ної лісової пожежі є:

1. Загальна площа ліквідованої лісової пожежі;

2. Лісові площі з деревостанів, знищеними вна-

слідок пожежі;

3. Лісові площі з деревостанів, частково знище-

ними внаслідок пожежі;

4. Лісова площа, пройдена низовою, верховою

та торф’яною пожежею;

5. Пройдена пожежею нелісова площа;

6. Обсяг знищеного та пошкодженого лісу.

Доповнити існуючі авіаційні пілотовані сис-

теми, наземні системи, системи космічного моніто-

рингу при виконанні патрулювання лісових масивів

здатна система раннього дистанційного виявлення

осередків лісових пожеж на базі існуючих сучасних

безпілотних авіаційних комплексів.

Основне завдання застосування даних систем

при виконанні патрулювання лісових масивів – за-

безпечення інформаційної підтримки керівника га-

сіння лісової пожежі для визначення тактичних

прийомів і технічних способів боротьби з вогнем. А

також оперативного прийняття протипожежних за-

ходів, стосовно даної ситуації, а саме: визначення

точних координат лісової пожежі, напрямки його

поширення, площі, виду, інтенсивності, наявність

природних перешкод для поширення вогню, особ-

ливостей рослинності лісу, рельєфу місцевості, во-

дних джерел, місць відходу лісопожежних підроз-

ділів у разі загрозливої небезпеки.


1. Офіційний сайт Державної служби Укра-

їни з питань геодезії, картографії та кадастру [Елек-

тронний ресурс]. – Режим доступу:

http://www.land.gov.ua/.

2. Офіційний сайт Державної служби статис-

тики України [Електронний ресурс]. – Режим дос-

тупу: http://www.ukrstat.gov.ua/.

3. Карпов А. А., Алешко Р. А., Шошина К. В.

Технологии определения природных пожаров с ис-

пользованием данных спутниковой съемки // Моло-


дой ученый. – 2015. – №13.1. – С. 17-19. – [Елек-

тронний ресурс]. – Режим доступу:

https://moluch.ru/archive/93/20829/ .

4. Грицюк Ю.І. Структурні компоненти за-

дачі оптимального управління процесом боротьби з

лісовими пожежами / Ю.І. Грицюк, І.О. Малець,

Т.Є. Рак // Наукові праці Лісівничої академії наук

України: зб. наук. праць. – Львів: РВВ НЛТУ Укра-

їни. – 2010. – Вип. 8. – С.171-174. [Електронний ре-

сурс]. – Доступний з http: // www.nbuv.gov.ua/por-

tal/Chem_Biol/Nplanu/2010_8/171_Gry.pdf.

5. Валендик Э.Н. Борьба с крупными лес-

ными пожарами / Э.Н. Валендик. – Новосибирск:

«Наука», Сибирское отделение, 1990.

6. [Електронний ресурс]. – Доступний з http:

// ua-referat.com/ Причини_ліквідація_та_екологі-

чні_наслідки_лісових_пожеж.

THE SIGNAL-CODE CONSTRUCTION METHOD WITH MAXIMUM APPROACH TO THE COMMUNICATION CHANNEL THROUGHPUT

Uryvsky L.

Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute, head of Telecommunication systems department of Institute of tele-

communication systems, Dr.Sc., Prof.

ORCID 0000-0002-4073-9681

Pieshkin A.

Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute, assistant of Telecommunication systems department of Institute of

telecommunication systems

ORCID 0000-0001-5538-1670

Moshynska A.

Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute, assistant professor of Telecommunication systems department of

Institute of telecommunication systems, PhD, assist. Prof.

ORCID 0000-0002-6582-9421

Hriaznov D.

Dell Ukraine LLC, Managing Director, MBA, Corresponding member of Ukrainian Academy of Sciences

ORCID 0000-0002-0274-8536

Abstract

The article describes a selection method of optimal modulation and error-correcting code set. Optimality

criterion is the maximum channel performance to its throughput. The limitations are required reliability of infor-

mation transmission, which is defined as probability of error at the decoder output and the coding complexity. The

method can be used for development of the new telecommunication standards or existing standards optimization.

Keywords: signal-code constructions, performance, throughput, reliability, QAM.

Introduction

Nowadays there is a huge diversity of signal and

code constructions, utilized in data transmission sys-

tems. The first reason of wide variety of signals usage

(modulation types) and error-correcting codes (ECC),

linked with a term of “signal-code construction” (SCC),

is necessity of the most effective usage of frequency

and energy resources. The second reason is the need of

signal code constructions adaptation to the energy

changes in telecommunication channel, which is pecu-

liar to wireless communications. The efficiency criteria

of channel limited resource usage is the maximum ap-

proach of channel performance to its throughput. The

performance is meant to be an actual data transmission

rate through telecommunication channel. Throughput is

the maximum data transmission rate, which is possible

in specified transmission conditions and is also known

as Shannon bound. The aim of the article is creation of

the SCC synthesis method, which allows usage of lim-

ited frequency and energy resource with maximum ef-

ficiency and provides required data transmission relia-

bility at the same time.

Problem statement

Let’s depict the communication channel model,

which is used in this research.


Fig. 1. Model of communication channel with noise

Fig. 1 shows messages transformation sequence

while making transmission from source to destination.

Message source produces information symbols with

rate Vs. Communication channel is described with lim-

ited frequency band ∆𝑭, noise spectral density 𝑵0 and

energy indicator at the decoder input 𝒉2 with input

power РС. To reach the required reliability, which is es-

timated as a probability of error at the decoder output

𝒑𝑺 , ECCs are used which improve probability of error

at the demodulator output 𝒑𝑪 > 𝒑𝐒 to required value.

The major drawback of error-correcting coding is a ne-

cessity of transmission of source symbols along with

redundant symbols through communication channel,

and consequently increase of difference between source

rate Vs and channel rate Vc > Vs. To increase commu-

nication channel performance signals of multi-position

modulation are used, which carry several information

source bits (m) by one channel symbol. The major

drawback of multi-position modulation is decrease of

communication reliability while increasing modulation

factor m, and need of more powerful ECC usage.

Source and channel transmission rates are linked with

following expression:

𝑉𝑆 = 𝑉С ∙ 𝑟𝑐 ∙ 𝑚; 𝑚 = 𝑙𝑜𝑔𝑀, (1)

where 𝑟𝑐 – code rate – ratio of information symbols

number to general symbols number in code block, m –

number of bits in symbol of modulated signal, M –

number of positions in modulation.

On the other hand, according to Shannon [3] ex-

pression, maximum information transmission rate C

can be evaluated by the following equation:

𝐶 = ∆𝑭 ∙ (1 + ℎ2), (2)

With condition that ∆𝑭 = 𝑽𝑪; ℎ2 = 𝑃𝑐/𝑁0.

For each value of h2 indicator in the specified fre-

quency band Δ𝐹 it is necessary to generate SCC, which

allows source messages transmission with the maxi-

mum Vs < C while providing required reliability, which

is defined as probability of error at the decoder output

𝒑𝑺, and coding complexity, which is defined as code

block length n.

The task is solved by means of multi-position

modulation (PМ-2, QPSK, QAM-16, QAM-64, m = 1,

2, 4, 6), which allow increase of information capacity

of symbol and ECC’s (block codes BCH and LDPC,

Reed-Solomon codes, convolutional codes, concate-

nated codes) what provides finally the required reliabil-

ity.

The best SCC is the one, which has maximum

value of information capacity m multiplied by the code

rate 𝑟𝑐 and divided by channel throughput (2) according

to the expression:

η = 𝑉𝑆/𝑉С ≅𝑟𝑐∙𝑚

log2(1+ℎ2) , (3)

where η – indicator of SCC efficiency.

Solution

To solve the problem, this article provides the op-

timal SCC lookup method. This method is implemented

in step by step algorithm, which is written in MATLAB

language.

On the first step it is required to identify channel

probability 𝒑Сfor provided energy range ℎ2 ∈[ℎ𝑚𝑖𝑛

2 ; ℎ𝑚𝑎𝑥2 ] – fig. 2 – for each modulation type: PМ-

2, QPSK, QAM-16, QAM-64. This is done by using

expressions from [6].

On the second step it is necessary for each ob-

tained probability of error to evaluate code rate 𝑟𝑐 of the

hypothetical ECC. This task can be solved by using me-

thodic provided in [5].

Message

source

Coder Modulator

Channel

Demodulator Decoder

Message re-

ceiver

Noise

source


Fig. 2. Channel probability of error dependency from energy ℎ2 ∈ [0; 100]

This step consist of two substeps. On the step 2.1

for each probability of error and required reliability, the

number of errors t is evaluated. This parameter is a

number of errors, which have to be fixed to transform

channel probability of error to required probability of

error when block length n is a constant. Note, that block

length must be greater than n > 600, because Var-

shamov-Gilbert bound is unchanged on this interval

[3,4].

The relation between final probability of error at

the decoder output, source, channel probability of error

and code parameters is described by the following ex-

pression [5]:

𝑃 =∑ 𝐶𝑛

𝑗∙𝑝б

𝑗∙(1−𝑝б )𝑛−𝑗𝑛

𝑗=𝑡+1 ∙𝑗

𝑛 (5)

To find the errors number t, which are to be cor-

rected, transcendental equation is solved (5) using al-

gorithmic approach.

Fig. 3. Dependency of required correcting ability of hypothetical ECC with block length n=1023 from energy

ℎ2 ∈ [0; 100]

Step 2.2. Using obtained on the previous step t and

n parameters and Varshamov-Gilbert bound evaluate code rate 𝒓𝒄 (fig. 4). Note, that Varshamov-Gilbert rate

guaranties ECC existence.

QPSK

QAM-16 QAM-64

h2

pб

PМ-2

QPSK

QAM-16

QAM-64

h2

t

PМ-2


Fig. 4. Dependency of Hypothetical ECC rate from energy ℎ2 ∈ [0; 100]

On the third step for each ℎ2 and modulation type

informational capacity m multiplied by code rate is

found – fig. 5. As a result following values are found:

(r𝑐_V−G ∙ 𝑚)PМ−2, (r𝑐_V−G ∙ 𝑚)𝑄𝑃𝑆𝐾 , (r𝑐_V−G

∙ 𝑚)𝑄𝐴𝑀−16, (r𝑐_V−G ∙ 𝑚)𝑄𝐴𝑀−64

Fig. 5. Dependency of ECC rate multiplied by information capacity (𝑟𝑐 ∙ 𝑚) from energy ℎ2

On the fourth step the maximum value of (𝑟𝑐 ∙ 𝑚)

is found for each ℎ2 between the values obtained on the

previous step - fig. 6. On that stage for each ℎ2 optimal

modulation type and hypothetical ECC is found

QAM-64

QAM-16

QPSK

h2

PМ-2

QAM-64 QAM-16

QPSK

h2

ФМ-2


Fig. 6. The result of (𝑟𝑐 ∙ 𝑚) (А) and information efficiency (B) maximum lookup from energy ℎ2 ∈ [0; 100]

On the fifth step optimal concrete ECC is found

with condition𝑟𝑐 > 𝑟𝑐_V−G [5]. It is important to con-

sider coding complexity on this step, which is deter-

mined as block length or code constraint length for con-

volutional codes.

Fig. 7. Concrete ECC lookup where 𝑟𝑐 = 0.55 > 𝑟𝑐_𝑉−𝐺 = 0.54

Thus, it can be seen that when energy ℎ2 is greater

than specific bound values it is expedient to switch to

the signals of higher information capacity and apply

corresponding ECC which provide required reliability.

Let’s plot a dependency of distance L between

transmitter and receiver from energy (ℎ2) for different

modulation types: PМ-2, QPSK, QAM-16, QAM-64

for the case of plain terrain with highly raised receiving

and transmitting antennas (fig. 8).

B)

d/2n

BCH

n =

1023

=0.55,


Fig. 8. Dependency of service area from energy

Fig. 8. shows, that when energy ℎ2 > 80 and mod-

ulation QAM-64 service area radius is 𝐿 ∈ [0, 16] km,

when 15 > ℎ2 > 80 and QAM-16 - 𝐿 ∈ [16,22] km,

when h2 < 15 and QPSK is used - 𝐿 ∈ [22,36] km.

Conclusions.

The optimal signal-code constructions synthesis

method is proposed by the criterion of maximum ap-

proach of channel performance to its throughput while

providing required reliability and coding complexity.

This method allows the most efficient usage of fre-

quency-energy resources of communication channel. It

can be used in the process of new standards develop-

ment and existing standards optimization.

References

1. Erez Druk and Yuval Ishai. Linear-time en-

codable codes meeting the Gilbert-Varshamov bound

and their cryptographic applications. In Proceedings of

the 5th Conference on Innovations in Theoretical Com-

puter Science, ITCS ’14, pages 169–182, New York,

NY, USA, 2014. ACM.

2. Morelos-Saragosa R. Iskusstvo pome-

houstoychivogo kodirovaniya. Metodyi, algoritmyi,

primenenie. -M.: Tehnosfera, 2005 – 320s.

3. Shannon C. E. A mathematical Theory of

Communication [Text] / C. E. Shannon. – The Bell Sys-

tem Technical Journal, vol. 27., 1948. –pp. 379–423,

623–656.

4. Uryvsky L. Pieshkin A. The informational ef-

ficiency improving methods of the signal-code con-

structions with the condition of providing required reli-

ability - Budapest, Hungary: The scientific heritage - №

11, 2017 - p.p. 72...77.

5. Uryvsky L. A. Pomehoustoychivyie kodyi s

maksimalnyim priblizheniem k granitse Shennona

[Tekst] / L. A. Uryvsky, E. A. Prokopenko, A. M. Pesh-

kin // Telecommunication Sciences. – K.: NTUU 'KPI'.

– 2011. – № 1. – C. 41-47.

6. Uryvsky L.A. Vektorno-fazovyiy metod dlya

opredeleniya pokazateley pomehoustoychivosti

mnogopozitsionnyih signalov [Tekst] / Uryvsky L.A.,

Prokopenko E.A., Natalenko A.I. // Zv’yazok – 2012. –

№ 4, C. 58-63.

(м)

QPSK

QAM-16

QAM-64

QAM-64 QAM-16

QPSK PМ-2

Й

m=2

m=4

m=6


НЕЙРОНЕЧЕТКАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ВИБРОДИАГНОСТИКИ

ТУРБОАГРЕГАТА

Абдуллаева Г.Г.

Доктор философии по математике, доцент, руководитель лаборотории интеллектуальных систем

института Систем Управления Национальной Академии Наук Азербайджана, г. Баку

Алышзаде Н.О.

Магистрант института Систем Управления Национальной Академии Наук Азербайджана, г. Баку

NEURO-FUZZY SYSTEM OF PROCESSING OF SIGNALS FOR VIBRODIAGNOSTICS OF THE TURBO-UNIT

Abdullayeva G.G.

Ph.d. in mathematics, associate professor

Institute of Control Systems of the Azerbaijan National Academy of Sciences

Alishzade N.O.

master

Institute of Control Systems of the Azerbaijan National Academy of Sciences

Аннотация

В статье рассматриваются проблемы технической диагностики тепловых электростанций. Предлага-

ется современный нечеткий метод оценки технического состояния агрегатов и обнаружения неисправно-

стей. Обоснована архитектура системы нечеткого вывода для обработки сигналов и и алгоритм обучения

этой системы, разработано программное решение для поставленной задачи.

Abstract

Problems of technical diagnostics of thermal power stations are considered in the article. A modern fuzzy

method for estimating the technical state of aggregates and detecting faults is proposed. The architecture of the

fuzzy inference system for signal processing and the learning algorithm of this system is grounded, a software

solution for the task is developed.

Ключевые слова: техническая диагностика, паровая турбина, вибродиагностика, временные ряды,

система нечеткого вывода, фаззификация, дефаззификация, алгоритм Мамдани.

Keywords: technical diagnostics, steam turbine, vibrodiagnostics, time series, fuzzy inference system, fuzz-

ification, defuzzification, Mamdani algorithm.

1. Введение. Повышение эксплуатационной

надежности оборудования является одним из ос-

новных направлений увеличения экономической

эффективности тепловых электростанций. Поэтому

оценка технического состояния оборудования явля-

ется важной задачей, решение которой позволяет

обнаружить скрытые дефекты оборудования на

ранней стадии развития, предотвращая аварийные

ситуации.

Сегодня считают, что вместо традиционного

периодического контроля и проведения профилак-

тического ремонта (ППР) оборудования, более це-

лесообразно с технической и экономической точек

зрения обслуживание оборудования по его факти-

ческому состоянию (ОФС). А именно, проводить

ремонтные работы, тогда когда в этом возникает

реальная потребность. Посредством внедрения

ОФС возможно добиться увеличения эффективно-

сти производства до 10 % [1]. Обслуживание по

фактическому состоянию оборудования имеет ряд

преимуществ по сравнению с ППР:

- наличие постоянной информации о состоя-

нии оборудования, так как проводится непрерыв-

ный контроль (мониторинг);

- планирование и выполнение технического

обслуживания и ремонта без остановки процесса

функционирования оборудования (неразрушаю-

щий);

- возможность практически исключать отказы

оборудования.

Опыт показывает, что внедрение средств диа-

гностирования технического состояния оборудова-

ния является одним из важнейших факторов повы-

шения экономической эффективности использова-

ния оборудования на ТЭС. Для этого необходимы

такие методы и средства диагностирования, кото-

рые могут оценивать состояние оборудования на

текущий момент, а также спрогнозировать его со-

стояние на последующие сроки.

Распознавание состояния технического обору-

дования является задачей технической диагно-

стики. Основные цели технической диагностики,

определяющие ее экономическую эффективность,

это:

- обнаружить неисправности оборудования на

ранней стадии их развития, а также выявить их при-

чины;

- оценить целесообразность дальнейшей экс-

плуатации оборудования с учетом прогноза его тех-

нического состояния при обнаруженных дефектах;

- организовать ремонт оборудования по факти-

ческому состоянию.

Информация о состоянии функционирования

технического оборудования носит диагностиче-

скую ценность. Основными видами диагностиче-

ской информации – являются:


- значения параметров, которые характери-

зуют функциональную cистему (давление, темпера-

тура концентрация веществ, частота вращения,

мощности и т.д.);

- спектр вибрации элементов оборудования;

- спектр акустических колебаний;

- состояние соприкасающихся сред;

- визуальные наблюдения (осуществляются с

помощью бароскопов);

- данные дефектоскопии (датчики, ультразву-

ковой метод, методы рентгенографии, методы цвет-

ной и люминесцентной дефектоскопии).

В работе рассматривается диагностика обору-

дования ТЭС на примере турбоагрегата Мин-

гечаурской ТЭС с турбиной К-300-240-3 ЛМЗ и

электрогенератором ТВВ-320-2ЛЭО «Электро-

сила». Паровая турбина (ПТ) и электрогенератор

(Г) находятся на одном валу и составляют турбо-

агрегат (ТА).

2. Постановка задачи. Для оценки техниче-

ского состояния турбоагрегата (ТА) важно проведе-

ние анализа его вибрационного состояния. Вибра-

ция ТА – это колебания системы, состоящей из тур-

боагрегата, его фундамента и основания, на

котором установлен фундамент. Вибрация ТА яв-

ляется опасным многофакторным явлением. При

этом большинство возмущающих сил, которые воз-

никают в турбине и вызывают колебания роторов,

кратны частоте вращения валопровода [2]. При экс-

плуатации необходимо постоянно контролировать

вибрационное состояние турбоагрегата, т.к. из-

вестно, что эксплуатация при повышенных уровнях

вибрации значительно ухудшает экономические

показатели ТА.

Непосредственным источником колебаний яв-

ляется валопровод, который вращается на масляной

пленке подшипников и через нее передает усилия

на вкладыши подшипников и их корпуса. Здесь ос-

новное назначение подшипников – это обеспечить

вращение вала с минимальным трением. Вибриру-

ющие корпуса подшипников и связанные с ними

корпуса цилиндров возбуждают вибрацию верхней

фундаментальной плиты, а она приводит к вибра-

ции колон и нижней фундаментальной плиты.

При вибрации вал вращается в прогнутом со-

стоянии и могут возникать задевания вращаю-

щихся деталей об неподвижные. При значительных

задеваниях вибрация может привести к аварийной

ситуации.

В настоящее время вибродиагностический ме-

тод является наиболее эффективным и технологич-

ным для определения технического состояния ро-

торных механических узлов, в том числе для иссле-

дования вибрационных процессов турбоагрегата

[3]. При выборе информативных признаков число

измеряемых параметров нами были ограничены.

Выбраны те параметры, т.е. информативно значи-

мые, которые прямо или косвенно характеризуют

состояние турбоагрегата.

Для исследования вибрационных процессов

рассматриваемый нами турбоагрегат разбит на

определенные узлы и механизмы: вал, цилиндр вы-

сокого давления (ЦВД), цилиндр среднего давле-

ния (ЦСД), цилиндр низкого давления (ЦНД), гене-

ратор (Г), трансформатор (Т). Так как известно, что

наиболее характерные вибрации, отображающие

техническое состояние турбоагрегата, проявляются

на подшипниках, то измерение параметров вибра-

ции в контрольных точках проводится на подшип-

никовых опорах агрегата, куда устанавливаются

датчики. Контрольные точки измерения часто

называют критическими точками. На рис.1 приве-

дена схема расположения датчиков на контрольных

точках измерения вибрации турбоагрегата.

Рис. 1. Схема расположения датчиков для измерения вибраций турбоагрегата.

1 - VE001A - Вибрация подшипника N1 5 - VE007C - Вибрация подшипника N5

2 - VE002B - Вибрация подшипника N2 6 - GEN01W- Вибрация подшипника N6

3 - VE003A - Вибрация подшипника N3 7 - VE008A - Вибрация подшипника N7

4 - VE004B - Вибрация подшипника N4 8 - VE009A - Вибрация подшипника N8

За счет этих датчиков создана база данных,

представляющая собой значения каждого вибро-

сигнала, поступающего в датчики каждые две ми-

нуты. Выглядит эта база следующим образом (табл.

1):


Табл. 1.

База сигналов полученных из датчиков.

Целью настоящей работы является разработка

системы нечеткого вывода для оценки техниче-

ского состояния турбоагрегата по параметрам вре-

менных сигналов, накопившихся в базе данных.

Нами реализована интерпретация, которая позво-

ляет разработанной системе воспринимать сигналы

из данной базы как вектор временного ряда, вы-

бранный пользователем в промежутках Δt времени.

На рис. 2 приведена схема выбранной нами вычис-

лительной системы:

Рис. 2. Архитектура системы нечеткого вывода.

3. Выбор и обоснование алгоритма. Боль-

шинство сложных объектов анализа обладают объ-

ективной неопределенностью, что требует дальней-

шего расширения инструментария диагностики.

Все чаще используются интеллектуальные методы,

которые расширяют классическую классификацию

диагностических методов и представляют сочета-

ние формализованных процедур обработки инфор-

мации, полученной с помощью измерительных

устройств или по оценкам специалистов-экспертов.

Обычно это информация представляет собой ряд

численных данных, а точнее временные ряды.

Развитие инфокоммуникационных технологий

обеспечило принципиально новую возможность

более широкого доступа конечных пользователей к

решению задач анализа поведения сложных орга-

низационно-технических систем по временным ря-

дам (ВР), накопленным в базах данных в результате

мониторинга.

В настоящее время активно развивается новое

направление Time Series Data Mining для решения

проблемы анализа временных рядов, обладающих

высокой степенью неопределенности, на основе ме-

тодов и моделей искусственного интеллекта, в

частности нейросетевых и нечетких моделей [4].

Система нечеткого вывода – это процесс по-

лучения нечетких заключений о требуемом управ-

лении объектом на основе нечетких условий или

предпосылок, представляющих собой информацию

о текущем состоянии объекта. Этот процесс соеди-

няет в себе все основные концепции теории нечет-

ких множеств: функции принадлежности, лингви-

стические переменные, методы нечеткой имплика-

ции и т.п. Разработка и применение систем

нечеткого вывода включает в себя ряд этапов, реа-

лизация которых выполняется на основе элементов

нечеткой логики [5]. На рис. 3 представлена поша-

говая реализация выбранного нами алгоритма Мам-

дани.


Рис. 3. Диаграмма пошаговой деятельности алгоритма Мамдани.

Алгоритм был предложен (1975) в качестве ме-

тода для управления паровым двигателем. Этот ал-

горитм в настоящее время получил наибольшее

практическое применение в задачах нечеткого мо-

делирования [6]. Алгоритм Мамдани описывает не-

сколько последовательно выполняющихся этапов,

при этом каждый последующий этап получает на

вход значения, полученные на предыдущем шаге

(рис.3).

Алгоритм примечателен тем, что он работает

по принципу «черного ящика». На вход поступают

количественные значения, на выходе они же. На

промежуточных этапах используется аппарат не-

четкой логики и теория нечетких множеств. В этом

и состоит элегантность использования нечетких си-

стем. Можно манипулировать привычными число-

выми данными, но при этом использовать гибкие

возможности, которые предоставляют системы не-

четкого вывода.

Для реализации алгоритма Мамдани нами ис-

пользовался объектно-ориентированный подход,

архитектура которого представлена на рис.4. Ис-

ходный код написан на языке программирования

C#.

Рис. 4. Архитектура реализации алгоритма Мамдани.

Архитектура (рис. 4) показывает наиболее су-

щественные связи и отношения между классами,

задействованными в алгоритме.

4. Программная реализация алгоритма.

4.1. Формирование базы правил. База правил

систем нечеткого вывода предназначена для фор-

мального представления эмпирических знаний экс-

пертов в той или иной предметной области в

форме нечетких продукционных правил [7]. Таким


образом, база нечетких продукционных правил си-

стемы нечеткого вывода – это система нечетких

продукционных правил, отражающая знания экс-

пертов о методах управления объектом в различ-

ных ситуациях, характере его функционирования в

различных условиях и т.п., т.е. содержащая форма-

лизованные человеческие знания. База правил мо-

жет иметь следующий вид (для примера использу-

ются правила различных конструкций):

RULE_1: IF «Condition_1» THEN «Conclu-

sion_1» (F1) AND «Conclusion_2» (F2);

RULE_2: IF «Condition_2» AND «Condition_3»

THEN «Conclusion_3» (F3);

RULE_n: IF «Condition_k» THEN «Conclu-

sion_(q-1)» (Fq-1) AND «Conclusion_q» (Fq);

где Fi — весовые коэффициенты, означающие

степень уверенности в истинности получаемого

подзаключения (i = 1..q). По умолчанию весовой

коэффициент принимается равным 1. Лингвистиче-

ские переменные, присутствующие в условиях

называются входными, а в заключениях выход-

ными.

Обозначения:

n — число правил нечетких продукций

(numberOfRules).

m — кол-во входных переменных

(numberOfInputVariables).

s — кол-во выходных переменных

(numberOfOutputVariables).

k — общее число подусловий в базе правил

(numberOfConditions).

q — общее число подзаключений в базе правил

(numberOfConclusions).

Примечание: Данные обозначения будут ис-

пользоваться в последующих этапах. В скобках

указаны имена соответствующих переменных в ис-

ходном коде.

В работе для разных уровней значений сигна-

лов вибрации определены нижеприведенные нечет-

кие высказывания и их соответствующая степень

истинности: «норма» - 0.0; «чуть выше нормы» -

0.2; «выше нормы» - 0.3; «высокая» - 0.6; «очень

высокая» - 0.9.

Мы условно ввели пять классов для определе-

ния состояния турбоагрегата:

«стационарный», «слабое колебание», «теку-

щий ремонт», «деструктивный ремонт» и «аварий-

ная ситуация».

Итак, концептуальная модель базы правил вы-

глядит так:

Если уровень сигналов «норма», То статус

турбины «стационарный»

Если уровень сигналов «чуть выше нормы», То

статус турбины «слабое колебание»

Если уровень сигналов «выше нормы», То

статус турбины «текущий ремонт»

Если уровень сигналов «высокая», То статус

турбины «деструктивный ремонт»

Если уровень сигналов «очень высокая», То

статус турбины «аварийная ситуация»

4.2. Фаззификация входных переменных.

Этот этап часто называют приведением к нечетко-

сти. На вход поступает сформированная база пра-

вил и устанавливается соответствия между числен-

ным значением входной переменной системы не-

четкого вывода и значением функции принадлеж-

ности соответствующего ей терма лингвистической

переменной. На этапе фаззификации значениям

всех входным переменным системы нечеткого вы-

вода, полученным внешним по отношению к си-

стеме нечеткого вывода способом, например, при

помощи датчиков, ставятся в соответствие конкрет-

ные значения функций принадлежности соответ-

ствующих лингвистических термов, которые ис-

пользуются в условиях (антецедентах) ядер нечет-

ких продукционных правил, составляющих базу

нечетких продукционных правил системы нечет-

кого вывода. Фаззификация считается выполнен-

ной, если найдены степени истинности μ A (x) всех

элементарных логических высказываний вида « β

ЕСТЬ ά », входящих в антецеденты нечетких про-

дукционных правил, где ά – некоторый терм с из-

вестной функцией принадлежности μ A (x) , a – чет-

кое численное значение, принадлежащее универ-

суму лингвистической переменной β [8].

Реализация:

private double[] fuzzification(double[] inputData) {

int i = 0;

double[] b = new double[numberOfConditions];

for (Rule rule : rules) {

for (Condition condition : rule.getConditions()) {

int j = condition.getVariable().getId();

FuzzySet term = condition.getTerm();

b[i] = term.getValue(inputData[j]);

i++;

}

}

return b;

}

4.3. Агрегирование подусловий. Целью этого

этапа является определение степени истинности

условий для каждого правила системы нечеткого

вывода. Упрощенно говоря, для каждого условия

находим минимальное значение истинности всех

его подусловий. Формально это выглядит так:

cj =min{bi}, где: j =1..n; i — число из множества но-

меров подусловий в которых участвует j-ая входная

переменная.


private double[] aggregation(double[] b) {

int i = 0;

int j = 0;

double[] c = new double[numberOfInputVaria-

bles];


double truthOfConditions = 1.0;

for (Condition condition : rule.getConditions()) {

truthOfConditions = Math.min(truthOfCondi-

tions, b[i]);

i++;

}

c[j] = truthOfConditions;

j++;

}

return c;


}

4.4. Активизация подзаключений. Активиза-

ция в системах нечеткого вывода – это процедура

или процесс нахождения степени истинности каж-

дого из элементарных логических высказываний

(подзаключений), составляющих консеквенты ядер

всех нечетких продукционных правил. Поскольку

заключения делаются относительно выходных

лингвистических переменных, то степеням истин-

ности элементарных подзаключений при активиза-

ции ставятся в соответствие элементарные функ-

ции принадлежности. Цель этого этапа — это полу-

чение совокупности «активизированных» нечетких

множеств для каждого из подзаключений в базе

правил.


private List<ActivatedFuzzySet> activation(dou-

ble[] c) {

int i = 0;

List<ActivatedFuzzySet> activatedFuzzySets

new ArrayList<ActivatedFuzzySet>();

double[] d = new double[numberOfConclusions];


for (Conclusion conclusion : rule.getConclu-

sions()) {

d[i] = c[i]*conclusion.getWeight();

ActivatedFuzzySet activatedFuzzySet = (Activat-

edFuzzySet) conclusion.getTerm();

activatedFuzzySet.setTruthDegree(d[i]);

activatedFuzzySets.add(activatedFuzzySet);

i++;

}

}

return activatedFuzzySets;

}

private double getActivatedValue(double x) {

return Math.min(super.getValue(x), truthDe-

gree);

}

4.5. Аккумуляция заключений. Аккумуляция

в системах нечеткого вывода – это процесс нахож-

дения функции принадлежности для каждой из вы-

ходных лингвистических переменных. Цель акку-

муляции состоит в объединении всех степеней ис-

тинности подзаключений для получения функции

принадлежности каждой из выходных переменных.

Результат аккумуляции для каждой выходной линг-

вистической переменной определяется как объеди-

нение нечетких множеств всех подзаключений не-

четкой базы правил относительно соответствую-

щей лингвистической переменной.


private List<UnionOfFuzzySets> accumula-

tion(List<ActivatedFuzzySet> activatedFuzzySets) {

List<UnionOfFuzzySets> unionsOfFuzzySets =

new ArrayList<UnionOfFuzzySets>(number-

OfOutputVariables);


for (Conclusion conclusion : rule.getConclu-

sions()) {

int id = conclusion.getVariable().getId();

unionsOfFuzzySets.get(id).addFuzzySet(activat-

edFuzzySets.get(id));

}

}

return unionsOfFuzzySets;

}

private double getMaxValue(double x) {

double result = 0.0;

for (FuzzySet fuzzySet : fuzzySets) {

result = Math.max(result, fuzzySet.getValue(x));

}

return result;

}

4.6. Дефаззификация выходных перемен-

ных. Цель дефаззификации получить количествен-

ное значение для каждой из выходных лингвисти-

ческих переменных. Дефаззификация проводится

методом центра тяжести или центра площади [7, pp

665]. В данной реализации алгоритма используется

метод центра тяжести, в котором значение i-ой вы-

ходной переменной рассчитывается по формуле:

dxx

dxxxy

i

i

)(

)(

где μi(x) — функция принадлежности соответ-

ствующего нечеткого множества Ei; Min и Max гра-

ницы универсума нечетких переменных; yi — ре-

зультат дефаззификации.


private double[] defuzzification(List<UnionOf-

FuzzySets> unionsOfFuzzySets) {

double[] y = new double[numberOfOutputVaria-

bles];

for(int i = 0; i < numberOfOutputVariables; i++)

{

double i1 = integral(unionsOf-

FuzzySets.get(i), true);

double i2 = integral(unionsOf-

FuzzySets.get(i), false);

y[i] = i1 / i2;

}

return y;

}

Целая часть переменной y, которая получает

один из пяти значений, определяет состояние тур-

боагрегата и в интерфейсе обозначается теми зна-

чениями, что и в нечетких правилах, т.е. «стацио-

нарный», «слабое колебание», «текущий ремонт»,

«деструктивный ремонт» и «аварийная ситуация».

Сигналы, накопившиеся в базе данных от

2014.01.13, 17:44:15 часов до 2014.06.13, 17:46:15

часов включительно (таб.1), прошли обработку в

разработанной системе и получен ответ: «стацио-

нарный».

5.Заключение. Представленный метод (ана-

лиз вибрационного состояния объекта диагно-

стики) относится к нечетким моделям обработки

временных рядов. Разработана система для анализа

сигналов, накопленных в базах данных в результате

мониторинга методом вибродиагностики. Так как


вибрационные сигналы обладают объективной не-

определенностью, введение фаззификации в си-

стему анализа сигналов, а также база нечетких про-

дукционных правил позволяет получить более точ-

ную информацию о состоянии агрегата. Система

прошла тестирование и апробацию на турбине К-

300-240-3ЛМЗ Мингечаурской ТЭС. Полученный

результат показывает, что сигналы датчиков

VE001A, VE002B, VE003A, VE004B, VE007C,

VE008A и VE009A от 2014.01.13, 17:44:15 часов до

2014.06.13, 17:46:15 часов включительно, отно-

сятся к условному классу «стационарный», что со-

ответствует реальному стационарному режиму ра-

боты агрегата.

Список литературы

1. С. А. Беляев, В. В. Литвак, С. С. Солод.

Надёжность теплоэнергетического оборудования

ТЭС, Томск 2008, стр. 39-40.

2. Розенберг Г. Ш., Мадорский Е. З., Голуб Е.

С., Винницкий М. Л., Неелов А. Н., Поросенков Ю.

В., Таджибаев А. И. Вибродиагностика, Санкт-Пе-

тербург 2003, стр. 46-50

3. Матюшкова О. Ю., Тэттэр В. Ю. Современ-

ные методы виброакустического диагностирова-

ния. Омский научный вестник N 3(123) 2013, стр. 1-

4.

4. Juana Sanchez, Introduction to modern time

series analysis, Journal of Applied Statistics, 37(6)

2010, p.1063

5. Provotar, A.I., Lapko, A.V. & Provotar,

A.A. Fuzzy inference systems and their applications,

Cybernetics and Systems Analysis, Volume 49, Is-

sue4, 2013, pp 517-525.

6. В. Г. Рубанов, А. Г. Филатов, И. А. Рыбин.

Интеллектуальные Системы Автоматического

Управления. Нечеткое Управление В Технических

Системах. Белгород, 2010, стр. 55-59.

7. Yuanyuan Chai, Limin Jia, and Zundong

Zhang, Mamdani Model based Adaptive Neural Fuzzy

Inference System and its Application. World Academy

of Science, Engineering and Technology International

Journal of Computer, Electrical, Automation, Control

and Information Engineering Vol:3, No:3, 2009. Pp

663-669.

ЯВЛЕНИЕ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА МАТЕРИАЛ

КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ

Бушма В.О.

Доктор технических наук

THE PHENOMENON OF SELF-ORGANIZING AT INFLUENCE ON THE MATERIAL OF THE CONCENTRATED STREAMS OF ENERGY

Bushma V.O.

Dr.Sci.Tech.

Аннотация

Предложена модель, объясняющая возникновение упорядоченного, периодического движения дуги в

щелевой разделке. Наличие самоорганизации при движении дуги в узком канале может рассматриваться

как результат действия изменяющихся массовых сил. В первом приближении баланс сил, складывается из

трех объемных сил: силы электромагнитного характера, имеющей направление к центру дугового канала,

силы электромагнитного трения и газодинамической силы, зависящей от скорости дуги и ее положения в

канале. Выполнен топологический анализ полученной динамической системы уравнений. Топологическая

структура системы представляет неустойчивый фокус, расположенный между двумя седлами. Проведено

численное решение уравнения движения для начала процесса сварки.

Abstract

The model, explaining the occurrence ordered of well regulated periodic movement in a slot-hole, is offered.

The availability of self-organizing in the arc movement during its movement in a narrow channel can be consid-

ered, as result of action of changeable mass forces. In the first approach the balance of forces is sum of three

volumetric forces: the electromagnetic force, which directing to the center of the arc channel, the force of electro-

magnetic friction and the gasodynamic force, which depending on the arc's speed and its position in the channel.

The topological analysis of this dynamic equations' system is carried out. The topological structure of this system

is unstable focus, located between two “saddles”. The numerical decision of the equation of movement for the

beginning process of welding is lead.

Ключевые слова: электрическая дуга, дуговой канал, составляющая напряженности магнитного

поля, коэффициент гидравлического сопротивления, автономная система уравнений, состояние равнове-

сия системы, сепаратриса

Keywords: an electric arch, the arc channel, a component of intensity of a magnetic field, factor of hydraulic

resistance, independent system of the equations, a condition of balance of system, separatrisa

Взаимодействие концентрированного источ-

ника энергии (лазерный или электронный луч) с ма-

териалом порождает различные эффекты, связан-

ные с процессами нагрева, плавления и испарения


материала. При этом в зоне обработки в динамиче-

ской системе «источник энергии-обрабатываемый

материал» может возникнуть автоколебательный

процесс [1], характеристиками которого можно

управлять.

При определенных условиях в процессе дуго-

вой сварки наблюдается подобное явление, заклю-

чающееся в самостоятельном, упорядоченном дви-

жении дуги. Это явление наблюдается при помеще-

нии дуги в узкий зазор [2], как это осуществляется

при дуговой сварке неподвижным плавящимся

электродом (ДС НПЭ), показанной на рис.1.

Плавящемуся электроду 1, представляющему

собой пластину требуемой толщины, придается

форма и профиль сечения свариваемых деталей 3.

На электрод наносят слой диэлектрического покры-

тия 2. Сборка сварочного стыка заключается в том,

что плавящийся электрод помещают в зазор между

соединяемыми кромками частей изделия 3. Сверху

сборки стыка засыпают сварочный флюс 4, кото-

рый, как при АДСФ, защищает при сварке превы-

шение пластинчатого электрода над частями изде-

лия и сварочную ванну. Электрическую дугу зажи-

гают вблизи корневой подкладки 6, предварительно

подключив изолированный электрод 1 и части из-

делия 3 к разным полюсам источника переменного

или постоянного тока. При создании стационарных

условий в межэлектродном промежутке происхо-

дит стабильное возвратно-поступательное движе-

ние дуги 5 между торцем электрода пластины и рас-

пределенной сварочной ванной 7. Закристаллизо-

вавшийся метал сварочной ванны образует сварной

шов 8.

Проведенная экспериментальная скоростная

съемка процесса показала, что электрическая дуга

при сварке совершает самостоятельные, упорядо-

ченные, периодические перемещения между тор-

цем электрода и распределенной сварочной ванной.

Периодическое движение дуги может возник-

нуть при наличии периодически изменяющихся

сил, воздействующих на нее. При эксперименталь-

ных наблюдениях было отмечено наличие изменя-

ющихся потоков газа из дугового канала, образо-

ванного не расплавившимся торцем электрода и

прилегающими к нему частями изделия и свароч-

ной ванной сформированной на всю высоту свари-

ваемого изделия. Это указывало, что природа одной

из сил обусловлена газодинамическими потоками,

возникающими в дуговом канале из-за испарения

металла и диэлектрического покрытия.

Другой силой, воздействующей на дугу, явля-

ется сила магнитного происхождения, возникаю-

щая из-за протекания значительных сварочных то-

ков по пластинчатому электроду и основному ме-

таллу. Как показали расчеты при симметричной

сборке изделия под сварку поперечное магнитное

поле в пространстве плавления не зависит от токов,

протекающих по частям изделия и определяется

лишь током пластинчатого электрода [3].

Наибольшее влияние на характер движения

дуги в плавильном пространстве оказывает попе-

речная составляющая напряженности магнитного

поля Hz. Составляющая магнитного поля Hy дей-

ствует параллельно скорости дуги и создает допол-

нительные условия по стабилизации дугового

столба в плавильном пространстве, а составляющая

магнитного поля Hx влияет на ширину получаемого

сварного шва.

Зависимость средней напряженности попереч-

ного магнитного поля в узком зазоре, действую-

щего на дугу при ее перемещении по каналу, хо-

рошо аппроксимируется полиномом третьей сте-

пени [3]

H Ay By Cy Dz 3 2 ,

где A, B, C, D - коэффициенты, зависящие от

геометрических размеров пластинчатого элек-

трода, и тока сварки; у - среднее смещение центра

дуги вдоль канала.

Электрическая дуга является движущимся

объектом, поэтому для магнитной силы, действую-

щей на единицу объема дугового столба можно за-

писать [4]

21

2

00 ]][[][]][[][ FFBBVBjHHVHEF DDDDDD zzzэ ,

где D - электропроводность дуги, 0 - систем-

ный коэффициент, VD - скорость движения дуги, jD

- плотность тока дуги, В - истинное значение индук-

ции магнитного поля, создаваемого как посторон-

ним источником, так и самим током, на который эта

сила действует. Однако при вычислении полной

силы можно принять, что В определяется лишь

внешним полем, действующим на движущийся

проводник с током. В нашем случае В создается

протеканием сварочного тока по пластинчатому


электроду и основному металлу, при этом учитыва-

ется лишь составляющая по оси z, т.к. только она

перемещает дугу вдоль канала.

Направление и величина составляющей объем-

ной электромагнитной силы F1 при неизменной

плотности тока в столбе целиком определяется ме-

стоположением дуги в канале. Составляющая F1

имеет такое направление, что ее действие обеспе-

чивает вталкивание дуги в узкий канал. Составляю-

щая F2 появляется из-за перемещения дуги по ка-

налу и при движении в одном направлении не ме-

няет своего направления. По физическому смыслу

F2 является силой электромагнитного трения, она

всегда направлена в сторону противоположную

скорости дуги VD и линейно зависит от скорости.

Оценим градиент давления потоков плазмы и

газов вблизи дуги. Электрическую дугу представим

поршнем, движущимся со скоростью VD по каналу

в виде вертикально расположенной трубы диаметра

D и длины lD. Такие условия имеют место в дуговом

канале при отсутствии распределенной сварочной

ванны, то есть в начале сварки. Граничные условия

на обоих концах дугового канала принимаем иден-

тичными (открытое пространство). Дуга является

активным элементом, генерирующим потоки паров

металла и газа со скоростью V0 в обе стороны ду-

гового канала. Если считать газ при выходе из ка-

нала несжимаемым, то можно получить выражение

для градиента давления газа в дуге

PV V

Dy

D

V V

Dy l Dc D с с c с D

D

21

2 24

0 02

2

[ ]

( )[ ] ,

где с - плотность газов в канале, с- безразмер-

ный коэффициент гидравлического сопротивления,

y - текущая координата местоположения дуги в ка-

нале.

Безразмерный коэффициент гидравлического

сопротивления зависит от характера течения газа в

канале. При развитом турбулентном течении в

гладком канале связь коэффициента сопротивления

и числа Рейнольдса имеет вид [5]

1 0 88 0 9

с

с , ln(Re ) , ,

где Re = VсрD/ - число Рейнольдса, Vср- сред-

няя скорость газа в канале, - коэффициент кине-

матической вязкости, D - диаметр канала.

Гидравлическое сопротивление шероховатых

труб оказывается таким же, как и у гладких труб, до

тех пор пока толщина вязкого подслоя больше вы-

ступов шероховатости. После того как выступы ше-

роховатости попадают в турбулентную область по-

тока, около них начинается вихреобразование, и

вязкое трение перестает заметно влиять на профиль

скоростей течения [5].

При турбулентном течении и значительных

числах Рейнольдса в шероховатых трубах имеет

место автомодельность (независимость) гидравли-

ческого сопротивления от числа Рейнольдса [5].

При составлении уравнения движения дуги в

канале не учитывали процессы диссипации энергии

вследствие внутреннего трения газа, теплообмен

между различными участками дугового столба и

считались малыми имеющиеся в дуге силы Архи-

меда и Кулона. Уравнение движения электрической

дуги в канале имеет вид [6]:

D

dV

dtD P F F 1 2 ,

где D - плотность вещества дугового столба,

из-за небольшой протяженности канала D =с, Р

- градиент давления в канале, F1 и F2 - объемные

электромагнитные силы.

Учитывая, что рассматривается одномерное

течение и в начале сварки дуговой канал имеет ма-

лую кривизну, преобразуем переменные и придем к

используемому в литературе стандартному виду [7]

автономной системы

),( yxPyVdtxd

D

dydt

V yD

xD

V yD

l xD

j B x B x yQ x yс D

сD

c

D

c

( )[ ]

( )[ ]

( ) ( )( , )0

20

2 2

41

41

2 2

,

где В(х') = Ax'3 + Bx'2 + Cx' + D - индукция

поперечного магнитного поля в канале; x - коор-

дината дуги в канале.

Определим состояние равновесия системы из

условия Р(x',y') = 0 и Q(x',y') = 0. Одна из таких то-

чек х' = lD/2, y' = 0 - середина канала плавления. В

системе существуют и другие решения, хотя все

они выходят за пределы плавильного пространства,

их влияние на характер поведения системы суще-

ственно.

Выполним преобразование координат с пере-

носом в точку равновесия x = x' - 0.5lD, y = y'. Тогда

система уравнений примет вид

dxdt

y P x y ( , )

dydt

V yD

l xD

V yD

l xD

j B x B x yQ x yD

сD

сD

c

D

c

( )

[,

]( )

[,

]( ) ( )

( , )02

02 2

41

0 54

10 5

2 2

,


где B(x)=x(Ax2+Bx+C) - магнитная индукция

канала плавления. Состояние равновесия системы

в этом случае имеет координаты x0 = 0, y0= 0.

Так как топологическая структура состояния

равновесия определяется линейными членами [7],

преобразуем полученную систему к виду

,),(]2

[]22

[

),(

12

002

20

1

yxQyD

Vl

DV

xCj

D

V

dtdy

yxPydtdx

D–

c

– D

отбрасывая члены, имеющие порядок выше

первого.

Якобиан полученной линейной автономной

системы имеет вид

( , )( , ) ( , )

( , ) ( , )0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

1 1

1 1

P P

Q Q

x y

x y

,

где PPxx11

, PPyy11

, QQ

xx11

, QQ

yy11

.

Переходя к конкретным данным, для положе-

ния равновесия x0 = 0, y0= 0, получим

( , )[ ] [ ]

0 0

0 1

2 2 2

002

20 0

2

с D

c

с DV

D

j C VD

l V

D

.

Так как якобиан системы в положении равно-

весия отличен от нуля, то в точке x0, y0 имеем про-

стое состояние равновесия [7].

Характеристическое уравнение линеаризован-

ной системы имеет вид

.0]22

[]2

[]

2[]

22[

1

2

20

2

002

2

002

20

c

DсDсDс

c

Dс

Cj

D

V

D

Vl

D

V

D

Vl

D

VCj

D

V

Знаки характеристических корней или знаки

их действительных частей полностью определяют

топологическую структуру состояния равновесия.

Корни характеристического уравнения определятся

как

1 20 0

20 0

2

2 02

22 4 2 4 2 2, [ ] [ ] . VD

l V

DVD

l V

D

V

D

j Cс D с D с D

c

Физические величины V0, D, с, lD, jD, c, харак-

теризующие процесс в канале плавления, являются

положительными, поэтому поведение системы в

данном положении равновесия определяется зна-

ком и величиной коэффициента характеристиче-

ского уравнения jDС/2c.

Реальное магнитное поле имеет такую характе-

ристику в плавильном пространстве, что коэффи-

циент С 0. Поэтому, если

с D

c

V

D

j C02

22 20 и [ ] [ ]

VD

l V

D

V

D

j Cс D с D

c

0 0

2

2 02

22 4 2 2

, что соответствует

2

202

2

0020

]42

[2

Dj

V

D

Vl

D

Vj

CDj

V

D

cсDс

D

c

D

cс

,

то характеристическое уравнение имеет два

положительных различных вещественных корня, а

положение равновесия есть неустойчивый узел [7].

Если 2

202

2

00 ]42

[2

Dj

V

D

Vl

D

Vj

CD

cсDс

D

c

,

то характеристическое уравнение имеет два ком-

плексно-сопряженных корня с положительной ве-

щественной частью. В этом случае положение рав-

новесия - неустойчивый фокус [7].

Если с c

D

V

j DC0

2

0 , то характеристиче-

ское уравнение имеет два действительных корня

разного знака, а положение равновесия - седло.

Реальные значения параметров среды в канале

плавления и величина коэффициента С таковы, что

имеют место два комплексно-сопряженных корня и

положение равновесия - неустойчивый фокус.


Определим координаты двух других положе-

ний равновесия. Имеем y1,2=0, тогда

Q x yV

D

jAx Bx C

с D

c( , ) ( )

02

2

2

2 20.

Координаты положения равновесия

x BA

BA

CA

V

AD jс c

D1 2

2

202

22 4,

, y1,2=0.

Для реальных параметров среды в канале плав-

ления и величины магнитного поля значения х1 и х2

действительны и имеют разные знаки.

Выполним преобразование координат для по-

ложения равновесия y=у1, х = х1, т. е. сделаем замену

у = у, х = х - х1, а после выполнения замены уберем

штрихи у координат. Получим линеаризованную

систему уравнений

dxdt

y P x y 2 ( , )

dydt

V

D

jAx Bx C x

VD

V l

DAx Bx C x y Q x y

с D

c

D с D

c [ ( )] [ ( ) ] ( , )0

2

2 12

10 0

2 12

12

1

222 2

3 22 2

.

Поступая аналогично, найдем корни характе-

ристического уравнения системы. Численный рас-

чет показывает, что состояниям равновесия у=y1,

х=х1 и у=y2, х=х2 для параметров среды в канале

плавления соответствуют два действительных раз-

личных по знаку корня характеристического урав-

нения, а топологические структуры - седла [7].

Таким образом, качественный анализ позво-

ляет утверждать, что топологическая структура ди-

намической системы для ДС НПЭ определяется

тремя состояниями равновесия, из которых одно -

неустойчивый фокус, расположенный между двумя

седлами.

Определим направление сепаратрис в седле.

Так как в результате преобразования координат со-

стояние равновесия лежит в начале координат, то

уравнение для нахождения углового коэффициента

k1,2 сепаратрис в седле имеет вид [7]: bk2 - (d-a)k +

c=0, где b=1, a=0.

В нашем случае

dVD

V l

DAx Bx C xD с D

c 0 0

2 12

12

12

2 2

( ) ,

)23(22 1

212

20

CBxAxj

D

Vc

c

Dс

.

Выражения k1 и k2 через корни характеристического уравнения имеют вид

kd

b11

, k

db2

2

.

Уравнения сепаратрис при состоянии равнове-

сия у=у1=0, х=х1

у=k1(х-х1), у=k2(х-х1).

Поступая аналогично, можно найти значения

угловых коэффициентов сепаратрис k3 и k4 и полу-

чить уравнения сепаратрис для состояния равнове-

сия у=у2=0, х=х2.

На рис.2 показана топологическая структура

динамической системы, соответствующей ДС

НПЭ. Стрелками указаны направления движения

вдоль сепаратрис.

На рис. 3 приведено численное решение фазо-

вой траектории дуги для трех различных условий

начала процесса сварки: вблизи корневой под-

кладки, в середине торца пластинчатого электрода

и в близи сварного валика.

Полученные зависимости характерны для дуги

в начальный момент сварки, когда отсутствует

большая по объему распределенная сварочная

ванна. Частота автоколебаний дуги для фазовой

траектории соответствует значениям, полученным

при скоростной киносъемке в начале процесса


сварки. С прогревом основного металла и выходом

на квазистационарный температурный режим ча-

стота осцилляций дуги в канале уменьшается, что

связано с изменением формы канала и увеличением

влияния на дугу немассовых сил.

Предложенная модель объясняет возникнове-

ние упорядоченного, периодического движения

дуги в канале и позволяет сформулировать требова-

ния к оптимальному источнику питания для дуго-

вой сварки неподвижным плавящимся электродом.


1. Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев и др. Ав-

токолебательные процессы при тепловом воздей-

ствии концентрированного потока энергии на мате-

риалы.- ЖЭТФ, 1983, т.85, №6, с.1953-1961.

2. Движение дуги в узком зазоре при дуговой

сварке неподвижным плавящимся электродом /

И.В.Зуев, В.Ф. Кубарев, В.О. Бушма, Р.В.Родя-

кина// Прикладная физика. Технология. - 1994.-

№3.-С 3-7.

3. Магнитное поле, создаваемое в дуговом ка-

нале током пластинчатого электрода / Бушма В.О.,

Кубарев В.Ф., Калашников Д.В. // Прикладная фи-

зика. 2004. №3 С.29-40.

4. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродина-

мика сплошных сред: В 10 т.- М.: Наука, 1992. - Т.5.

- 661с.

5. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидравли-

ческие сопротивления. - М.: Энергоатомиздат,

1990. - 336 с.

6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика:

В 10 т. - М.: Наука, 1988.- Т.6.- 734 с.

7. Качественная теория динамических систем

второго порядка / А.А. Андронов, Е.А. Леонтович,

И.И. Гордон, А.Г. Майер. - М.: Наука, 1966. - 568 с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИЛОГО УНИВЕРСАЛЬНОГО МОДУЛЯ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ

СТРУКТУРЕ МАЛЫХ ГОРОДОВ

Душко О.В.

к.т.н.. доцент Волгоградского государственного технического университета

Ишмаметов Р.Х.

доцент Волгоградского государственного технического университета

THE RESIDENTIAL USE OF A UNIVERSAL MODULE IN THE URBAN STRUCTURE OF SMALL TOWNS

Dushko O. V.

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Docent, Volgograd State Technical University

Ishmametov R.H.

Docent, Volgograd State Technical University

Аннотация

Рассмотрено использование жилого универсального модуля как основной единицы планировки ма-

лых городов (вахтовых поселков), включая их инфраструктуру.

Abstract

The use of a universal residential module as the basic unit of planning of small towns (shift settlements),

including their infrastructure, is considered.

Ключевые слова: жилой модуль, градостроительство, малые города.

Keywords: residential module, urban planning, small towns/

Основным фактором роста производительно-

сти труда и эффективности производства является

научно-технический прогресс, неразрывно связан-

ный с постоянным наращиванием интенсификации

работы оборудования во всех отраслях промыш-

ленности. Особенно ярко это проявляется в нефте-

газовой, атомной, химической промышленности,

где работоспособность, надежность, пожарная и

экологическая безопасность производственных

объектов существенно зависит от человеческого

фактора [1]. Безусловно, принятие своевременных

и ответственных решений оператором, мастером,

менеджером напрямую зависит от среды их «обита-

ния»: от условий труда, проживания, удовлетворе-

ния духовных потребностей и т.п. И если современ-

ное производство готово предложить работнику

высококачественные условия на рабочем месте, то

социально-бытовые условия для специалистов, ра-

ботающих, например, вахтовым методом, по

нашему мнению, ещё требуют решения. Это свя-

зано со спецификой такой организации производ-

ства: доставка персонала в вахтовый поселок; раз-

мещение во временном жилищном фонде; доставка

до объекта производства. Одним из перспективных

направлений решения столь важной задачи может

стать каркасно-панельное малоэтажное домострое-

ние в непосредственной близости от производства

со всей инфраструктурой, обеспечивающей ком-

фортное проживание на данной территории. Это в

первую очередь относится к объектам нефтегазодо-

бывающих комплексов, газонефтепроводам, ком-

прессорным станциям, расположенных в Сибири,

на Сахалине, Камчатке, Дальнем Востоке.

Разработка экспериментальных проектов кар-

касно-панельных малоэтажных домов и новых пла-

нировочных образований (малых городов, посел-


ков, жилых районов или жилых комплексов) явля-

ется актуальной архитектурно-градостроительной

задачей [6].

Большой долгосрочный опыт такого рода про-

ектных и монтажных работ имеет совместное Ав-

стрийско-Российское предприятие ТАМАК г. Там-

бов. Преимущества такого домостроения очевидны

как со стороны экологической безопасности, так и

экономической и эстетической.

Во-первых: данные строения имеют значи-

тельно более низкий вес по сравнению со зданиями,

выполненными по традиционным технологиям.

Так жилой дом из кирпича площадью 100 м2 весит

порядка 350 т., а каркасно-панельный такой же пло-

щадью – 37 т. Таким образом каркасно-панельное

строение причинит гораздо меньший ущерб суще-

ствующей природно-геологической системе.

Во-вторых: отсутствие на строительной пло-

щадке так называемых «мокрых процессов».

Сборка ведется крупными элементами здания,

практически «с колес» и в очень короткие сроки 5-

7 дней, практически не загрязняя окружающую

среду.

В-третьих: заводская готовность здания, а это

примерно 93-97 %, обеспечивает высокое техноло-

гическое качество монтажных и отделочных работ,

создающих возможность исключения зависимости

от квалификации и опыта строителей.

В-четвертых: возможность заводского испол-

нения фасадных работ и интерьеров, значительно

повышает уровень эстетических характеристик зда-

ний и сооружений в целом.

Понятие «гармоничного поселения и качества

жизни» не могут быть рассмотрены без учета реше-

ний вопросов по усовершенствованию внутриквар-

тальной инфраструктуры, повышению энергоэф-

фективности, развитию передовых информаци-

онно-коммуникативных технологий, экологизации

жизни, охране культурного и исторического насле-

дия, регенерации проектируемой территории.

Поэтому для удовлетворения нужд населения

в обеспечении школами и детскими садами фирмой

ТАМАК были проработаны варианты мини дет-

ских садов и школ вместимостью 50-70 мест, кото-

рые прекрасно вписываются в создаваемые локаль-

ные градостроительные единицы, как по своим

функциональным, так и эстетическим свойствам.

Короткие сроки монтажа, высокие технологиче-

ские свойства сборки, шаговая доступность, воз-

можность трансформации, как в сторону увеличе-

ния, так и уменьшения [4]. Вот не полный перечень

преимуществ таких объектов социально-бытового

и культурного назначения. К ним можно добавить

так же здания магазинов, клубов, администрации.

Таким образом, наличие инновационных тех-

нологических решений в области строительства и

проектирования наружных сетей и коммуникаций,

инновационных технологий строительства жилых и

общественных зданий, использование альтернатив-

ных источников энергоснабжения обеспечило

научно-производственный фундамент для создания

новой автономной высокотехнологической эколо-

гически безопасной и экономичной градострои-

тельной единицы – жилого универсального модуля.

В градостроительном понятии «модульный

подход» в планировке малых городов, пригород-

ных зон и территориальных систем макроуровня

представляет собой комплекс домов особенностью,

которых является такое планировочное решение

дворов, при котором внутри них образуется общее

внутреннее пространство, выполняющее одновре-

менно как функцию рекреационной зоны, так и без-

опасную зону отдыха для различных возрастных

групп населения, проживающих в этом комплексе.

Каждая семья имеет свой индивидуальный участок,

расположенный за домом, имеющих два входа, что

решает проблему осуществления доступа, как во

внутренний индивидуальный двор, так и выход к

общему пространству.

Главным образом при проектировании терри-

ториальных систем макроуровня должны учиты-

ваться возможности в реализации управления и ор-

ганизации социальных процессов, условия ком-

фортного расселения и трудовой деятельности

населения [3]. Возможность создания условий для

успешного развития и функционирования регио-

нальной экономики.

По результатам экспериментального проекти-

рования предлагаются типологии планировочных

схем жилых групп. Малоэтажная застройка разме-

щается по типу полосовой застройки, тупиковых,

треугольных и центрических схем (рис.1).

Рис. 3. Примеры формирования жилых групп


При этом застройщики-собственники имеют

как индивидуальные земельные участки, так и об-

щую внутридворовую территорию, благоустроен-

ную детскими площадками, зоной для пожилых

людей, спортивной площадкой и т.п. На террито-

рии жилой группы возможна застройка различ-

ными типами домов: индивидуальными жилыми

домами, блокированными (дуплекс, таун-хаус) с

индивидуальными земельными участками или с

возможностью ведения коллективного хозяйства

(рис. 4).

Рис. 4 Жилая группа закрытого типа с внутренними инженерными зонами и общественным

пространством

Жилая ячейка оснащается автономными инже-

нерными системами: водонапорной башней, транс-

форматорной подстанцией, газораспределительной

подстанцией.

Градостроительные структуры, во многом,

имеют определяющий характер специфических за-

кономерностей в развитии пространства, которые в

свою очередь могут радикальным образом отли-

чаться от развития соответствующих социальных

факторов. Скорость развития того или иного соци-

ального явления в обществе может принципиально

отличаться от скорости изменения функциональ-

ных зон территориальных систем макроуровня или

другого, аналогичного объекта, в котором рассмат-

риваемые социальные явления нашли свое приме-

нение [5].

Через территориально-пространственную ор-

ганизацию общественными процессами, непосред-

ственно связано и территориально пространствен-

ные разделение общественных функций, установ-

ление территориальных связей, взаимное

размещение пространственных комплексов различ-

ного назначения [7].

Таким образом, архитектура малых городов и

территориальных систем макроуровня формирует

не столько основу реализации жизненных функций,

сколько условия организации культурного образа

жизни сообщества, в том числе и индивидуальные

условия психологического и образовательного ро-

ста и развития населения [6]. Приоритетность зна-

чения роли человеческого фактора на этапе совре-

менного общественного развитии обеспечивает по-

вышение роли качественного подхода к

архитектурному проектированию [2]. Разрастаясь,

благоустраиваясь и развиваясь, малые города и

пригородные зоны должны сохранить свои специ-

фические черты - связь с природным окружением,

с этнокультурным укладом жизни и традициями.

Стираются существовавшие различия в социаль-

ном, экономическом, культурном и бытовом харак-

тере между укладом жизни в городе и пригороде,

деревни и загородным поселком.


1. Аграфенин С.И. Технологические методы

повышения промышленной и экологической без-

опасности промысловых трубопроводов // Тр. ин-та

/ Институт «Гипровостокнефть». 2006.

2. Байдюк А.П., Большеротова Л.В., Большеро-

тов А.Л. Проблемы экологической безопасности в

строительстве // Жилищное строительство: журн.

№ 3. Москва, 2011.

3. Боков А. В. Забытая тема, или еще раз о до-

ступном жилье. URL:

http://archi.ru/russia/64666/zabytaya-tema-ili-esche-

raz-o-dostupnom-zhile/3.

4. Воронкова Г.В., Резников А.О. Исследова-

ние выполнения строительного процесса с задан-

ным значением вероятности достижения заплани-

рованного уровня // Инженерный вестник Дона.

2017. Т. 45. № 2 (45). С. 134.

http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/41

72

5. Луман Н. Л Общество как социальная си-

стема. Пер. с нем./ А. Антоновский. М: Издатель-

ство "Логос". 2004. - 232 с.

6. Хантингтон Сэмюэль Столкновение цивили-

заций, пер. с англ. Т. Велимеева, Ю.Новикова. - М.:

ООО «Издательство АСТ», 2003.- 603 с. (Samuel

P.Huntington, The Clash of Civilizations and the Re-

making ofWorld Order? 1996.)

7. Linked Hybrid SHall. URL: http://www.steven-

holl.com/projects/beijing-linkedhybrid

http://archi.ru/russia/64666/zabytaya-tema-ili-esche-raz-o-dostupnom-zhile/3

http://archi.ru/russia/64666/zabytaya-tema-ili-esche-raz-o-dostupnom-zhile/3

https://elibrary.ru/contents.asp?issueid=1887148&selid=29911800

http://www.stevenholl.com/projects/beijing-linkedhybrid

http://www.stevenholl.com/projects/beijing-linkedhybrid


ПРИМЕНЕНИЕ ДВУХСЛОЙНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СУДОВЫХ

КОНСТРУКЦИЙ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЙ

Коваленко И.В.

Азовский морской институт (Мариуполь, Украина)

доцент, кандидат технических наук

APPLICATION OF DOUBLE - LAYER STEELS AT MAKING OF SHIP CONSTRUCTIONS BASIC AND AUXILIARY SETTING

Kovalenko I.V. Аzov marine institute (Mariupol, Ukraine)

associate professor, candidate of engineering sciences

Аннотация

В современном широком спектре судовых конструкционных материалов, комбинированные сварные

конструкции из двухслойных сталей могут различаться между собой по характеру распределения в них

материалов легирования, сочетанию свариваемых сталей условиям работы и областям применения. Осо-

бую группу комбинированных конструкций составляют – двухслойные конструкции, в которых из леги-

рованных сталей изготовляются не отдельные детали, а лишь их поверхностные слои, непосредственно

примыкающие к агрессивной среде, или к источнику интенсивного износа.

Abstract

In the modern wide spectrum of shipconstruction material, the combined weldments fromdoublelayer steel

can differentiate inter se by the naturedistributions in them alloying materials, to combinationweldable to the steel

terms of work and applicationdomains.The special group of the combined constructions is madeare doublelayer

constructions in that from alloyed steelnot separate details are made, and only their superficiallayers directly join-

ing to the aggressive environment, or tothe source of intensive wear.

Ключевые слова: двухслойная сталь, сварной шов, агрессивная среда, легирующие элементы.

Keywords: two-ply steel, weld-fabricated guy-sutures, aggressive environment, alloying elements.

На морских судах двухслойные стали приме-

няются в основном для сосудов, работающих под

давлением и при воздействии агрессивных сред, а

также в судовых атомных энергетических установ-

ках. Двуслойные стали широко используются в де-

талях машин различного назначения, поверхност-

ные слои которых испытывают значительные уси-

лия или подвержены износу различного характера

[1].

Номенклатура материалов, используемых в

комбинированных конструкциях, весьма велика и

включает в себя большинство свариваемых сталей.

По сочетанию материалов в одном узле целесооб-

разно выделить две основные группы конструкций:

со сварными соединениями сталей одного струк-

турного класса, но разного легирования; со свар-

ными соединениями сталей разных структурных

классов.

К конструкциям первой группы относятся

сварные узлы, в которых свариваются между собой

малоуглеродистая сталь Ст20 с хромомолибдено-

вой 9ХГМ; сталь 1Х18Н10Т с аустенитной сталью,

имеющей повышенное содержание никеля-сталь

20ХН12М. Наибольшее распространение среди

конструкций второй группы нашли соединения

перлитных сталей с аустенитными хромоникеле-

выми и мартенситно-ферритными высокохроми-

стыми сталями, как пример 30ХН5 и 12ХНМ. Осо-

бенно важно при внедрении данной группы кон-

струкций обеспечить высокое качество соединения

вследствие заметного развития в них химической,

структурной и механической неоднородности и

наличия в изделии поля остаточных напряжений,

которые не могут быть сняты при термической об-

работке.

На выбор сварочных материалов, технологию

сварки и работоспособность комбинированных

конструкций из биметаллических сталей заметное

влияние оказывают условия их работы. По этому

признаку следует выделить следующие четыре

группы сварных узлов:

- конструкции различных криогенных устано-

вок, работающих в условиях интенсивного кавита-

ционного износа;

- конструкции, работающие при высоких тем-

пературах (узлы энергетического машиностроения,

атомных установок);

- конструкции, работающие в коррозионных

средах при сравнительно умеренных температурах

(узлы химического и нефтяного судостроения).

При использовании сварных соединений из

двуслойных сталей в конструкциях общего назна-

чения (применительно к условиям эксплуатации

при комнатной температуре) достигается снижение

веса изделия за счет изготовления наиболее напря-

женных деталей из высокопрочной стали.

Применение материалов данного типа при из-

готовлении промышленных металлоконструкций

это и есть та рациональная составляющая которая

выделяет экономические преимущества материа-

лов данного типа. Также важно, что в сочетании с

другими факторами свойства двуслойных соедине-

ний могут на характеристики всей конструкции [2].

В рассматриваемых сварных узлах основное

применение находят перлитные стали различного


легирования, а также стали мартенситного класса

приведенные в таблице 1.1

Таблица 1.1

Стали применяемые в судовых конструкциях общего назначения

Область применения Высокопрочные стали Малопрочные стали,

марки Характеристика Марка

Строительные кон-

струкции (балки и др.)

Низколегированные, хо-

рошо сваривающиеся

09Г2С, 14Г2, 15ГС,

14ХГС, 10ХСНД

Ст.3

Узлы машин и меха-

низмов

Низко- и среднелегиро-

ванные

20Х, 40Х, 40ХС Ст.3

Сталь 25

Сталь 35

Узлы гидротурбин Кавитационностойкие ШХ13

ОХ12НДЛ

10Х18Н3Г3Д2Л

Ст.3

20К

20ГСЛ

Примером такой конструкции общего назначе-

ния являются сварные балки с полками из стали по-

вышенной прочности и стенками из малоуглероди-

стой стали марки Ст.3. По проведенным расчетам,

применение подобных балок позволяет снизить вес

и общую стоимость изделий на 5-7 %. Имеются

примеры успешного их использования в производ-

ственных целях [3]. Преимущества подобных балок

оцениваются и представляются при их расчете по

критерию предельной несущей способности с допу-

щением пластических деформаций в верхних реб-

рах стенки. Значительно более простым является

использование в строительстве конструкций из би-

металлических сталей (типа перекрытий), в кото-

рых усилия передаются последовательно от одного

элемента к другому. Внедрение подобных узлов

позволяет по проведенным расчетам снизить вес

стоимость изделия на 10-15 %.

По условиям работы различных судовых ма-

шин и механизмов общего назначения отдельные

участки тех или иных узлов испытывают значи-

тельные усилия или подвергаются повышенному

износу. Так, шейки валов работающие в подшипни-

ках, валы, находящиеся в зацеплении с другими де-

талями, должны изготавливаться из высокопроч-

ных сталей. В этих случаях повышение надежности

машин может быть достигнуто либо изготовлением

деталей, входящих в узел из высокопрочной или из-

носостойкой стали, либо наплавкой этих участков

материалом, стойким против износа.

По условиям работы специальных судовых уз-

лов подверженных интенсивным нагрузкам и повы-

шенному износу подвергаются, прежде всего, их

направляющие. В связи с этим при изготовлении

сварных станин направляющие целесообразно из-

готовлять из высокопрочной стали 40Х. После

сварки участки направляющих, подвергающиеся

износу, упрочняют методом поверхностной за-

калки газовым пламенем или токами высокой ча-

стоты [4].

Конструкции, работающие при высоких тем-

пературах и в коррозионных средах, требуют спе-

циальных технических решений.

К указанной группе конструкций относятся

сварные узлы энергетических, атомных, химиче-

ских и нефтеперерабатывающих установок. К вы-

бору материалов для них и изготовлению предъяв-

ляются особо жесткие требования в связи с тяже-

лыми условиями эксплуатации [5].

В конструкциях атомных установок и химиче-

ских аппаратов в ряде случаев сосуды выполняются

из менее легированной стали, чем примыкающие к

ним трубопроводы. На рис.1.1 показан корпус экс-

периментального газоохлаждаемого атомного реак-

тора, работающего на слабо обогащенной двуокиси

урана. Корпус представляет собой сосуд, изготов-

ленный из листов низколегированной марганцови-

стой стали (0,23%С, 0,74% Mn, 0,2% Si). Внутри

корпуса установлена защитная оболочка толщиной

25 мм из нержавеющей стали типа Х18Н9. Гелий,

протекающий в пространстве между корпусом и

этой оболочкой, обеспечивает температуру наруж-

ной стенки не выше 343С.


Рис.1.1. Корпус экспериментального газоохлаждаемого атомного реактора

В целях экономии легированных сталей к обе-

чайкам и днищам реакторов сосудов из нержавею-

щих сталей химических аппаратов, часто произво-

дится приварка различных элементов из малоугле-

родистой стали для крепления сосуда, охлаждения

его стенок и т.д. Таким образом, происходит опти-

мизация состава поверхностного слоя агрегата.

Применение композиций материалов при произ-

водстве биметаллических изделий это и есть та ра-

циональная составляющая которая выделяет эконо-

мические преимущества материалов данного типа.

Также важно, что в сочетании с другими факторами

свойства биметаллических материалов могут суще-

ственно влиять на геометрию, работоспособность и

надежность сварных конструкций. Но одним из

факторов влияющим на уровень качества разрабо-

ток является экономия затрат на изготовление и

обеспечение требуемых эксплуатационных харак-

теристик в условиях работы поверхностного слоя

изделия из двухслойных сталей.

При умеренных температурах стенок сосуда и

отсутствии коррозионного воздействия в месте

сварного соединения основное внимание следует

уделять выбору сварочных материалов, обеспечи-

вающих отсутствие трещин при сварке. При высо-

ких и низких температурах стенок должны предъ-

являться также дополнительные требования к соче-

танию свариваемых сталей и плавности

сопряжения элементов между собой.

В различных машинах общего назначения

встречается необходимость изготовления узлов, ра-

ботающих при высокой температуре или воздей-

ствии коррозионной среды [6]. На рис. 1.2 показан

эскиз тонколистовой конструкции горелки котла

обогрева трактора, в которой все основные эле-

менты выполнены из малоуглеродистой стали и

лишь внутренняя ее часть, где происходит сгорание

смеси и температура повышается до 1073 – 1273 К,

сделана из жаростойкой стали Х23Н18.

Р Р

1

2

4

3

Рис.1.2. Схема расположения плакирующих слоев сосуда изготовленного из двухслойной стали.

Внутренняя оболочка

Х18Н9

Наружный слой Ст3.


При изготовлении указанной конструкции ис-

пользуется ручная дуговая и шовная дуговая

сварка. В данном агрегате одним из основных кон-

структивных элементов является соединение труб 4

с рабочим слоем 3, наносимого из рулонного нако-

пителя 1. Когда температура и агрессивный харак-

тер теплоносителя внутри труб заметно отличаются

от соответствующих параметров теплоносителя,

поступающих в внутреннее пространство, целесо-

образно выполнять трубки, плакирующий слой

корпуса из разных сталей в соответствии с услови-

ями их работы. Основной слой конструкции 2 из

низколегированных сталей.

Выполняя анализ производительности мето-

дов сварки при изготовлении данного сосуда и учи-

тывая его серийность и возможность выпуска в по-

токе, возникает идея об отказе от низкопроизводи-

тельных методов сварки и РДС и переход к

полуавтоматическому и автоматическому методам

сварки в среде защитных газов и под флюсом. При

этом уровень погонной энергии сварки не должен

выходить за величину гарантированно обеспечива-

ющую структуру шва не подверженную образова-

нию холодных трещин, так как именно они явля-

ются одной из основных проблем при сварке двух-

слойных сталей одного класса.


1. Готальский Ю.Н. Сварные соединения раз-

нородных сталей / Ю.Н. Готальский – М.: Техника,

1981. – 185с.

2. Патон Б.Е. Перспективы производства тол-

стостенных биметаллических корпусов высокого

давления / Б.Е., Патон, А.Д. Чепурной, В.Я Саенко,

Л.Б. Медовар // Автомат. сварка. – 2004. - №1. – С.

30 – 39.

3. Закс И.А. Сварка разнородных сталей /

И.А. Закс – М: Статус - Эко, 1998. – 208с.

4. Медовар Б.И. Многослойная сталь в свар-

ных конструкциях / Б.И. Медовар, Б.Е. Патон – К:

Наукова Думка, 1984. – 288с.

5. Рыкалин Н.Н. Производительность и эф-

фективность процесса проплавления металла сва-

рочной дугой / Н.Н. Рыкалин // Сборник «Процессы

плавления основного металла при сварке». – М: АН

СССР, 1980 – 70с.

6. Gut K., Hurbsher J. Das Shweissen von warm-

festel austenitishem Stahlagss auf CrNi Basis. – Z.

Schweisstechnik, 1999, Bd 54, N9, S. 277-286.

ОСОБЕННОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ТЕПЛОВОГО ПОТОКА РАДИАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Ковтун С.И.

Институт технической теплофизики НАН Украины

старший научный сотрудник, к.т.н., докторант

Декуша Л.В.

Институт технической теплофизики НАН Украины,

ведущий научный сотрудник, д.т.н.

Воробьев Л.И.

Институт технической теплофизики НАН Украины

ведущий научный сотрудник, к.т.н.

SPECIFICITY OF REPRODUCTION OF HEAT FLUX UNIT BY RADIATION METHOD

Kovtun S.I.

Institute of Engineering Thermophysics NAS of Ukraine,

Senior Researcher, Ph.D., Doctoral student

Dekusha L.V.


Leading Researcher, Doctor of technical sciences

Vorobiov L.I.


Leading Researcher, Ph.D.

Аннотация

Рассмотрены основные факторы влияния, снижающие точность воспроизведения единицы измерения

поверхностной плотности теплового потока посредством теплового излучения при калибровке сенсоров

теплового потока радиационным методом. Предложена измерительная ячейка для реализации абсолют-

ного метода измерения в устройстве с радиационным заданием теплового потока. Приведен анализ угло-

вого коэффициента излучения для оценки неравномерности распределения теплового поля на облучаемой

поверхности в зоне размещения калибруемых сенсоров.

Abstract

The main factors of influence that reduce the accuracy of reproduction of the unit for measuring the surface

density of the heat flux by means of thermal radiation during calibration of the heat flux sensors by the radiation

method are considered. A measuring cell is proposed for the implementation of the absolute measurement method

in a device with a radiative heat flux specification. An analysis of the angular emission coefficient for estimating


the nonuniformity of the distribution of the thermal field on the irradiated surface in the zone of placement of the

calibrated sensors is given.

Ключевые слова: плотность потока теплового излучения, угловой коэффициент излучения, калиб-

ровка сенсоров теплового потока.

Keywords: irradiance, configuration factor, the calibration of heat flux sensors

Введение

В современных исследованиях все чаще возни-

кает необходимость в измерениях такой физиче-

ской величины как поверхностная плотность тепло-

вого потока. По ее величине судят об интенсивно-

сти и направлении протекания процессов

теплообмена. Так, в строительной сфере поверх-

ностная плотность теплового потока является ин-

формативной характеристикой при оценке качества

строительных материалов, контроле локальных и

трансмиссионных теплопотерь через ограждающие

конструкции; в медицине по аномальным значе-

ниям локального теплового потока диагностируют

различные заболевания в травматологии, онколо-

гии, определяют тепловой комфорт тела в той или

иной ситуации, и т.д.

Средствами измерения теплового потока явля-

ются термоэлектрические сенсоры, которые могут

быть применены как первичные преобразователи в

системах контроля и диагностики, так и в качестве

чувствительного элемента целого ряда теплофизи-

ческих приборов. Основной характеристикой сен-

сора теплового потока является коэффициент пре-

образования, значение которого устанавливается во

время процедуры калибровки, и периодически кон-

тролируется посредством метрологической по-

верки. Для их исследования используется метроло-

гическая аппаратура, предназначенная для воспро-

изведения и передачи единицы поверхностной

плотности теплового потока [1]. Повышение точно-

сти воспроизведения единицы измерения способ-

ствует в конечном итоге улучшению качества вы-

пускаемой продукции и достоверности установле-

ния диагностических признаков.

Цель и задачи исследования

Представленная работа направлена на иссле-

дование основных факторов влияния, снижающих

точность воспроизведения единицы измерения по-

верхностной плотности теплового потока посред-

ством теплового излучения, для формирования од-

нородного и стационарного теплового потока на

поверхности сенсора при реализации единицы из-

мерения с заданным уровнем неопределенности.

Сущность радиационного метода воспроизве-

дения плотности теплового потока заключается в

задании фиксированного значения единицы изме-

рения при помощи источника теплового излучения

и расчете этого значения по закону Стефана-Больц-

мана или по электрической мощности, подводимой

к излучателю. Источником теплового излучения,

как правило служат различные варианты исполне-

ния модели абсолютно черного тела [2].

Схема, реализующая радиационный способ за-

дания нормированной тепловой энергии, предпола-

гает наличие в устройстве замкнутого простран-

ства, образованного двумя диффузно излучаю-

щими поверхностями. На рисунке 1 представлена

одна из возможных схем построения измеритель-

ной ячейки устройства с радиационным заданием

теплового потока при абсолютном методе измере-

ний.

Рис. 1. Схема измерительной ячейки устройства, реализующего радиационный метод воспроизведения

плотности теплового потока

В таком устройстве источник теплового излу-

чения и теплосток, на поверхности которого распо-

лагают калибруемый сенсор, выполнены в виде

плоских конструкций. Плотность теплового потока

в этом случае может быть определена по формуле:

4

2

4

1

1

11

2

2

111

TTF

Fq

,(1)

где 𝜎 – постоянная Стефана-Больцмана; 𝜑 – уг-

ловой коэффициент излучения; F1 и F2 – площади

диффузно излучающих поверхностей, участвую-


щих в теплообмене; 1 и 2 – интегральные полусфе-

рические степени черноты этих поверхностей; 1 и

2 – значения их температуры, причем 1 2.

Для достижения наивысшей точности воспро-

изведения плотности теплового потока необходимо

стремиться к обеспечению равномерного распреде-

ления поля теплового потока на поверхности тепло-

стока в зоне расположения калибруемых сенсоров.

К основным влияющим факторам на поле теп-

лового потока при абсолютном методе измерения в

устройстве с радиационным заданием теплового

потока относятся:

вклад неконтролируемых конвективной

или конвективно-кондуктивной составляющих в

нормированный поток теплового излучения;

соотношения между размерами полости

излучателя: диаметра тепловоспринимающей по-

верхности теплостока и высоты экрана;

характер распределения локальных угло-

вых коэффициентов по поверхности, на которой

расположен калибруемый сенсор;

соотношение значений температуры излу-

чателя и термостатирования теплостока и экрана;

теплофизические характеристики и геомет-

рические параметры сенсора.

В предложенной схеме измерительной ячейки

(см. рис.1) источник теплового излучения выпол-

нен из металла в виде плоской модели абсолютно

черного тела с V-образными кольцевыми проточ-

ками. Черненый экран термостатированный при

температуре теплостока способствует минимиза-

ции конвективной составляющей теплообмена в

зоне расположения сенсора.

Анализ степени равномерности теплового по-

тока по поверхности теплостока выполнен на осно-

вании рассмотрения задачи теплообмена излуче-

нием между поверхностями источника и тепло-

стока, который определяется угловым

коэффициентом излучения – параметром, учитыва-

ющим геометрические характеристики, взаимное

расположение поверхностей теплообмена и харак-

теризующим степень их взаимной облученности. В

исходной постановке задачи определяется усред-

ненный угловой коэффициент между двумя парал-

лельными дисками, как это представлено, напри-

мер, в работе [3]. Однако, для оценивания степени

равномерности теплового поля на поверхности теп-

лостока целесообразнее определить характер рас-

пределения локальных значений коэффициента из-

лучения. Для этого рассмотрена задача распростра-

нения потока излучения от ограниченной

поверхности 1F (диска –излучателя радиусом r ) к

элементарной площадки 2dF , расположенной на

поверхности теплостока, при чем эти поверхности

находятся в параллельных плоскостях (рис. 2). Зна-

чения углового коэффициента излучения определя-

ются выражением [4]:

2 2

2 2 2 2 2

1 11

2 (1 ) 4

A B

A B A B

,(2)

где haA / , hrB / , при этом a – рас-

стояние, на которое смещена элементарная пло-

щадка от центральной оси диска (излучателя), h –

расстояние между излучающими поверхностями,

r – радиус излучателя.

Рис. 2. Схема теплообмена излучением между элементарной площадкой и диском

При совмещении элементарной площадки с

центральной осью теплостока ( a =0) уравнение (2)

упрощается и принимает вид:

2

0 21

B

B

. (3)

На рисунке 3а представлены результаты расчета

по формуле (2) в виде графиков зависимости значе-

ний локального углового коэффициента от безразмер-

ного радиуса )1;0(/ ra при вариации относи-

тельной высоты экрана / (0,1;10)h r .


а

б

Рис. 3. Графики распределения значений локального (а) и приведенного (б) углового коэффициента по

поверхности теплостока

За высоту экрана принято расстояние между

плоскостями, в которых расположены поверхности

теплообмена источника теплового излучения и теп-

лостока. При фиксированных конечных размерах

излучающей полости локальный угловой коэффици-

ент меняется от центра к внешнему краю тепло-

стока и при соотношении rh 1,0 его значения

уменьшаются в 2 раза. В результате анализа пред-

ставленных графиков сделан вывод о том, что рас-

стояние от источника теплового излучения до рабо-

чей поверхности теплостока должно быть не

меньше величины его радиуса.

Для оценки степени равномерности теплового

потока по поверхности теплостока рассмотрены

распределения значений приведенного углового

коэффициента по этой поверхности, графики зави-

симости которых от безразмерного радиуса

)1;0(/ ra при вариации относительной вы-

соты экрана )10;1(/ rh представлены на ри-

сунке 3б. Неравномерность распределения потока

излучения на поверхности, площадью ограничен-

ной радиусом r6,0 при высоте экрана ℎ > 2𝑟 со-

ставляет порядка 1 %, а при r8,0 – меньше 2 %.

Таким образом, представленные результаты

расчета позволяют на этапе проектирования метро-

логического устройства выбрать оптимальное соот-

ношение геометрических размеров излучающей по-

лости, чтобы обеспечить максимальную равномер-

ность распределения поля теплового излучения на

облучаемой поверхности теплостока, а при эксплу-

атации – корректно выбрать зону расположения ка-

либруемых сенсоров, и, кроме того, при необходи-

мости учесть влияние неопределенности измере-

ний, вызванной этим фактором, вносить

соответствующие поправки в результат измерения.

Выводы

Рассмотрены основные факторы влияния, сни-

жающие точность воспроизведения единицы изме-

рения поверхностной плотности теплового потока

посредством теплового излучения при калибровке

сенсоров теплового потока радиационным мето-

дом. Анализ распределения углового коэффици-

ента излучения в зависимости от безразмерного ра-

диуса при вариации относительной высоты экрана по-

казал, что неравномерность распределения

теплового поля на поверхности теплостока, в зоне

размещения калибруемых сенсоров, при высоте

экрана ℎ > 2𝑟 находится в пределах 1 % на рассто-

янии r6,0 от центра теплостока. При дальнейшем

увеличении расстояния h зона равномерности теп-

лового поля расширяется к внешнему краю тепло-

стока и уже при ℎ > 10𝑟 неравномерность распре-

деления теплового потока на всей поверхности теп-

лостока не превышает 0,2 %.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

ᵠ

a/r

h/r=0,1 0,4

0,6

1,5

0,8

1,0

2,0 2,53,0

105,0

0,95

0,97

0,99

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1а/r

φ/φ0

h/r=10

5

4

3

21



1. Ковтун С. И. Воспроизведение единицы

измерения поверхностной плотности теплового по-

тока / С. И. Ковтун, Л. В. Декуша // Український ме-

трологічний журнал. – 2016. – № 4. – С. 45-47. – Ре-

жим доступу:

http://nbuv.gov.ua/UJRN/Umlzh_2016_4_16.

2. NIST measurement services: Heat-Flux

Sensor Calibration / B. K. Tsai, Ch. E. Gibson, and

other // National Institute of Standards and Technology.

Special Publication 250-65. – May, 2004.– 37 p.

3. Murthy A. V., Tsai B. K., and Saunders R. D.

Aperture Proximity Effects in High Heat Flux Sensors

Calibration // Journal of Research of the National

Institute of Standards and Technology. – 1998.–

Vol.103, № 6. – P. 621-624.

4. Уонг X. Основные формулы и данные по

теплообмену для инженеров: Пер. с англ. / Спра-

вочник. — М.: Атомиздат, 1979. — 216 с.

РОЗШИРЕНА КЛАСИФІКАЦІЯ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕМІЩЕННЯ ВУЗЛІВ У МЕРЕЖАХ

MANET

Максимов В.В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут

імені Ігоря Сікорського», інститут телекомунікаційних систем,

доцент кафедри телекомунікаційних систем, кандидат технічних наук

Кулик М.В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут

ім.Ігоря Сікорського», інститут телекомунікаційних систем,

магістрант кафедри телекомунікаційних систем

EXTENDED CLASSIFICATION OF MODELS FOR MOVING NODES IN MANNET NETWORKS

Maksymov V.V.

Kulyk M.V.

National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"

Анотація

В даній роботі наводиться огляд основних моделей переміщення вузлів та їх особливостей. Моделі

переміщення поводяться по-різному і можуть впливати на продуктивність протоколу, топологію та підк-

лючення до мережі, реплікацію даних та безпеку. В статті представлена розширена класифікація моделей

переміщення вузлів у мережах MANET.

Abstract

For systems connected with mobile nodes, the movement of moving nodes has a significant effect on the

simulation results. Therefore, the mobility model is one of the most important components in the modeling of

MANET networks. In this paper we give an overview of the basic models of the movement of nodes and their

features. Moving patterns behave differently and can affect performance of the protocol, topology and network

connectivity, data replication, and security. At present, there are many different classification models of nodes

moving. Some authors focus on the random nature of the choice of modeling parameters, some distinguish the

model by how it behaves in the group, etc. But one common classification that covers all migration models does

not exist at this time. The article presents an expanded classification of models of nodes moving in MANET net-

works. Depending on the chosen classification criterion, some models may belong to different subgroups of this

classification.

Ключові слова: модель переміщення, мобільний вузол, MANET

Keywords: mobility model, mobile node, MANET.

1. Вступ. Мережеві симулятори виникли як

найбільш поширений метод оцінки ефективності

роботи великих і складних систем мереж. Проте,

для систем, пов'язаних з мобільними вузлами, пере-

міщення рухомих вузлів має значний вплив на ре-

зультати моделювання. Тому модель мобільності є

одним з найважливіших компонентів при моделю-

ванні мереж MANET. Цей компонент описує шаб-

лон місцезнаходження мобільних вузлів і має без-

ліч факторів впливу, таких як: продуктивність про-

токолу, топологія та підключення до мережі,

реплікація даних, безпека [1, 4].

На даний час існує багато різних класифікацій

моделей переміщення вузлів. Деякі автори акценту-

ють увагу на випадковому характері вибору пара-

метрів моделювання, деякі виокремлюють моделі

по тому як поводить себе вузол в групі і т.д. Але

однієї загальної класифікації, яка б покрила всі мо-

делі переміщення наразі не існує. Так в [1] моделі

поділяють за шістьма критеріями: за технікою утво-

рення, за залежністю між вузлами, за рівнем випад-

ковості, за типом користувача, за рівнем деталізації

та окремо виділена підкатегорія моделей з особли-

востями, до яких відносяться випадкові моделі, мо-

делі з географічними обмеженнями та моделі з ча-

совою та просторовою залежностями. В [2] моделі

переміщення поділяють на індивідуальні та гру-

пові. В [6] класифікують індивідуальні моделі пере-


міщення і поділяють їх на комплексні, простежува-

льні та гібридні. В [7] моделі поділяють на 4 підг-

рупи: випадкові моделі, моделі з часовою залежні-

стю, моделі з просторовою залежністю та моделі з

географічними обмеженнями. В [11] моделі поділя-

ють спочатку на дві великі підгрупи - індивідуальні

та групові і далі групові моделі ще діляться на вла-

сне групові, часові та географічні. В [12] моделі пе-

реміщення поділяють на підкатегорії, а саме: випа-

дкові моделі, варіації випадкових моделей, групові

моделі, географічні та соціальні моделі. Серед пе-

рерахованих класифікацій найбільш повною слід

вважати [1]. Але крім представленого рисунку кла-

сифікації і деяких репрезентативних моделей мобі-

льності, вся робота присвячена дослідженню рух-

ливості в MANET з урахуванням представницьких

моделей мобільності (випадкові, тимчасові, основа-

них на групі та групах) та показників мобільності

(на основі посилань, на основі графіків та на основі

швидкості). В [13] в якості основи для побудови

класифікації взято класифікацію з [1] і частково до-

повнено моделями з [2, 6, 7, 11, 12].

Метою даної роботи є побудова розширеної

класифікації моделей мобільності в залежності від

їх конкретних характеристик мобільності. В основі

пропонованої класифікації лежать існуючі класифі-

кації моделей переміщення [1, 2, 4–8, 11–13], які

пропонується розширити та доповнити. При побу-

дові класифікації використовується ієрархічний ме-

тод, який передбачає послідовне ділення множини

об’єктів на підпорядковані їм класи.

Класифікація проведена за наступними харак-

теристиками:

- за залежністю між вузлами;

- за рівнем розподілу, або деталізації;

- за рівнем випадковості;

- за технікою утворення;

- за класом мобільної сутності (користу-

вача);

- моделі з обмеженнями.

2. Класифікація моделей переміщення вуз-

лів у мережах MANET

2.1. Поділ моделей за ознакою залежності

між вузлами. Моделі переміщення можна розді-

лити на індивідуальні та групові моделі перемі-

щення [2, 8, 11]. В індивідуальних (незалежних) мо-

делях мобільні вузли переміщуються незалежно

один від одного в межах області моделювання. В

групових моделях всі рухомі вузли розташовані в

групі і переміщення цих вузлів залежить від траєк-

торії переміщення всієї групи.

До індивідуальних моделей належать:

Модель на основі випадкових маршрутних

точок [1, 2]. Ця модель враховує паузи між змінами

напрямку та/або швидкості руху. Спочатку вузол

знаходиться в стані спокою певний час (час спо-

кою), потім вибирає випадковим чином точку в об-

ласті моделювання і швидкість і рухається до неї.

При досягненні заданої точки вузол знову знахо-

диться в стані спокою перед початком нового циклу

руху;

Модель на основі випадкового (броунівсь-

кого) руху [2]. У даній моделі швидкість і напрямок

переміщення вибираються випадковим чином. Од-

нак в результаті може моделюватися нереалістич-

ний рух, з раптовими зупинками і різкими поворо-

тами;

Модель на основі випадкового напрямку [2].

У ній вузол вибирає випадковий напрям і рухається

до кордону області моделювання, де він зупиня-

ється на деякий час і потім вибирає новий напря-

мок, після чого процес повторюється;

Модель Гауса-Маркова [1, 2]. Дана модель

дозволяє уникнути різких змін траєкторії руху за

рахунок обліку поточних параметрів руху (швидко-

сті і напрямку) при обчисленні параметрів руху в

наступний момент часу. Спочатку кожному вузлу

призначаються поточна швидкість і напрямок. Їх

зміна відбувається в фіксовані моменти часу;

Семі-марківська модель мобільності [1].

Призначена для визначення руху окремих користу-

вачів. Ця модель завжди створює плавні рухи та ге-

нерує стабільну швидкість вузла;

Модель з необмеженою областю моделю-

вання [2]. Основна ідея полягає в тому, що вузол,

який досягає одного краю області моделювання

продовжує переміщатися і знову з'являється на про-

тилежному боці області моделювання.

До групових моделей належать:

Колонна модель [2]. У цій моделі задається

опорна лінія з відповідними кожному вузлу опор-

ними точками, в результаті чого формується колона

вузлів. Прикладом такого руху є переміщення ко-

лони транспортних засобів;

Модель з переслідуванням [2]. Призначена

для представлення процесу проходження мобіль-

ним вузлом за конкретною метою (наприклад, полі-

цейські намагаються зловити злочинця);

Модель потоку рідини [2]. В основному ви-

користовується при визначенні граничної швидко-

сті перетину і часу затримки в заданому діапазоні в

контексті руху вузлів в MANET;

Кочова модель [2]. У ній вузли рухаються

від однієї опорної точки до іншої. При досягненні

опорної точки вузли рухаються біля неї деякий час.

Прикладом такої моделі може бути група екскурса-

нтів в музеї, яка рухається від одного експоната до

іншого і затримується біля кожного експоната на

деякий час;

Общинна модель мобільності [1]. Засно-

вана на теорії соціальних мереж, що бере до уваги

те, як люди збираються разом і рухаються відпо-

відно до їх суспільних відносин;

Модель переміщення з груповою опорною

точкою [1, 2]. Дана модель описує випадковий рух

групи вузлів і кожного окремого вузла в межах

групи. Прикладом такого руху може служити зграя

птахів в небі;

Ряд мікроскопічних моделей [8]: модель оп-

тимальної швидкості Ньюела, модель слідування за

лідером Дженерал Моторс, модель «розумного во-

дія» Трайбера.

2.2. Поділ моделей за рівнем розподілу, або

деталізації. Переміщення вузлів у мережі можна

порівняти з переміщенням автомобілів на дорогах,


трасах тощо. В зв’язку з цим і виникли моделі пере-

міщення вузлів, аналогічні моделям транспортних

потоків, які за рівнем розподілу (рівнем деталізації)

можна виокремити в мікроскопічні, мезоскопічні та

макроскопічні [3, 8].

2.3. Поділ моделей за рівнем випадковості. За рівнем випадковості моделі діляться на випад-

кові, детерміновані(постійні) та гібридні [4, 5, 6, 7,

9, 12]. У випадкових моделях мобільності, мобільні

вузли рухаються хаотично, без обмежень. Постійні

моделі - це моделі, в яких немає місця для випадко-

вих змін. Гібридні (змішані) моделі прагнуть збала-

нсувати випадкові та постійні моделі.

До випадкових моделей належать:

Модель на основі випадкових маршрутних

точок;

Модель на основі випадкового напрямку;

Модель на основі випадкового руху;

Експоненціально корельована модель випа-

дкових переміщень [8]. У цій моделі використову-

ється функція руху і (t).

Випадкова ймовірнісна модель [9]. Викори-

стовує матриці ймовірностей для визначення поло-

ження конкретного мобільного вузла на наступ-

ному часовому кроці.

До постійних моделей належать:

Модель на основі постійної позиції. Мо-

дель мобільності, для якої поточна позиція не змі-

нюється до того часу поки знову не буде встанов-

лена з певним новим значенням.

Модель на основі постійної швидкості. У

цій моделі поточна швидкість не змінюється до тих

пір, поки знову не буде встановлена з певним новим

значенням.

Модель на основі постійного прискорення.

Модель мобільності, для якої поточне прискорення

не змінюється відколи воно було встановлене, і до

тих пір, поки знову не буде встановлено з певним

новим значенням.

До гібридних (змішаних) відносяться:

Модель зі зваженою точкою [6]. Це моди-

фікація моделі переміщення на основі випадкових

маршрутних точок, де враховується ймовірність пе-

реходу з однієї точки в іншу.

Модель переміщення в міських кварталах

[6], в якій областю моделювання є дорожня мережа.

2.4. Поділ моделей за технікою утворення.

Моделі переміщення можна поділити на дві групи:

простежувальні та комплексні [1].

Простежувальні моделі будуються на основі

мап. До них відносяться:

Проста людська модель [6]. В цій моделі

вузли діляться на вузли, що переміщуються та ву-

зли, фіксовані в конкретних місцях;

Модель мобільності «Автострада» [6, 7].

Кожен мобільний вузол обмежений своєю смугою

на автостраді;

Манхетенська модель [6,7]. Вузли руха-

ються в горизонтальному або вертикальному на-

прямку на міській карті – по вулицях;

Модель мобільності «Година пік» [6]. Мо-

дель імітує поступове зростання трафіку вузла,

який досягає максимуму в певний момент часу,

представляючи умови мобільності до, під час і пі-

сля «години пік» відповідно.

До комплексних моделей відносяться: модель

Гауса-Маркова; модель на основі випадкових мар-

шрутних точок;модель на основі випадкового на-

прямку;модель на основі випадкового руху;випад-

кова ймовірнісна модель.

2.5. Поділ моделей за класом мобільної сутно-

сті (користувача) [10]. Засіб пересування користу-

вача мережі впливає на можливі місця розташу-

вання і швидкість руху цього користувача. Транс-

портні засоби не можуть виходити на пішохідні

вулиці і пішоходи не можуть переходити на авто-

магістралі. Таким чином всі моделі, що побудовані

на основі мап (простежувальні), можна розділити

на транспортні засоби та пішоходів (людей).

2.6. Моделі з обмеженнями [7, 12]:

Моделі з географічними обмеженнями:

Модель з урахуванням шляху. Мобільні ву-

зли в цій моделі можуть рухатися тільки по заданих

шляхах.

Модель з урахуванням перешкод. В цій мо-

делі вузли переміщаються між перешкодами, йдучи

тільки по заданих шляхах.

Модель на основі мап. У цій моделі вузли

можуть рухаються тільки вздовж визначеного

графа, створеного на основі карти міста.

Моделі з просторовою залежністю:

Модель групових переміщень з опорною

точкою та ін..

Моделі з часовою залежністю:

Модель Гауса-Маркова;

Гладка випадкова модель мобільності.

На основі проведеного аналізу моделей пере-

міщення вузлів у мережах MANET побудована кла-

сифікація, яка представлена на рис. 1.


Рис. 1. Класифікація моделей переміщення вузлів у мережах MANET

3. Висновки Дослідивши низку моделей мобільності, ба-

чимо, що всі вони мають свої особливості, різні вла-

стивості та різні характеристики рухливості, ро-

бочу здатність і обмеження. Як наслідок, моделі пе-

реміщення поводяться по-різному і впливають на

продуктивність протоколу і результати моделю-

вання різними способами. Також необхідно звер-

нути увагу на те, що в залежності від обраного кри-

терію класифікації деякі моделі можуть входити до

різних підгруп даної класифікації. Наприклад, мо-

дель на основі випадкових маршрутних точок є од-

ночасно випадковою моделлю за рівнем випадково-

сті та індивідуальною моделлю за залежністю між

вузлами, бо в ній вузли не корелюють між собою і

т.д. Тому, вкрай важливо використовувати багатий

набір моделей мобільності замість однієї моделі ви-

падкових маршрутних точок. Дана класифікація

може бути корисною при моделюванні мереж

MANET.


1. Elmano Ramalho Cavalcanti, Marco Aurélio

Spohn (2013). On the Interactions between Mobility

Models and Metrics in Mobile ad hoc Networks. //

International Journal of Networks and

Communications. p.p. 63-80. [Електронний ресурс]

Режим доступу:

http://article.sapub.org/10.5923.j.ijnc.20130303.01.ht

ml

2. Anuj K Gupta, Harsh Sadawarti, Anil Kumar

Verma (2013). Performance Analysis of MANET

Routing Protocols in Different Mobility Models. //

Journal of Computing and Information

Technology. 5(6):73-82 · May 2013. [Електронний

ресурс] Режим доступу: http://www.mecs-

press.org/ijitcs/ijitcs-v5-n6/IJITCS-V5-N6-10.pdf.

3. MIHAILS SAVRASOVS. Исследование во-

зможности использования мезоскопического под-

хода для моделирования транспортных потоков.

M.SC.COMP. [Електронний ресурс] Режим дос-

тупу:

http://www.itl.rtu.lv/imb/pdf/LIMB_Mihails_Savraso

vs.pdf

4. Mihail L. Sichitiu. Mobility Models for Ad

Hoc Networks. / Guide to Wireless Ad Hoc Networks,

Chapter 10, p.p. 237-255. [Електронний ресурс] Ре-

жим доступу:

https://books.google.com.ua/books?id=bP_yvwiUP-

nUC&pg=PA237&lpg=PA237&dq=Mihail+L.+Sichit

iu.+Mobility+Models+for+Ad+Hoc+Net-

works.&source=bl&ots=g4-R5-SIXB&sig=N-

WLLCY-

elBy41_rh1dnfqV5OoEo&hl=ru&sa=X&ved=0ahUK

Ewjk4fXnh9jZAh-

WGK1AKHbO0BbYQ6AEINTAD#v=onepage&q=M

ihail%20L.%20Sichitiu.%20Mobility%20Mod-

els%20for%20Ad%20Hoc%20Networks.&f=false

5. Amit Kumar Chaturvedi, Jitendra Kumar

. Analysis of Mobility Models in Mobile Ad-hoc

Networks . [Електронний ресурс] Режим доступу:

http://research.ijcaonline.org/nwnc/number3/nwnc143

1.pdf

6. Andrea G. Ribeiro, Rute Sofia. A Survey on

Mobility Models for Wireless Networks : SITI

Technical Report SITI-TR-11-01.pp. 1-13. [Електрон-

ний ресурс] Режим доступу:

https://www.researchgate.net/publication/244478001_

A_survey_on_mobility_models_for_wireless_network

s

7. Fan Bai, Ahmed Helmy. A survey of mobility

models in Wireless Adhoc Networks. U.S.A: Universi-

tyofSouthernCalifornia.pp. 1-30.[Електронний ре-

сурс] Режим доступу:

http://www.cise.ufl.edu/~helmy/papers/Survey-Mobil-

ity-Chapter-1.pdf.

8. И.О. Датьев. Модели перемещения сете-

вых узлов для исследования протоколов маршрути-

зации мобильных самоорганизующихся сетей. //

Труды Кольского научного центра РАН, Кольский

научный центр РАН (Апатиты), № 5 (24), 2014. С.

http://www.itl.rtu.lv/imb/pdf/LIMB_Mihails_Savrasovs.pdf

http://www.itl.rtu.lv/imb/pdf/LIMB_Mihails_Savrasovs.pdf

https://books.google.com.ua/books?id=bP_yvwiUPnUC&pg=PA237&lpg=PA237&dq=Mihail+L.+Sichitiu.+Mobility+Models+for+Ad+Hoc+Networks.&source=bl&ots=g4-R5-SIXB&sig=N-WLLCYelBy41_rh1dnfqV5OoEo&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjk4fXnh9jZAhWGK1AKHbO0BbYQ6AEINTAD#v=onepage&q=Mihail%20L.%20Sichitiu.%20Mobility%20Models%20for%20Ad%20Hoc%20Networks.&f=false










http://research.ijcaonline.org/nwnc/number3/nwnc1431.pdf

http://research.ijcaonline.org/nwnc/number3/nwnc1431.pdf

http://www.cise.ufl.edu/~helmy/papers/Survey-Mobility-Chapter-1.pdf

http://www.cise.ufl.edu/~helmy/papers/Survey-Mobility-Chapter-1.pdf

https://elibrary.ru/title_about.asp?id=32826

https://elibrary.ru/publisher_about.asp?pubsid=9052

https://elibrary.ru/publisher_about.asp?pubsid=9052


76-94. [Електронний ресурс] Режим доступу:

https://cyberleninka.ru/article/n/modeli-

peremescheniya-setevyh-uzlov-dlya-issledovaniya-

protokolov-marshrutizatsii-mobilnyh-samoorgani-

zuyuschihsya-setey

9. Ejiro .E. Igbesoko, Thaddeus Onyinye Eze,

Mona Ghassemian (2010).Performance Analysis of

MANET Routing Protocols over Different Mobility

Models. London: School of Computing and Mathemat-

ical Sciences University of Greenwich. [Електронний

ресурс] Режим доступу: http://citese-

erx.ist.psu.edu/viewdoc/down-

load?doi=10.1.1.697.6796&rep=rep1&type=pdf

10. S. Nousiainen, K. Kordybach, P. Kemppi,

User distribution and mobility model framework for

cellular network simulations, in: VTT Information

Technology, 2002, pp. 518–522. [Електронний ре-

сурс] Режим доступу: https://www.re-

searchgate.net/publication/2552559_User_Distribu-

tion_and_Mobility_Model_Framework_for_Cellu-

lar_Network_Simulations

11. Vasanthi.V.,RomenKumar.M., Ajith Singh.N

and M.HemalathaA detailed study of mobility models

in wireless sensor network Journal of Theoretical and

Applied Information Technology 15th November 2011.

Vol. 33 No.1. pp. 7-14. [Електронний ресурс] Режим

доступу: https://www.researchgate.net/publica-

tion/292265013_A_detailed_study_of_mobility_mod-

els_in_wireless_sensor_network

12. M. J. Khaledi, A. M. A. Hemmatyar, H. R. Ra-

biee, S. M. Mousavi, MH. Khaledi (2009). Mobility

Analyzer: A Framework for Analysis and Recognition

of Mobility Traces in Mobile Ad-Hoc Net-

work. [Електронний ресурс] Режим доступу:

https://pdfs.seman-

ticscholar.org/696f/494393569c7a2d9bc91931722901

b5952fa7.pdf

13. Максимов В.В., Кулик М.В. Класифікація

моделей переміщення вузлів у мережах MANET. //

Десята міжнародна науково-технічна конференція

«Проблеми телекомунікацій»; Восьма міжнародна

науково-технічна конференція студентів та

аспірантів «Перспективи розвитку інформаційно-

телекомунікаційних технологій та систем», НТУУ

«КПІ». 19-22 квітня 2016 р. с. 98-100. [Електронний

ресурс] Режим доступу: http://confer-

enc.its.kpi.ua/proc/article/download/70442/65698

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛАСТЕРНОГО АНАЛИЗА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ С

БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Мещеряков Д.

АО Петрософт. Менеджер поддержки пользователей

USAGE OF CLUSTER ANALYSIS IN A SYSTEM MANAGEMENT WITH A BIOLOGICAL FEEDBACK

Mescheryakov D.

JSC Petrosoft. Customer Support Manager

Аннотация

Рассмотрены возможности использования сопротивления кожного покрова в качестве показателя ре-

акции на интенсивность инфракрасного облучения человека, находящегося в цепи обратной связи системы

инфракрасной пелоидотерапии. Показано, что неоднозначность реакции человека на интенсивность ин-

фракрасного облучения требует привлечения аппарата нечеткой кластеризации данных. Предложена цен-

трализация центрального кластера, упрощающая принятие решений по управлению источниками инфра-

красного излучения.

Abstract

The possibility of using skin resistance as an indicator of the response to the intensity of infrared irradiation

of a person who is in the feedback loop of an infrared peloidotherapy system is considered. It is shown that the

ambiguity of the human response to the intensity of infrared irradiation requires the usage of an indistinct data

clustering equipment . The centralization of the central cluster is proposed, which simplifies taking the decision

on the infrared sources management.

Ключевые слова: инфракрасная система, биологическая обратная связь, значимые признаки, нечет-

кая кластеризация, централизация

Keywords: infrared system, biological feedback, significant features, indistinct clustering, centralization

Введение

Системы с биологической обратной связью по-

лучили распространение в медицине и управлении

[1]. Отличительной особенностью технических си-

стем по сравнению с биологическими системами

является различные подходы к их описанию. Для

технических систем принят кибернетический под-

ход, состоящий в идентификации объектов, т.е. за-

мены реальных объектов их формальными моде-

лями, поскольку признаковое пространство описа-

ния технических объектов достаточно стабильно и

однозначно [2]. Для биологических объектов при-

нята теория функциональных систем [3], признако-

вое пространство которых характеризуется суще-

ственной неопределенностью и неоднозначностью.

Это связано с существенно более сложной структу-

https://cyberleninka.ru/article/n/modeli-peremescheniya-setevyh-uzlov-dlya-issledovaniya-protokolov-marshrutizatsii-mobilnyh-samoorganizuyuschihsya-setey





рой биологического объекта по сравнению с техни-

ческими объектами, взаимосвязанностью всех си-

стем организма, перераспределением функций ор-

ганизма как реакции на внешние воздействия.

Для медицинских приложений кибернетиче-

ским подходом можно ограничиться только на

начальной стадии применительно к большим груп-

пам людей, создав модель усредненного объекта.

При переходе к пациенту, с его индивидуальными

признаками, кибернетическая модель может слу-

жить лишь базовой, необходимо учитывать особен-

ности функциональной системы применительно к

решаемой задаче. Анализ систем с биологической

обратной связью проведем на примере инфракрас-

ной системы пелоидотерапии, в которой пациент

находится в инфракрасном поле, интенсивность ко-

торого должна меняться для обеспечения наиболее

эффективного процесса лечения опорно-двигатель-

ного аппарата [4].

Анализ литературных данных и выявление

проблемы

Вопросам взаимодействия человека и техниче-

ских систем посвящено значительное число иссле-

дований [5]. Это связано с вопросами принятия

управленческих решений [6], распознаванием обра-

зов [7], где человеческий мозг функционально го-

раздо эффективнее существующих компьютерных

систем. Интерактивное обучение предполагает тес-

ную связь психологии человека с технической об-

работкой данных [8].

Особый интерес представляет область деятель-

ности, в которой человек входит в канал обратной

связи системы, обеспечивающей управление техни-

ческими средствами, такими как управление по-

движными средствами, внешними исполнитель-

ными органами летательных объектов при ограни-

чениях времени на отслеживание целей [9] и т.п.

Можно выделить класс задач, в которых управ-

ление должно осуществляться по реакции орга-

низма на некоторое внешнее воздействие, не свя-

занное со столь развитыми визуальным, слуховым

и тактильным восприятиями. Это направление

представляет несомненный интерес для проектиро-

вания интеллектуальных систем протезирования,

подготовки операторов и спортсменов, посттравма-

тической реабилитации [10]. Однако, накладывае-

мые ограничения, связанные с необходимостью

вживления электродов, крепления электроэнцефа-

лографической аппаратуры, ограничивающих по-

движность пациентов, приводит к необходимости

поиска новых подходов для съема информацион-

ных признаков человека. А это оказывает непосред-

ственное влияние на алгоритмы обработки данных

для принятия решений по формированию управля-

ющих воздействий. Проблема неоднозначности

связи управляющего воздействия и выходных при-

знаков человека представляет значимую проблему

при создании информационных систем с биологи-

ческой обратной связью.

Цель и задачи исследования Целью работы является разработка алгоритма

обработки выходных признаков человека, находя-

щегося в цепи биологической обратной связи, как

реакцию на управляемую интенсивность инфра-

красного облучения.

Для достижения этой цели необходимо решить

задачи:

1. определить значимое выходное признаковое

пространство человека как реакцию на интенсив-

ность инфракрасного облучения;

2. разработать алгоритм преобразования кос-

венных признаков человека, отображающих выход-

ную реакцию на интенсивность инфракрасного об-

лучения.

Анализ выходного признакового простран-

ства как реакции на инфракрасное облучение

Анализ неинвазивных средств считывания

признакового пространства показал, что наиболее

значимыми признаками являются: теневая темпера-

тура воздуха внутри фотометрического шара, ради-

ационная температура поверхности при воздей-

ствии инфракрасного облучения, проводимость

кожного покрова, частота сердечных сокращений,

частота дыхания. Первые два признака являются

показателями камеры пелоидотерапии, т.е. техни-

ческой части системы. Диапазон теневой темпера-

туры в соответствии с санитарными нормами со-

ставляет 18–240С, т.е. без учета радиационной со-

ставляющей комфортным уровнем можно признать

180С. Радиационная температура, в соответствии с

медицинскими нормами диапазоном которой явля-

ется 20–500С, которая является аддитивной темпе-

ратуре воздуха в камере и должна быть регулируе-

мой. Электрическое сопротивление кожного по-

крова человека составляет от 2 МОм при сухой

коже до 1 КОм при обильном потоотделении, ак-

тивный диапазон составляет 40–2 КОм. Частота

сердечных сокращений составляет 40–120 ударов в

минуту. Частота дыхания составляет 16–24 вдохов

в минуту, а эффективность охлаждения при 600С

достигается путем выделения до 2,5 литров жидко-

сти в час [11].

Рассмотрим однофакторный эксперимент,

описывающий связь интенсивности инфракрасного

излучения с проводимостью кожного покрова. Оче-

видно, что объем информации, получаемый при ав-

томатическом считывании данных, может быть

значительным и статистические методы обработки

представляются очевидными. Поскольку преобра-

зование данных имеет целью принятие решений

для управления интенсивностью инфракрасного из-

лучения, требуется применение методов интеллек-

туального анализа, в частности, методов кластери-

зации. Основным достоинством кластеризации яв-

ляется универсальность, что важно для анализа

совокупности объектов, работа с данными различ-

ной физической природы, возможность обработки

данных при отсутствии априорной информации о

характере и количестве классов.

Реакция человека на интенсивность облучения

в соответствии с теорией функциональной системы


не может иметь однозначную связь, поэтому к ме-

тодам кластеризации необходимо привлечение ап-

парата нечеткой логики и теории нечетких мно-

жеств. При формировании классификационных

признаков необходимо учесть требования к функ-

ции управления, т.е. качественные зоны воздей-

ствия излучения на человека, которые функцио-

нально разнятся. Такими зонами могут быть, ниж-

няя и верхняя зоны, расположенные вне диапазона

комфортности, т.е. очевидный недостаток и избы-

ток радиационной энергии для обеспечения ком-

фортного состояния человека, при которых прове-

дение лечебных процедур нецелесообразно или не-

возможно. Центральная зона, для которой

характерно эффективное проведение лечебной про-

цедуры при активизации периферического крово-

снабжения и снижения защитных свойств кожного

покрова. Переход к центральной зоне сверху и

снизу еще дает две переходные зоны. Совершенно

очевидно, что такое качественное деление на пять

зон не имеет четких границ и существенно зависит

от возраста, массы, пола, характера заболевания и

психологических особенностей пациента. Однако

классификация позволяет выделить характерные

особенности алгоритмов принятия решений для

каждого уровня и уточнить особенности обработки

каждого кластера.

В соответствии с принятыми канонами [12]

классы должны подчиняться правилам:

– несовместимости, состоящие в том, что каж-

дая выборка должна принадлежать единственному

классу, что в случае функциональной системы не-

выполнимо и потенциально может быть решено ме-

тодами нечеткой логики;

– единственности основания деления, предпо-

лагающего, что логическое деление не должно фор-

мировать семантическую разнородность классов,

что требует нормализации признакового простран-

ства;

– конечности деления, состоящее в равенстве

объектов в классах с общим количеством объектов,

что не представляет критической проблемы для за-

дачи принятия решения с неопределенными пара-

метрами.

Очевидно, что такая классификация с точки

зрения биологических функций проведения проце-

дуры является недостаточной с технической точки

зрения принятия решений относительно управле-

ния инфракрасными излучателями камеры пелои-

дотерапии. Отсутствие детализации внутри обла-

сти (фасета) не позволяет выделить индивидуаль-

ные особенности реакции конкретного пациента на

интенсивность инфракрасного облучения, поэтому

целесообразен смешанный метод, позволяющий

производить обработку внутри выделенного

класса. Внутри фасета может быть выбран свой ал-

горитм преобразования, причем именно централь-

ный класс должен иметь отличную от периферий-

ных классов процедуру преобразования данных,

поскольку именно при активизации перифериче-

ского кровоснабжения появляются возможности

создания наиболее эффективных процедур лече-

ния.

Обобщенный алгоритм классификации в та-

ком случае может быть представлен в виде:

определить для каждого признака управле-

ния F = (F1, F2, …, Fn) выражение, определяющее

классификационный набор условий управления;

определить состав признакового про-

странства A [a1, a2,…, am], которое характеризует

измеряемую реакцию организма на воздействие ин-

тенсивности инфракрасного излучения;

построить таблицу фасетов пересечения

признакового пространства управления и реакции

организма F11, F1 2, …, Fn

1, …, Fnm. Функции Fi

j мо-

гут иметь различные диапазоны значений входя-

щих величин и их значимость, т.е. функцию при-

надлежности.

При комплексном подходе после получения

фасетных классов, можно провести детализацию

выделенного класса и получить дополнительную

классификацию. Очевидно, что для детализации

необходимы или дополнительные признаки G=[g1,

g2, …, gl] или алгоритмы преобразования W = {w1,

…, wk}, причем принципы классификации могут

быть иными.

Алгоритм преобразования в форме ассоциа-

тивных правил представляется следующим обра-

зом [13]. Если ndiiiI ,,,

21 – множество ат-

рибутов, множество Dt – множество из nd тран-

закции такое, что },,,{21 nd

TTTDt , где

набор элементов из I . Под ассоциативным прави-

лом понимается импликация вида YX , где

YXIYIX ,, . Процент тран-

закций из Dt , которые содержат YX записы-

вается правилом

)sup()sup( YXYX , которое пред-

ставляет собой долю транзакций из Dt таких, что

если транзакция содержит X , то она также содер-

жит Y : )sup(

)sup()(

XYX

YXconf

.

Применительно к задаче управления в инфра-

красной системе с биологической обратной связью

данный подход позволяет осуществить выявление

элементов, которые встречаются часто и для них

формировать общие правила обработки, т.е. осуще-

ствить провести классификацию правил принятия

решений для заданного вида последовательностей.

Очевидным недостатком классических ассоциатив-

ных правил является то, что они предназначены для

работы с четкими или даже бинарными атрибу-

тами. Задачей дальнейших исследований является

обоснование возможности работы с нечеткими

множествами и централизация кластера.

Выводы

1. Определено значимое выходное признако-

вое пространство как реакция на интенсивность ин-

фракрасного воздействия, которое при использова-

нии неинвазивных методов измерения, сводится к


теневой и радиационной температурам в камере пе-

лоидотерапии, а также к проводимости кожного по-

крова, частоте сердечных сокращений и частоте

дыхания.

2. Предложен морфологический алгоритм,

связывающий требования к управлению интенсив-

ностью инфракрасного излучения с выходными ре-

акциями человека. Показано, что задача обработки

данных для принятия решения может быть сведена

к двухэтапной процедуре: нечеткому кластерному

анализу и последующей централизации кластера.


1. Сороко, С.И. Нейрофизиологические и

психофизио-логические основы адаптивного био-

управления / С.И. Сороко, В.В. Трубачев // СПб.:

ИЭФБ РАН, 2010. – 607 с.

2. Moore, J. Biomedical technology and devices.

Handbook / Editedby J. Moore // CRC Press LLC,

2004. – 750 p.

3. Акулов, С.А. Основы теории биотехниче-

ских систем / С.А. Акулов, А.А. Федотов // М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2014. – 259 с.

4. Деклараційний патент № 58051А (Укра-

їна). Спосіб пелоїдотерапії та камера для його здій-

снення / Косовєров Є.О., Тищук М.М., Мещеряков

В.І., Веселкова Т.О.

5. Плоткин, Ф.Б. Компьютерное биоуправле-

ние: прогрессивные технологии – в практику здра-

воохранения / Ф.Б. Плоткин // Минск: Новые тех-

нологии в медицине, 2012. – С. 106–110.

6. Hallman, D.M. Effects of heart rate variability

biofeedback in subjects with stress – related chronic

neck pain: a pilot study / D.M. Hallman, E.M. Olsson,

D. Von Scheele // Appl. Psychophysiol. Biofeedback.

2011. Vol. 36, N. 2. P. 71–80.

7. Пятокович, Ф.А. Мультипараметрическая

одноканальная система управления в игровом мо-

дуле «Хотх» с биологической обратной связью /

Ф.А. Пятокович, М. А. Сурушкин // Фундаменталь-

ные исследования. – 2011. – №4. – С. 139–144.

8. Мосолов, С.Н. Применение Α-Θ-Тренинга

биологической обратной связи при тревожных рас-

стройствах, резистентных к психофармакотерапии

(открытое рандомизированное контролируемое ис-

следование) / С.Н. Мосолов, Е.В. Бирюкова, И.В.

Тимофеев // Обозрение психиатрии и медицинской

психологии им. В.М. Бехтерева. 2010. №1, c.15–20.

9. Wheat, A.L. Biofeedback of heart rate varia-

bility and related physiology: a critical review / A.L.

Wheat, K.T. Larkin // Appl. Psychophysiol. Biofeed-

back. 2010. Vol. 35, N. 3. P. 229–242.

10. Andrasic F. Biofeedback in headache: An

overview of approaches and evidence / Andrasic F. //

Cleveland Clinic Journal of Medicine. 2010. Vol. 77,

Suppl. 3. S. 72–76.

11. Зайчик, А.Ш. Патологическая физиология.

Том 2 / А.Ш. Зайчик, Л.П. Чурилов // СПб.: ЭЛБИ–

СПб, 2007. – 768 с.

12. Филатова, Н.Н. Пирамидальная сеть для

классификации объектов, представленных нечет-

кими признаками / Н.Н. Филатова, Д.М. Ханеев //

Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 9

(134). – С. 45–49.

13. Шуметов, В.Г. Кластерный анализ: подход

к применению ЭВМ / В.Г. Шуметов, Л.В. Шуме-

това. – Орел: ОрелГТУ, 2010. – 118 с.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧИСЛА ПОГИБШИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЖАРОВ НА ОСНОВЕ

МОДЕЛИ КОЛЛОКАЦИЙ

Черненко В.П.

к.ф.-м.н, доцент кафедры информатики и высшей математики,

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,

Кременчуг, Украина

FORECASTING THE NUMBER OF FATALITIES DUE TO FIRES BASED ON THE COLLOCATION MODEL

Chernenko V.P.

PhD (Physics and Mathematics), Assosiate Professor

Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University,

Kremenchuk, Ukraine

Аннотация

Построена коллокационная модель для прогнозирования числа погибших в результате пожаров в зда-

ниях и на транспорте в Киеве и Будапеште на основании статистических данных Центра пожарной стати-

стики международной ассоциации пожарно-спасательных служб за 2003–2015 гг.

Abstract

A collocation model was constructed for forecasting the number of fatalities in fire in buildings and transport

in Kiev and based on the statistics of the Centre for Fire Statistics of the International Association of Fire and

Rescue Services for 2003–2015.

Ключевые слова: мировая пожарная статистика; коллокационная модель; прогноз.

Keywords: world fire statistics; collocation model; forecast.

http://mniip-repo.ru/view_statiy.php?id=5815






По данным статистических отчетов Центра по-

жарной статистики международной ассоциации по-

жарно-спасательных служб (CTIF) более 50 % всех

пожаров в городах возникают либо в зданиях, либо

на транспорте. При этом на каждую 1000 жителей

городов ежегодно в среднем приходится 0,6 таких

пожаров, и на каждые 100 пожаров в зданиях и на

транспорте в среднем приходятся около 2 погиб-

ших. Больше всего жертв пожаров на 100 тыс. че-

ловек в городах приходятся на страны СНГ [9]. Воз-

можно, в этих странах существуют проблемы, свя-

занные с несвоевременной эвакуацией людей, с

несоответствием путей эвакуации противопожар-

ным требованиям, с нарушением техники безопас-

ности при пожаротушении и др.

Отечественные и зарубежные исследования

последних лет убедительно доказывают, что реше-

ние проблем пожарной безопасности в городах не-

возможно без привлечения результатов фундамен-

тальных и прикладных исследований.

В работах российских ученых Н. Н. Брушлин-

ского, Б. М. Пранова, Н. П. Третьякова и др. пред-

ложены разнообразные походы к проблеме эконо-

метрического моделирования и прогнозирования

числа пожаров в странах мира. В работе [2] прово-

дится статистический анализ гибели и травмирова-

ния людей при пожарах в странах мира и России.

Методика прогнозирования количества погибаю-

щих ежегодно людей при пожарах в России пред-

ставлена в статье [6]. Работа [3] посвящена методу

построения аппроксимирующих математических

зависимостей для прогнозирования числа пожаров

ряда европейских стран с использованием функции

Кобба–Дугласа. В качестве аргументов функции

взяты внутренний валовой продукт страны и чис-

ленность населения страны. В статье [4] предло-

жена методика выявления структуры взаимозави-

симости показателей пожарной статистки на основе

модели средней квадратической коллокации.

Среди работ украинских ученых можно выде-

лить работу [7], в которой авторы анализируют ста-

тистические данные о пожарах и их последствиях в

жилом секторе Украины и предлагают ряд мер по

улучшению профилактической работы среди насе-

ления. В статье [11] построены адекватные эконо-

метрические модели для прогнозирования числа

пожаров в странах мира. Также авторы выявили со-

циально-экономические факторы, влияющие на ко-

личество пожаров в странах мира.

Среди зарубежных авторов, занимающихся

моделированием пожарной статистики в городах

можно выделить работу W. Lizhi, R. Auzhi [12], в

которой на основании метода кластеризации К-

средних предлагается модель для автоматической

классификации рисков возникновения городских

пожаров. Проблемами анализа статистики пожаров

в зданиях занимались А. Hasofer и I. Thomas, кото-

рые в своей работе [10] делают акцент на выявле-

нии группы факторов, приводящих к гибели и трав-

мированию людей при пожарах в зданиях.

Основной трудностью применения данных ме-

тодик для прогнозирования показателей пожарной

статистки заключается в малом объеме статистиче-

ских данных, так как централизованно публиковать

статистические сведения о пожарах и их послед-

ствиях в странах и городах мира начали только с

2005 года.

Эффективность борьбы с пожарами и их по-

следствиями во многом зависит от точности про-

гнозов показателей пожарной статистики. В данной

работе для проведения прогнозирования числа по-

гибших в результате пожаров в зданиях и на транс-

порте в зависимости от числа таких пожаров пред-

лагается коллокационная модель, обладающая до-

статочно высокой точностью [1]. Для исследований

взяты статистические данные CTIF за 2003–2015 гг.

для двух городов – Киева и Будапешта (статистиче-

ские данные показателей пожарной статистики

CTIF печатает с задержкой в два года). Все расчеты

проводились в системе компьютерной математики

MachCAD.

В этих городах в среднем за весь рассматрива-

емый период около 60 % всех пожаров происхо-

дили в зданиях и на транспорте. Еще надо учесть

тот факт, что в Украине поджог травы и мусора не

фиксируется как факт пожара. В таблице 1 пред-

ставлены средние показатели пожарной статистики

в Киеве и Будапеште за 2011–2015 гг. [9].

Таблица 1.

Средние показатели пожарной статистики для Киева и Будапешта

Город

Населе-

ние,

тыс. чело-

век

Пло-

щадь,

кв. м.

Кол-во

пожар-

ных

депо

Кол-во

проф.

пожар-

ных

Число пожаров

в зданиях и

на транспорте

Число погибших

при пожарах в зда-

ниях

и на транспорте

Киев 2878 839 25 2030 2383 53

Будапешт 1758 525 26 1358 1752 15

Анализ данной таблицы показывает, что все

показатели для Киева превышают показатели для

Будапешта в 1,4–1,6 раза, кроме двух – количество

пожарных депо одинаковое в этих городах, а число

погибших при пожарах в зданиях и на транспорте в

Киеве в 3,5 раза больше, чем в Будапеште. И свя-

зано это, в первую очередь, с материально-техниче-

ским обеспечением пожарных депо и с профессио-

нальной подготовкой и повышением квалификации

пожарных. В отличие от Украины в Венгрии для

пожарных постоянно проводятся практические за-

нятия по пожаротушению, тренировки по защите

органов дыхания, психологические тренировки и

т.д. на специальных тренировочных базах [5].

Также надо не забывать, что приоритетом противо-

пожарных служб в современных условиях является


не ликвидация пожаров и их последствий, а их про-

гнозирование, мониторинг и, по возможности, пре-

дупреждение.

В данной работе для прогнозирования числа

погибших в зависимости от числа пожаров предла-

гается перспективный метод прогнозирования про-

странственных и временных рядов – метод средней

квадратической коллокации [1]. Основное преиму-

щество данного метода в том, что наблюдаемые и

прогнозируемые величины могут иметь различную

физическую, экономическую или математическую

природу.

Построение коллокационной модели прово-

дится в несколько этапов.

1. Центрируются исходные данные Y (число

погибших при пожарах в зданиях и на транспорте)

и X (число пожаров в зданиях и на транспорте) и

получаются два новых вектора: cY и cX с нуле-

вым математическим ожиданием.

2. Вычисляются взаимно- и автоковариаци-

онные функции: xyС , yxС и xxС , где

10 n .

3. Полученные взаимно- и автоковариацион-

ные функции аппроксимируются подходящими не-

линейными функциями: xyС , yxС и xxС

. Коэффициенты находятся с помощью метода «су-

щественных» параметров [1].

4. Строятся автоковариационные матрицы:

xxK представляет собой верхнюю треугольную

матрицу с циклической структурой – все элементы

одной диагонали одинаковые и равны элементам

вектора xxС , а элементы нижних диагоналей

равны нулю; yxK представляет собой также мат-

рицу с циклической структурой – все элементы

верхних диагоналей одинаковые и равны элемен-

там вектора yxС , а элементы нижних диагона-

лей равны элементам вектора xyС .

5. Проверяется точность и совместность по-

строенной модели с помощью коэффициента

Тейла:

n

tt

n

tt

n

ttt

Yn

Yn

YYn

U

1

2

1

2

1

2

ˆ11

ˆ1

10 U , (1)

где tY – статистические данные, tY – модель-

ные значения, n – количество лет. Чем меньше зна-

чение этого коэффициента, тем лучше модель опи-

сывает реальные данные.

На рис. 1, 2 представлены результаты сравне-

ния статистических и расчетных данных числа по-

гибших при пожарах в зданиях и на транспорте в

Киеве и Будапеште соответственно.

Рассчитанный по формуле (1) коэффициент

Тейла ( 06,01 U для Киева и 09,02 U для Бу-

дапешта) показывает, что построенные модели

можно использовать в дальнейшем для прогнозиро-

вания числа погибших при пожарах в зданиях и на

транспорте.

0

20

40

60

80

100

Годы

Чи

сл

о п

оги

бш

их

Статистические данные 68 68 70 70 60 61 84 67 50 55 48 57 55

Модель 68 65 65 65 65 62 62 62 60 59 58 59 59

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Рис. 1. Результаты сравнения статистических и расчетных данных числа погибших при пожарах в

зданиях и на транспорте в Киеве ( 06,01 U )


0

5

10

15

20

25

30

Годы

Чи

сл

о п

оги

бш

их

Статистические данные 25 20 18 20 8 17 23 18 16 17 14 11

Модель 23 20 15 13 13 19 21 20 19 13 12 15

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Рис. 2. Результаты сравнения статистических и расчетных данных числа погибших при пожарах в

зданиях и на транспорте в Будапеште ( 09,02 U )

В случае, когда необходимо построить прогноз

на p временних тактов вперед, необходимо вычис-

лить p значений аппрокисмирующих функций

xyС , yxС и xxС . Далее эти значения

присоединяются к концу транспонированного пер-

вого столбца взаимно ковариационной матрицы

yxK с отброшенными первыми p значениями ( pK

). Прогнозные значения показателя Y на p времен-

ных тактов вперед вычисляется по формуле:

YXKKY cxxppn

1, (2)

где Y – математическое ожидание исходного

набора данных.

Для построения интервального прогноза

необходимо в формуле (2) воспользоваться

доверительным интервалом для Y .

Результаты прогноза необходимы для ориента-

ции путей уменьшения числа пожаров в зданиях и

на транспорте, а, значит, и их последствий, а также

определения дополнительных противопожарных

мероприятий.

На рис. 3, 4 предсталены результаты

прогнозирования по вышеописанной методике

числа погибших при пожарах в зданиях и на транс-

порте в Киеве и Будапеште соответственно на три

временных такта вперед, т.е. на 2016–2018 гг.

Рис. 4. Результаты интервального прогноза числа погибших при пожарах в зданиях и на транспорте в

Киеве


Рис. 4. Результаты интервального прогноза числа погибших при пожарах в зданиях и на транспорте в

Будапеште

Анализируя графики на рис. 3 и 4, можно сде-

лать вывод: если уровень работы по профилактике

пожаров на прогнозируемый период будет таким

же, как и в последние пять лет, то число погибших

при пожарах в зданиях и на транспорте будет нахо-

диться в интервале от 56 до 68 для Киева и от 15 до

20 для Будапешта с вероятностью 95 %.

Коллокационная модель применима также для

прогнозирования временных рядов, поэтому по

данной методике можно построить прогнозы числа

пожаров в зданиях и на транспорте в Киеве и Буда-

пеште.

Представим обобщенные результаты прогно-

зов на 2026–2018 гг. для двух городов в виде табл.

2, из которой видно, что в Киеве идет тенденция к

увеличению числа пожаров, а в Будапеште, наобо-

рот, наблюдается уменьшение числа пожаров в зда-

ниях и на транспорте.

Таблица 2.

Обобщенные результаты прогнозов числа пожаров для Киева и Будапешта

Город Точечный прогноз Интервальный прогноз

2016 2017 2018 2016 2017 2018

Киев 2657 2773 2743 2358÷2956 2474÷3072 2448÷3045

Будапешт 1938 1820 1781 1605÷2270 1448÷2152 1449÷2113

Уменьшение числа пожаров и их последствий,

а именно, гибель людей в городах напрямую свя-

зано с противопожарной пропагандой и непосред-

ственной работой с населением в жилом секторе.

Например, в некоторых городах Венгрии такая ра-

бота с населением привела к тому, что число погиб-

ших при пожарах в городах снизилось вдвое [8].

Также в странах ЕС снизить риск возникновения

пожаров в жилом секторе позволяет оснащение жи-

лых помещений автономными пожарными извеща-

телями, установка которых является обязательным

нормативным требованием.

В работе рассмотрена возможность прогнози-

рования числа пожаров в зданиях и на транспорте и

числа погибших людей в этих пожарах для двух го-

родов – Киева и Будапешта на основе модели сред-

ней квадратической коллокации. В случае усиления

профилактической работы среди населения, улуч-

шению материально-технического обеспечения по-

жарных депо и повышения квалификации пожар-

ных число пожаров и погибших в них людей в про-

гнозируемом периоде будет ниже. При ослаблении

профилактических мероприятий число пожаров и

погибших в прогнозируемый период, возможно,

будет больше. Поэтому необходимо новейшие до-

стижения науки и техники направить на то, чтобы

динамика числа пожаров снижалась. Такая поста-

новка вопроса вполне реальна и отвечает общему

стремлению специалистов и руководителей в сфере

пожарной безопасности осуществлять меры по со-

кращению числа пожаров, а значит, и числа поги-

бающих в них людей.


1. Бабешко Л. О. Прогнозирование финансово-

экономических показателей по разнородным дан-

ным / Л. О. Бабешко, В. А. Бывшев. – М.:

РУСФЙНС, 2017. – 356 с.

2. Брушлинский Н. Н. Статистический анализ

гибели и травмирования людей при пожарах в стра-

нах мира и России (2008–2012 гг.) / Н. Н. Брушлин-

ский, С. В. Соколов, В. И. Евдокимов, О. В. Ива-

нова // Медико-биологические и социально-психо-

логические проблемы безопасности в

чрезвычайных ситуациях. – 2012. – № 2. – С. 30–37.

3. Пранов Б. М. Об одном методе моделирова-

ния европейской пожарной статистики / Б. М. Пра-

нов // Технологии техносферной безопасности. –

2015. – № 3(61) [Електронний ресурс] / Режим до-

ступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2015-3/21-03-

15.ttb.pdf

4. Третьяков Н. П. К вопросу о методологии

прогнозирования мировой статистики пожаров / Н.


П. Третьяков // Технологии техносферной безопас-

ности. – 2010. – № 6 (34) [Електронний ресурс] / Ре-

жим доступа : http://agps-2006.narod.ru/ttb/2010-

6/07-06-10.ttb.pdf

5. Хорватх Г. Об опыте базовой подгоовки по-

жарных Венгрии к аварийно-спасательным работам

/ Г. Хорватх, Р. Кути // Технологии техносферной

безопасности. – 2010. – № 5 (33) [Електронний ре-

сурс] / Режим доступа : http://agps-

2006.narod.ru/ttb/2010-6/03-05-10.ttb.pdf

6. Шкрабак Р. В. Анализ и прогноз динамики

гибели людей на пожарах / Р. В. Шкрабак // Вестник

КрасГАУ. – 2009. – № 3 – С. 230–233.

7. Білошицький М. В. Аналіз статистичних да-

них про пожежі та їх наслідки в житловому секторі

України / М. В. Білошицький, Р. В.Климась, О. П.

Якименко, Д. Я. Матвійчук // Пожежна безпека:

теорія і практика, 2014. – №14. – С. 9–14.

8. Труш О. О. Досвід побудови та діяльності

систем цивільного захисту країн – членів ЄС Цен-

тральної Європи / О. О. Труш // Теорія та практика

державного управління. – 2010. – Вип. 2 (29) – С.

325–332.

9. Brushlinsky N. N. Reports № 10–22 / N. N.

Brushlinsky, J. R. Hall, S. V. Sokolov, I. P. Wagner //

World Fire Statistics. Center of Fire Statistics of CTIF,

2005–2017. [Electronic resource]. – Access mode :

https://www.ctif.org

10. Hasofer A. Analysis of Fatalities and Injuries

in Building Fire Statistics / A. Hasofer, I. Thomas //

Fire Safety Journal. – 2006. – № 41. – Issue 1. – P. 2–

14.

11. Kyrylaha N. Fire risk assessment in light of so-

cio-economic factors / N. Kyrylaha, V. Chernenko //

Economic Annals-XXI. – 2017. – Issue 166(7-8).– Р.

37–40.

12. Lizhi W. Urban Risk Clustering Method Based

on Fie Statistics / W. Lizhi, R. Aizhu // Tsinghua Sci-

ence & Technology. – 2008. – № 13. – P. 418–422.

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ ВОЗМОЖНЫХ СОСТОЯНИЙ СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

Шагилова Е.В.

кандидат педагогических наук, доцент кафедры фундаментальной информатики ФГБОУ ВО

«Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»,

г. Саранск

ASSESSMENT AND FORECAST OF POSSIBLE CONDITIONS OF SYSTEM OF FIRE SAFETY

Shagilova E.V.

candidate of pedagogical sciences, associate professor of fundamental informatics

FGBOU VO «The Mordovian state university of N.P. Ogarev»,

Saransk

Аннотация

В статье рассмотрена возможность моделирования технической части системы пожарной безопасно-

сти с целью определения предельных режимов работы системы. Описывается цепь Маркова для исполь-

зования при описании математической модели изменения состояний системы пожарной безопасности во

времени.

Abstract

In article the possibility of modeling of a technical part of system of fire safety for the purpose of definition

of limit operating modes of system is considered. Markov's chain for use at the description of mathematical model

of change of conditions of system of fire safety in time is described.

Ключевые слова: Противопожарная безопасность, моделирование, цепь Маркова, вероятность, по-

жар, неисправность.

Keywords: Fire safety, modeling, Markov's chain, probability, fire, malfunction.

Пожарная опасность объекта защиты – состоя-

ние объекта защиты, характеризуемое возможно-

стью возникновения и развития пожара, а также

воздействия на людей и имущество опасных факто-

ров пожара.

Пожарная безопасность объекта должна обес-

печиваться системами предотвращения пожара и

противопожарной защиты, в том числе организаци-

онно-техническими мероприятиями.

Наряду с техническими проблемами, основной

причиной как возникновения пожара, так и нега-

тивные последствия от него зависят от человека. А

именно знания и соблюдения норм пожарной без-

опасности, а также адекватного реагирования в экс-

тремальной ситуации, проведения тушения очага

пожара первичными средствами пожаротушения,

либо эвакуации из зоны возникновения пожара и

воздействия опасных факторов пожара.

Достижения современной науки предостав-

ляют достаточные возможности для проектирова-

ния и возведения экономичных зданий и обеспече-

нии пожарной безопасности. Однако в подавляю-

щем большинстве создаваемых в настоящее время

проектов зданий и сооружений имеются отклоне-

ния от требований строительных норм и правил,

https://www.ctif.org/

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711205000810

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711205000810

http://www.polyset.ru/article/st294.php


направленных на предупреждение возникновения

пожаров, обеспечение условий для успешной эва-

куации людей, локализации и ликвидацию пожа-

ров.

Существенное повышение уровня пожарной без-

опасности энергетических предприятий при сравни-

тельно небольших затратах на внедрение может

быть достигнуто путем создания специальных автомати-

ческих систем пожаротушения и взрывопредупрежде-

ния.

Существующие пожарные извещатели в боль-

шинстве своем не вполне удовлетворяют требова-

ниям, предъявляемым к средствам раннего обнаруже-

ния очагов пожара. Однако развитие технической

базы чувствительных элементов позволяют создать

удовлетворяющие всем необходимым требованиям

датчики и приступить к решению задачи активной про-

тивопожарной защиты.

Однако разработка систем мониторинга и управле-

ния пожарной безопасностью невозможна без понима-

ния и детального описания процессов, происходящих в

таких системах. Поэтому обязательным этапом работы

должно стать построение комплекса моделей, на основе

которого производится проектирование и разработка

технических средств системы, а затем их реализация и

практическое использование [1].

В настоящее время все большее внимание во

многих областях научных исследований уделяется

моделированию различных процессов и систем.

Причиной тому в значительной степени является

огромный прогресс в вычислительной технике и

информатике, что позволяет реализовывать доста-

точно сложные взаимосвязи и проводить расчеты

на их основе с большой скоростью.

Современное моделирование технической ча-

сти системы пожарной безопасности разработано в

достаточной мере. Одной из причин этого служит

очень высокий уровень определенности поведения

отдельных элементов системы, что приводит к де-

терминированной модели

На сегодняшний день широко распространен-

ной практикой является предварительное испыта-

ние устройств и режимов их работы на математиче-

ских моделях, отражающих существенные взаимо-

связи внутри устройства и с внешней средой.

Современное моделирование технической части

системы пожарной безопасности разработано в до-

статочной мере. Одной из причин этого служит

очень высокий уровень определенности поведения

отдельных элементов системы, что приводит к де-

терминированной модели.

Цепь Маркова является пригодной для исполь-

зования при описании математической модели из-

менения состояний системы пожарной безопасно-

сти во времени, поскольку она позволяет соединить

вероятностный характер состояний с детерминиро-

ванностью его распределения.

Преимущества цепи Маркова перед вероятно-

стью распределения состояний системы состоят в

том, что цепь Маркова позволяет исследовать ре-

жимы работы системы пожарной безопасности при

изменении состояний.

Цепи Маркова хорошо поддаются автоматиза-

ции и позволяют в автоматическом режиме рассчи-

тать не только вероятность той или иной динамики

конкретного состояния системы, но и вероятность

появления тех или иных переходных режимов си-

стемы пожарной безопасности.

Цепь Маркова позволяет установить вероят-

ность появления тех или иных режимов системы

пожарной безопасности и установить вероятность

появления режимов, которые могут быть опасны

для системы [2].

Совмещение исследований системы пожар-

ной безопасности с заранее заданными состояни-

ями и динамикой их изменения для того, чтобы

определить предельные режимы работы системы

пожарной безопасности с испытаниями с помощью

цепи Маркова, позволит провести более полное ис-

следование системы пожарной безопасности.

Необходимо задать матрицу вероятностей пере-

ходов системы пожарной безопасности из одного состо-

яния в другое, которую можно получить в результате экс-

пертных оценок. Начальный вектор состояния си-

стемы пожарной безопасности равен (100000), что

означает вероятность состояния системы НОРМА

равна единице, а вероятности остальных состояний

системы – ПОЖАР, ОПАСНОСТЬ, ТУШЕНИЕ НЕ

ВКЛЮЧЕНО, ТУШЕНИЕ ВКЛЮЧЕНО,

НЕИСПРАВНОСТЬ – равны нулю.

Будет получено некоторое множество строк

вычислений, например в MS EXCEL, пока не полу-

чится, что вероятность состояния системы НОРМА

стала равна нулю, а вероятность состояния системы

ПОЖАР равна единице. Это означает, что система

противопожарной безопасности перешла в опасное

состояние [3].

В результате такого эксперимента можно устано-

вить, через сколько часов система пожарной безопас-

ности на исследуемом объекте с вероятностью, близ-

кой к единице перейдет в невозвратное состояние

«НЕИСПРАВНОСТЬ». Систему пожарной безопасно-

сти из этого опасного состояния может вывести только

обслуживающий персонал, выявив и устранив эту неис-

правность.


1. Шагилова Е.В. Методика моделирования си-

стемы по схеме дискретных маркрвских процессов.

Проблемы взаимодействия науки и общества.

Сборник статей Международной научно-практиче-

ской конференции: в 2 ч. – Уфа: АЭТЕРНА, 2018. –

С. 68-69.

2. Шагилова Е.В. Моделирование системы по-

жарной безопасности с помощью цепей Маркова.

Проблемы взаимодействия науки и общества.

Сборник статей Международной научно-практиче-

ской конференции: в 2 ч. – Уфа: АЭТЕРНА, 2018. –

С. 69-71.

3. Шагилова Е.В. Совершенствование мето-

дики оценки пожарной безопасности с помощью

цепей Маркова. Проблемы взаимодействия науки и

общества. Сборник статей Международной научно-

практической конференции: в 2 ч. – Уфа:

АЭТЕРНА, 2018. – С. 87-88.


МЕТОДИКА СИНТЕЗА ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕЧЕТКОГО

УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ НЕСКОЛЬКИХ АРГУМЕНТОВ

Козелков С.В.

Государственный университет телекоммуникаций, директор учебно-научного института

телекоммуникаций и информатизации, доктор технических наук

Шушура А.Н.

Государственный университет телекоммуникаций, заведующий кафедрой системного анализа, кан-

дидат технических наук

SYNTHESIS METHOD OF INFORMATION TECHNOLOGY OF FUZZY CONTROL BASED ON MEMBERSHIP FUNCTION OF SEVERAL ARGUMENTS

Kozelkov S.V.

State University of Telecommunications, Director of the Educational and Scientific Institute of

Telecommunications and Informatization, Doctor of Technical Sciences

Shushura A.N.

State University of Telecommunications, Head of the Department of System Analysis,

Candidate of Technical Sciences

Аннотация

В статье предложена методика построения информационной технологии для автоматизации нечет-

кого управления на основе применения функций принадлежности нескольких аргументов. Сформирована

последовательность этапов нечеткого моделирования и определения значений управляющих переменных,

разработаны их алгоритмы. Результаты работы могут быть использованы для автоматизации управления

сложными системами.

Abstract The construction technique of information technology for automation of fuzzy control based on membership

function of several arguments is proposed in the article. The sequence of stages of fuzzy modeling and determina-

tion of values of control variables is formed, their algorithms are developed. The results of the work can be used

to automate the control of complex systems.

Ключевые слова: информационная технология, нечеткое управление, функция принадлежности не-

скольких аргументов.

Keywords: information technology, fuzzy control, function of several arguments.

Автоматизация задач управления сложными

системами, для которых характерно большое коли-

чество связей между характеристиками и наличие

ограничений на управляющие переменные, может

быть выполнена путем разработки информацион-

ных технологий, использующих метод нечеткого

управления на основе функций принадлежности

нескольких аргументов [7].

Основы нечеткого моделирования и управле-

ния заложены в работах Л. Заде, Е. Мамдани, М.

Сугено, Т. Терано, А. Кофмана, Р.Ягера и др. [1,2]

Вопросам построения систем управления на основе

нечеткой логики уделено много внимания в трудах

А.П. Ротштейна, А.В. Леоненкова, С.Д. Штовбы,

[3-5]. Как правило, в этих работах рассмотрена не-

четкая логика, использующая функции принадлеж-

ности одного аргумента. Однако построение ин-

формационных технологий нечеткого управления

на основе функций принадлежности многих пере-

менных имеет свою специфику, которая и будет

рассмотрена в данной работе.

Целью работы является формирование мето-

дики синтеза информационной технологии для не-

четкого моделирования и управления с использова-

нием функций принадлежности нескольких аргу-

ментов.

Для достижения поставленной цели разрабо-

тана обобщенная схема методики синтеза данной

информационной технологии, предложены методы

и алгоритмы выполнения ее этапов.

Обобщенная схема методики синтеза инфор-

мационной технологии нечеткого управления с ис-

пользованием функций принадлежности несколь-

ких аргументов представлена на рисунке 1.


Рис. 1 – Схема синтеза информационной технологии нечеткого управления

Этап моделирования предметной области за-

дачи нечеткого управления заключается в выделе-

нии входных ( Х ) и выходных ( oU ) переменных

устройства управления, формировании множеств

лингвистических переменных, установлении свя-

зей между переменными, в том числе ограничений

на значения управляющих переменных. Обозначим

сформированные на этом этапе множества лингви-

стических переменных:

- входные лингвистические переменные

1 2 mB , ,..., ;

- выходные лингвистические переменные

1 2 sW w ,w ,...,w .

Для каждой из лингвистических переменных

l и zw определяются терм-множества Тl и Тz в

виде нечетких переменных, для которых затем за-

даются функции принадлежности.

Функции принадлежности могут быть заданы

аналитически или таблично. Аналитическое зада-

ние требует знания специалистом, разрабатываю-

щим информационную технологию, полной инфор-

мации о характере связей переменной и виде моде-

лируемой неопределенности. К сожалению, при

управлении сложными системами такая ситуация

встречается редко. При невозможности аналитиче-

ского задания функций принадлежности необхо-

димо сформировать их в виде таблиц. Табличное

задание функций принадлежности основано на

применении методов нечеткой кластеризации к ста-

тистическим данным о функционировании объекта

управления [6,8].

Алгоритм задания многомерных функций при-

надлежности термов лингвистических переменных

на основе статистических данных представлен на

рисунке 2. Как следует из алгоритма, после ввода

данных, относящихся к отдельным входным линг-

вистическим переменным l , осуществляется

процедура перехода к нормированной матрице *lX

, элементы которой рассчитываются в соответствии

с формулой:

*lij jl

ijj

xx

s

где lijx – значение j-ой характеристики i-го

эксперимента, относящегося к l-ой лингвистиче-

ской переменной; j – среднее значение j-ой ха-

рактеристики; js – среднее квадратичное отклоне-

ние j-ой характеристики.

Реализация процедур метода нечеткого вывода

Начало

Формирование модели в виде базы нечетких продук-

ций

Моделирование предметной области задачи нечеткого

управления

Конец

Задание функций принадлежности термов и ограниче-

ний

(1)


Рис. 2 – Алгоритм задания многомерных функций принадлежности термов лингвистических переменных

на основе статистических данных


Далее случайным образом генерируется мат-

рица lM :

11 12 1

21 22 2

1 2

...

...

...

...

l l lq

l l lq

l

l l lK K Kq

M

, (2)

где lkj – степень принадлежности j-го набора

данных k-му терму l-той лингвистической перемен-

ной.

Матрица принадлежности lM должна удо-

влетворять следующим условиям [4]:

0,1 , 1, , 1, ,lkj k K j q (3)

1

1, 1, ,K

lkj

k

j q

(4)

1

0 , 1,q

lkj

j

q k K

. (5)

После чего запускается итерационный процесс

вычисления центров кластеров lV по формуле:

*

1

1

, 1, , 1,

q wl lkj jm

jlkm q w

lkj

j

x

v m n k K

.(6)

Затем выполняется пересчет элементов мат-

рицы степеней принадлежности по формуле:

(7)

где kjd = *,l lk jd v x для

1, , 1,k K j q .

Вычисления продолжаются до тех пор, пока

изменение матрицы lM не станет меньше заранее

заданного параметра остановки ε. Термы лингви-

стических переменных lkt образуются путем

присвоения полученным кластерам названий экс-

пертом.

Кроме задания функций принадлежности для

термов лингвистических переменных, необходимо

формализовать ограничения задачи управления и

определить их функции принадлежности.

Пусть ограничение на управление описывается

неравенством вида:

( ) 0f x , (8)

где x - вектор переменных, описывающих

предметную область.

Тогда функция принадлежности, моделирую-

щая неопределенность ограничение «расположено

в области», может быть представлена в виде:

1, ( ) 0,

( ) 1 ( ), 0 1 ( ) 1,

0,

если f x

x f x если f x

иначе

где - положительный параметр, задающий

размер «переходной» области для конкретного

вида ограничивающей кривой ( )f x .

Результатом задания многомерных функций

принадлежности термов лингвистических перемен-

ных и ограничений на основе статистических дан-

ных являются заполненные структуры данных ин-

формационной технологии.

Используя выделенные лингвистические пере-

менные и их термы, эксперт для организации нечет-

кого вывода формирует базу знаний в виде нечет-

ких продукций, которые также заносятся в струк-

туры данных информационной технологии.

На основании модели управления для форми-

рования значений управляющих переменных oU

осуществляется реализация нечеткого вывода на

основании функций принадлежности нескольких

переменных [7], этапы которого в обобщенном

виде представлены на рисунке 3.

Для проведения вычислений в соответствии с

приведенным на рисунке 3 алгоритмом разрабаты-

вается программное обеспечение, реализующее

этапы нечеткого вывода. Кроме того, для использо-

вания информационной технологии формируется

комплекс технических средств, включающий набор

датчиков для измерения характеристик объекта

управления и совокупность средств управления для

реализации управляющих воздействий.

(9

)


Рисунок 3 – Алгоритм выполнения этапов нечеткого вывода

Таким образом, в работе предложена обобщен-

ная методика синтеза информационной технологии

для нечеткого моделирования и управления с ис-

пользованием функций принадлежности несколь-

ких аргументов, которое позволяет учесть сложную

физическую природу переменных и наличие огра-

ничений на управление. Результаты работы могут

быть использованы для решения задач автоматиза-

ции управления сложными системами.


1. An experiment in linguistic yn thesis with a

fuzzy logic controller. / Mamdani E. H., Assilian S. //

International Journal of Man-Machine Studies. – 1975.

– Vol. 7. – № 1. – PP. 1–13.

2. Zadeh L.A. Fuzzy sets // Information and Con-

trol. – 1965. – Vol. 8. – PP. 338–353.

3. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в

среде MATLAB и fuzzyTECH. – СПб.: БХВ- Петер-

бург, 2005. – 736 с.

4. Ротштейн А.П. Интеллектуальные техно-

логии идентификации: нечеткая логика, генетиче-

ские алгоритмы, нейронные сети. – Винница:

УНІВЕРСУМ–Вінниця, 1999. – 320с.

5. Штовба С. Д. Проектирование нечетких си-

стем средствами MATLAB / С. Д. Штовба – М. : Го-

рячая линия – Телеком, 2007. – 288 с.

6. Шушура А.Н. Кластеризация данных с ис-

пользованием нечетких отношений / А.Н.Шушура,

В.С. Аниканов. - Донецк: Искусственный интел-

лект, №. 1, 2006. –С. 139-145.

7. Шушура А.Н. Метод нечеткого управления

на основе переменных с многомерными функциями

принадлежности / А.Н. Шушура, И.А. Тарасова //

Штучний інтелект. – 2010. – №1. – С. 122-128.

8. Шушура А.Н. Способ задания многомер-

ных функций принадлежности термов лингвисти-

ческих переменных / А.Н. Шушура, И.А. Тарасова

// Міжнародний науково-технічний журнал “Інфор-

маційні технології та комп’ютерна інженерія”. –

2013. – №1(26). – С. 39-44.

Начало

Фаззификация входных пе-

ременных

Конец

Агрегирование подусловий в

нечетких правилах продук-

ций

Активизация подзаключений

в нечетких правилах продук-

ций

Аккумулирование заключе-

ний нечетких правил про-

дукций

Дефаззификация выходных

переменных

No 22 (2018)

Р.1 The scientific heritage

(Budapest, Hungary)

The journal is registered and published in Hungary.

The journal publishes scientific studies, reports and reports about achievements in different scientific

fields. Journal is published in English, Hungarian, Polish, Russian, Ukrainian, German and French.

Articles are accepted each month. Frequency: 12 issues per year.

Format - A4 ISSN 9215 — 0365

All articles are reviewed

Free access to the electronic version of journal

Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the

article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for

possible consequences for breaking copyright laws

Chief editor: Biro Krisztian

Managing editor: Khavash Bernat

Gridchina Olga - Ph.D., Head of the Department of Industrial Management and Logistics

(Moscow, Russian Federation)

Singula Aleksandra - Professor, Department of Organization and Management at the University

of Zagreb (Zagreb, Croatia)

Bogdanov Dmitrij - Ph.D., candidate of pedagogical sciences, managing the laboratory

(Kiev, Ukraine)

Chukurov Valeriy - Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Biochemistry of

the Faculty of Physics, Mathematics and Natural Sciences (Minsk, Republic of Belarus)

Torok Dezso - Doctor of Chemistry, professor, Head of the Department of Organic Chemistry

(Budapest, Hungary)

Filipiak Pawel - doctor of political sciences, pro-rector on a management by a property complex

and to the public relations (Gdansk, Poland)

Flater Karl - Doctor of legal sciences, managing the department of theory and history of the state

and legal (Koln, Germany)

Yakushev Vasiliy - Candidate of engineering sciences, associate professor of department of

higher mathematics (Moscow, Russian Federation)

Bence Orban - Doctor of sociological sciences, professor of department of philosophy of religion

and religious studies (Miskolc, Hungary)

Feld Ella - Doctor of historical sciences, managing the department of historical informatics,

scientific leader of Center of economic history historical faculty (Dresden, Germany)

Owczarek Zbigniew - Doctor of philological sciences (Warsaw, Poland)

Shashkov Oleg - Сandidate of economic sciences, associate professor of department (St. Peters-

burg, Russian Federation)

«The scientific heritage»

Editorial board address: Budapest, Kossuth Lajos utca 84,1204

E-mail: [email protected]

Web: www.tsh-journal.com

Date post:	01-Jul-2019
Category:	Documents
Upload:	vannhi
View:	217 times
Download:	0 times

No 22 (2018) Р -...

Documents