A method for improving the efficiency of electronic monitoring systems based on the usage of group sensors for detecting critical conditions at potentially hazardous objects has been described. The problem of determining the optimal Bayesian majority rule of detection for group sensors has been solved. It has been shown that for group sensors the threshold and the majority rule of detection must be optimized jointly. The task of joint optimization of the threshold and the majority rule has been solved. The estimation of an expected gain as a result of using an optimized group sensor, that shows its high detecting efficiency, has been carried out.

На підставі аналізу узагальненої схеми теплового датчика розроблено його динамічну модель, що надала можливість визначити напрями підвищення точності. Встановлено оптимальні параметри датчика для різних динамічних умов і випадкових збурень. Одержані результати надають можливість прогнозувати очікувану точність існуючих датчиків, а також розробляти оптимальні датчики для гарантованого виявлення загорянь на реальних об'єктах.

Для зниження зони забруднення при аваріях з викидом хімічних та радіоактивних речовин запропоновано використання штучної інтенсифікації опадів в зоні викиду. Так як найбільш активними центрами краплеутворення є іони, то для штучної інтенсифікації опадів запропоновано підвищувати концентрацію вільних іонів в атмосфері за рахунок високочастотного електромагнітного випромінювання. Зниження потужності одиничного джерела досягається шляхом використання множинного джерела випромінювання з фоку суванням електромагнітного поля в області впливу. Розглянуто енергетичні і геометричні характеристики області фокусування електромагнітного випромінювання в зоні атмосферного забруднення при різній геометрії розміщення випромінювачів та їх робочій характеристиці. Розрахунки показали, що найбільший обсяг області фокусування досягається при компактному розміщенні джерел. Дія збільшення впливу пропонується застосовувати метод сканування атмосфери. Таким чином, для штучного ініціювання опадів над зоною викиду хімічно небезпечних речовин можна застосовувати існуючі джерела електромагнітного випромінювання, які при роботі у режимі сканування дозволять забезпечити необхідну інтенсивність опадів.

Розроблено та обгрунтовано метод підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача для складних умов використання. Цей метод заснований на динамічній корекції вихідного сигналу теплового датчика за допомогою інерційно-форсованої ланки з передаточною функцією. Постійну часу інерційної частини такої ланки змінюють за часом на інтервалі вимірювання температури.

Для створення пожежних сповіщувачів, що навчаються, розглянуто критерій виявлення загорянь у вигляді рівності ймовірностей помилкового виявлення та пропуску загорянь. Зазначений критерій надає можливість забезпечувати пристосування сповіщувачів до невідомих умов і гарантоване виявлення ними загорянь на об'єктах. Розроблено алгоритми та структури пожежних сповіщувачів, що навчаються, за дискретної та безперервної реєстрації даних.

Сформульовано критерій оптимізації самоналагоджувальних сповіщувачів. Розроблено алгоритми та структуру таких сповіщувачів. Їх відмінною рисою є можливість ефективного застосування за невизначених умов для довільних і заздалегідь невідомих горючих матеріалів. Верифікація запропонованих сповіщувачів свідчить про їх здатність забезпечувати раннє гарантоване виявлення осередків загорянь різних матеріалів за заздалегідь невідом умов.

Виконано узагальнений аналіз алгоритму самоналагоджуваних пожежних сповіщувачів. Відмінною рисою є нелінійний характер алгоритму та умови гарантованого виявлення загорянь. Ознакою негарантованого виявлення загорянь може слугувати зростання самоналагоджувального порога (СНП). Досліджено динаміку СНП і ймовірності виявлення загорянь, які свідчать про здатність пожежних сповіщувачів здійснювати раннє гарантоване виявлення загорянь за невідомих умов.

Наведено результати експериментального дослідження динаміки небезпечних факторів стану середовища в моделювальній камері, а також їх автокореляцій і парних кореляцій за різних лагів для спирту, паперу, деревини і текстилю. Встановлено, що інформативною ознакою раннього виявлення загорянь є ступінь взаємної кореляції флуктуацій факторів за нульового лагу. Виявлено, що для розглянутих матеріалів ознакою раннього виявлення їх загоряння є коефіцієнт парної кореляції CO і температури за нульового лагу, що має дуже високий ступінь кореляції.

Наведено результати експериментального дослідження флуктуацій параметрів газового середовища у разі займання в моделювальній камері. Запропоновано нетрадиційний підхід щодо дослідження динаміки небезпечних параметрів середовища на основі поточної віконної оцінці лагових кореляцій Пірсона. Встановлено, що стійкою ознакою раннього займання є значне збільшення кореляції нестаціонарних флуктуацій температури, концентрації чадного газу та диму в газовому середовищі.

Розроблено дво- та багатоточкові комунікативні моделі бездротового середовища з одно- та багатопроменевим поширенням радіохвиль. Запропоновані моделі надають можливість створювати різні типи комунікативних систем з урахуванням заданої геометрії розміщення затіняючих і розсіюючих конструкцій, а також використовувати на передавальній і приймальній сторонах антенні решітки довільної конфігурації. Виконано верифікацію розроблених моделей за умов надзвичайних ситуацій.

Розроблено метод оперативного частотно-часового подання флуктуацій параметрів газового середовища на ранній стадії пожежі в приміщеннях. Теоретична база методу базується на передачі порушень рівноважного стану газовим середовищем у зону чутливих сенсорів, при цьому осередок займання розглядається у вигляді рухомого джерела збурень параметрів. Відмінними рисами методу є порівняльна простота та використання даних у поточному часі.

Показано, що для раннього виявлення загорянь у приміщеннях можна використовувати методи нелінійної динаміки, що перевершують традиційні методи тимчасового, частотного або частотно-часового аналізу небезпечних факторів загоряння. Встановлено, що найбільш небезпечним під час пожеж у приміщеннях є наявність чадного газу в газовому середовищі. Обгрунтовано теоретичну базу для дослідження рекурентних діаграм концентрації чадного газу в газовому середовищі. Запропоновано модифікацію рекурентних діаграм відстаней на основі ступеневих уявлень, що надає можливість селективно підкреслювати або згладжувати структурні особливості конфігурації рекурентних точок діаграм відстаней. Результати дослідження рекурентних діаграм динаміки концентрації чадного газу показують, що зазначений фактор загоряння матеріалів має в загальному випадку не стохастичну, а хаотичну динаміку. Якісно встановлено, що динаміка концентрації чадного газу в газовому середовищі має нерівномірний розподіл точок. При цьому конфігурація скупчення рекурентних точок діаграм для різних горючих матеріалів є неоднаковою і може бути використана для розпізнавання типу і початку раннього загоряння горючого матеріалу. Встановлений факт хаотичної динаміки концентрації чадного газу в газовому середовищі у разі раннього загоряння матеріалів повинен враховуватися під час розробки нових технологій надійного детектування ранніх загорянь у приміщеннях. Отримані дані є важливими для більш глибокого розуміння динаміки процесу утворення чадного газу в газовому середовищі негерметичних приміщень у разі загоряння різних матеріалів, оскільки це пов'язано зі збереженням життя людей, які знаходяться в таких приміщеннях і своєчасною евакуацією.

Розглянуто застосування методу нелінійних динамічних систем для аналізу та виявлення структурних особливостей динаміки приростів стану газового середовища, що генеруються ранніми загоряннями матеріалів у негерметичній камері. Метод дослідження базується на аналізі кореляційної розмірності приростів стану газового середовища у разі загоряння матеріалів. Виконано теоретичне обгрунтування методу оцінювання динаміки кореляційної розмірності приростів стану газового середовища у разі загорянь. Розглянутий метод оцінки кореляційної розмірності базується на обчисленні кореляційного інтегралу Грассбергера - Прокаччі, який застосовується до приростів стану газового середовища з використанням рухомого вікна фіксованої ширини. Проаналізовано динаміку кореляційної розмірності приростів стану газового середовища у разі ранніх загорянь спирту, паперу, деревини та текстилю в моделювальній камері. Встановлено, що для досліджуваного стану газового середовища за спалахів різних тестових матеріалів динаміка кореляційної розмірності знаходиться в межах 0,1 - 0,6. Відзначено, що даний факт свідчить про фрактальну структуру розглянутих приростів стану газового середовища в камері та її хаотичну динаміку за появи осередку загоряння тестових матеріалів. У цьому випадку фрактальна структура виявляється не однаковою, що свідчить про наявність "перехідного хаосу" щодо досліджуваних станів газового середовища. Встановлено, що поточні оцінки кореляційної розмірності приростів стану в момент загоряння матеріалів мають тенденцію різкого збільшення. Даний факт може бути використаний для надійного виявлення ранніх загорянь у приміщеннях. Показано, що прирості станів газового середовища в приміщеннях характеризують його як хаотичну динамічну систему з малою фрактальною розмірністю на відміну від традиційного підходу, який передбачає газове середовище або як детерміновану, або як випадкову систему.

Виконано аналіз раннього виявлення екологічної небезпеки в екосистемах на основі обчислення мір щодо поточної рекурентності їх станів. Запропоновано нові міри поточної рекурентності станів, що надають можливість використовувати їх для раннього виявлення екологічної небезпеки в екосистемах. Методи обчислення розглянутих мір базуються на поширенні відомої міри глобальної рекурентності на випадок обчислення мір поточної рекурентності в рухомих вікнах, прямокутної форми. У цьому випадку одна з запропонованих мір базується на реалізації руху вікна вздовж головної діагоналі рекуррентної діаграми станів. Інша міра базується на використанні рухомого вікна заданого розміру вздовж горизонтальної (вертикальної) вісі рекурентних діаграм. Це надало можливість отримати конструктивну поточну міру обчислення рекурентності для виявлення небезпечних станів в екосистемах на основі визначення часової локалізації нульової рекурентності станів за мінімальних розмірів рухомого вікна. Відповідно до запропонованих мір поточної рекурентності проаналізовано можливості раннього виявлення екологічної небезпеки для газового середовища з осередком займання спирту. Показано, що найбільш при- стосованою з розглянутих є віконна міра поточної рекурентності за горизонтального рухомого вікна малого розміру. Встановлено, що для такої міри розміри вікна повинні знаходитися в інтервалі від 5 x 5 до 15 x 15 відліків. У цьому випадку значення області - близькості для розглянутих станів повинні обиратися в інтервалі від 0,01 до 0,15. Теоретично та експериментально визначено, що вказана міра поточної рекурентності станів із горизонтально рухомим вікном може використовуватись як конструктивна поточна міра рекурентності для реалізації надійного раннього виявлення небезпечних станів у різних екосистемах.

Розроблено метод оперативного виявлення небезпечної забрудненості атмосфери міст, який базується на динамічних мірах рекурентності (повторюваності) станів вектора концентрацій забруднень. Новий науковий результат полягає в використанні нетрадиційної модифікації відомих мір рекурентності, що базується на динамічному віконному усередненні поточної рекурентності станів концентрації атмосферних забруднень. Один тип вікна має наростаючу в реальному часі вимірювань ширину. Інший тип використовує рухоме в часі вимірювань вікно прихованих дестабілізуючих факторів, що впливають на поточну концентрацію забруднень в пункті контролю. При цьому наголошується, що немає потреби враховувати традиційні метеорологічні чи інші умови у разі виявлення небезпечного забруднення атмосфери. Розроблений метод надає можливість оперативно виявляти не тільки явні, але і приховані небезпечні забруднення повітряного басейну міст і підвищувати тим самим результативність і своєчасність заходів щодо зниження шкідливого впливу забруднень атмосфери на населення і навколишнє середовище. При експериментальній перевірці методу в якості небезпечного забруднювача розглядався двоокис азоту. Експериментально встановлено, що динаміка концентрації двоокису азоту в атмосфері типової міської конфігурації має фрактальну структуру, що залежить від місць контролю забруднення. У цьому випадку для структур є характерною наявність елементів періодичної та екстремальної топологій тз різкими змінами динаміки. Встановлено, що модифіковані міри характеризують особливості конкретних структур і надає можливість виявляти не тільки явні, але й приховані небезпеки забруднення атмосфери. В даному експерименті динаміка модифікованих мір змінюється від нуля до 0,78 од. Показано, що максимальні значення мір належать інтервалу спостереження, який визначається 12 - 36 відліками. Встановлено, що в розглянутих пунктах контролю поточні концентрації двоокису азоту перевищували граничні концентрації в 2,75 - 4,5 разу, а допустимі максимально разові концентрації - в 1,3 - 2,1 разу. Визначено, що різкі зміни в динаміці модифікованих мір можуть слугувати індикатором не тільки явної, а й прихованої небезпечної забрудненості атмосфери міст.

Розроблено метод прогнозування рекурентності станів забруднення атмосферного повітря промислових міст на підставі використання модифікованої віконної міри. Новий науковий результат полягає в тому, що небезпечні стани атмосферних забруднень міст пропонується виявляти і прогнозувати не на основі прогнозу концентрації самих забруднень, а на прогнозі рекурентності стану концентрації забруднень атмосферного повітря. Запропонований метод прогнозу надає можливість оперативно прогнозувати не тільки явні, але і приховані небезпечні стани забруднення повітряного басейну промислових міст. Це забезпечує в цілому підвищення ефективності проведених заходів щодо попередження небезпечних забруднень атмосфери і навколишнього середовища. Результати експериментальної перевірки свідчать про працездатність запропонованого методу. Встановлено, що в тестовому інтервалі спостереження (між 12 - 36 моментом часу) виявлено різкі характерні зміни прогнозованої міри рекурентності стану. Відзначається, що такі зміни є провісниками прихованих подій, пов'язаних із небезпечними забрудненнями атмосферного повітря промислових міст. Експериментально встановлено, що більш точний прогноз забезпечується для горизонту прогнозу d = 1 (6 год.). Показано, що в даному випадку з метою забезпечення надійності прогнозування ламінарних станів у забрудненій атмосфері параметр згладжування повинен вибиратися не менше 0,8. Відзначається, що для прогнозування небезпечних станів забруднень атмосфери по динаміці прогнозу міри рекурентності стану не потрібно інформації про метеорологічні умови в момент прогнозу і в майбутньому. Це є головною відмітною ознакою і перевагою запропонованого методу прогнозу. Даний метод прогнозу виявляється інваріантним до міської конфігурації, типам стаціонарних і мобільних джерел забруднень, а також метеорологічних умов.

Індекс рубрикатора НБУВ: В161.618 + В213.1

Рубрики:

Динамічні системи

Математичні основи динаміки

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Д232.27

Рубрики:

Забруднення атмосфери. Метеорологічні умови забруднення

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Методи обчислення рекурентних діаграм на підставі вимірювання динаміки вектора станів у фазовому просторі на даний час широко використовуються для візуального та кількісного аналізу поведінки складних динамічних систем різної сфери. Однак ці методи, володіючи високими потенційними можливостями, не можуть безпосередньо використовуватися для оперативного обчислення рекурентних діаграм у реальному темпі вимірювань вектора станів з урахуванням нерегулярності вимірювань. Однією з причин цього є відсутність методу, здатного оперативно та досить достовірно відображати рекурентні стани реальних систем в рекурентних діаграмах у разі нерегулярних вимірів вектора станів. Запропоновано метод оперативного обчислення рекурентних діаграм за нерегулярних вимірів, заснований на науковому аналізі причин низької достовірності та неможливості оперативного обчислення рекурентних діаграм, а також пошуку та обгрунтуванні конструктивних методів їх усунення. До таких методів належать: поточне обчислення рекурентних діаграм; удосконалення фазового простору за рахунок введення операції скалярного добутку для векторів станів; адаптація порога рекурентності до результатів вимірювань. Процес поточного обчислення рекурентних діаграм засновано на використанні тільки поточних і попередніх вимірювань вектора станів системи. У запропонованому вдосконаленому фазовому просторі вдається узгодити 2 ключові чинники низької достовірності відображення рекурентних станів у діаграмах, пов'язаних із невизначеністю норми та порога рекурентності. Це надало можливість запропонувати метод адаптації порога для конічних областей рекурентності. У цьому випадку для забезпечення достовірного відображення рекурентних станів в діаграмах за умов нерегулярних вимірів вектора станів запропоновано використовувати під час обчислення 2 адаптивних порога з різними кутовими параметрами конусів рекурентності. Працездатність запропонованого оперативного методу обчислення рекурентних діаграм підтверджено та проілюстровано на прикладі нерегулярних вимірювань реальної динаміки вектора станів небезпечної забрудненості міської атмосфери.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д232.27

Рубрики:

Забруднення атмосфери. Метеорологічні умови забруднення

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ