Спосіб формування бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових атмосфери у задачі їх ідентифікації

Спосіб формування бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових атмосфери у задачі їх ідентифікації, за результатами гіперспектрального дистанційного зондування Землі, який включає: формування і оцінку за критерієм репрезентативності групи експертів; будування графопобудовником за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі; будування графопобудовником за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей; формування переліку газових складових за U 2 (19) 1 3 39575 клатури газових складових атмосфери. На четвертому етапі проводиться формування бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових за результатами появи газової складової в складі атмосфери. Порядок внесення спектральних характеристик пропускання відповідної газової складової до бази даних визначається фактом появи такої складової. Головна перевага способу - формування бази даних за результатами фізичного функціонування об’єкту спостереження. Втім, під час використання способу можуть не враховуватись газові складові, які відносяться до критичних режимів функціонування об’єктів (руйнування об’єкту то що), та не передбачено визначення та формування пріоритетів на поповнення бази даних газових складових атмосфери. Ці обмеження є суттєвим недоліком способу, оскільки для впевненої ідентифікації газової складової, як дешифрувальної ознаки об’єкту спостереження, база даних повинна містити спектральні характеристики пропускання такої складової. Крім того, об’єм бази даних (кількість спектральних характеристик газових складових) під час використання способу є необмеженим. У способі формування бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових атмосфери описаному в [4], недолік неврахування газових складових, які відносяться до критичних режимів функціонування об’єктів спостереження, та не визначення пріоритетів на поповнення бази даних усун уто. Він є найбільш близьким до способу, що заявляється, і прийнятий за прототип корисної моделі. Даний спосіб включає: 1) формування та оцінка за критерієм репрезентативності групи експертів; 2) будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі; 3) будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей; 4) формування переліку газових складових за даними функціональної моделі та ієрархічного графа цілей; 5) складання та розрахунок матриці суміжності газових складових за методом попарного порівняння; 6) визначення за допомогою персональної обчислювальної машини пріоритету кожної з газових складових за даними матриці суміжності; 7) формування бази даних газових складових за матрицею суміжності та величиною пріоритету. На першому етапі проводиться формування та оцінка за критерієм репрезентативності гр упи експертів. Формування експертної групи передбачає виконання таких умов: високий рівень загальної ерудиції експертів; глибокі знання в області, що оцінюється; здібність до адекватного відображення досліджуваного об’єкту; наявність академічного наукового інтересу до аспектів проблеми, що оцінюється, за відсутності практичної зацікавленості; наявність виробничого і (або) дослідницького досвіду з проблеми, що оцінюється; відносна стабільність оцінок в часі за відсутності додаткової інформації, яка може впливати на оцінку. На другому етапі проводиться будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі. Функціональна модель (ФМ) - це ло гіко-графічне зображення складу та взаємозв’язків об’єкта дослідження, які 4 отримані за рахунок їх формулювання і встановлення порядку підпорядкованості [5]. Кожна функція має в ній свій індекс, який відображає належність до відповідного рівня ФМ і порядковий номер. На третьому етапі проводиться будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей. На четвертому етапі групою експертів проводиться формування переліку газових складових. Перелік газових складових формується за даними ФМ та ієрархічного графа цілей. На п’ятому етапі розраховується матриця суміжності газових складових за методом попарного порівняння. Суть методу попарного порівняння полягає в такому: проводиться одночасне послідовне порівняння двох газових складових, тобто визначається три можливих стани окремої складової - «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює»; будується квадратнаматриця суміжності, де «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює» замінюють коефіцієнтами переваги. На шостому етапі розраховується за допомогою персональної обчислювальної машини пріоритет кожної з газових складових за матрицею суміжності. На сьомому етапі формується база даних спектральних характеристик газових складових за матрицею суміжності та величиною пріоритету. Порядок внесення спектральних характеристик відповідної газової складової до бази даних визначається значенням пріоритету такої складової. Недоліком даного способу є те, що об’єм бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових має необмежений розмір, при чому кожне додаткове включення газової складової до бази даних потребує фізичних вимірювань їх спектральних характеристик пропускання, що для отруйних, вибухонебезпечних газів викликає певні труднощі. Вищезазначена особливість призводить до того, що спосіб-прототип має обмежені можливості застосування завдяки небезпечному одержанню спектральних характеристик пропускання отруйних та вибухонебезпечних газових складових. Задачею корисної моделі є формування повної бази даних спектральних характеристик газових складових, як дешифрувальної ознаки об’єкту спостереження, та раціональне обмеження її об’єму. Поставлена задача вирішена за рахунок того, що у способі, який пропонується визначаються функціональні групи - споріднені з’єднання в хімічній структурі газових складових. Спосіб включає: 1) формування і оцінка за критерієм репрезентативності групи експертів; 2) будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі; 3) будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей; 4) формування переліку газових складових за даними функціональної моделі та ієрархічного графа цілей; 5) складання та розрахунок матриці суміжності газових складових за методом попарного порівняння; 6) визначення за допомогою персональної обчислювальної машини пріоритету кожної з газових складових за даними матриці суміжності; 7) формування функціональних груп газових складових за наявністю споріднених з’єднань; 8) форму 5 39575 вання бази даних газових складових за наявністю функціональних груп та величиною пріоритету. На першому етапі проводиться формування і оцінка за критерієм репрезентативності групи експертів. Формування експертної групи передбачає виконання таких умов: високий рівень загальної ерудиції експертів; глибокі знання в області, що оцінюється; здібність до адекватного відображення досліджуваного об’єкту; наявність академічного наукового інтересу до аспектів проблеми, що оцінюється, за відсутності практичної зацікавленості; наявність виробничого і (або) дослідницького досвіду з проблеми, що оцінюється; відносна стабільність оцінок в часі за відсутності додаткової інформації, яка може впливати на оцінку. На другому етапі проводиться будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі. На третьому етапі проводиться будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей. На четвертому етапі проводиться формування переліку газових складових. Перелік газових складових формується за даними функціональної моделі та ієрархічного графа цілей за умовою: ìn = Q n. ex = minQ g, ex , Q gr, ex Ì Q g, ex ; ï ï UQ gr ,ex , r = 1,rзад (1) í r ï , , ïPr,i ¹ Pr , r = 1 rзад , i = 1 n, î де Qg,ех - множина, яка складається з кількості газових складових, що можуть змінювати стан атмосфери, отримана за рахунок експертного опитування по rзад об’єктам спостереження; Qgr,ex - множина, яка складається з кількості газових складових, що можуть змінювати стан атмосфери, отримана за рахунок експертного опитування по r-му об’єкту спостереження; Qn,ex - множина, що є необхідною і достатньою для дослідження rзад об’єктів спостереження і раціональною з точки зору розмірів бази; rзад - кількість об’єктів спостереження; Рr,і - імовірність дешифрування г-го об’єкта спостереження за умовою використання i-ої газової складової як його дешифрувальної ознаки; Рr - імовірність дешифрування r-го об’єкта спостереження; n - кількість газових складових. Даний вираз передбачає можливість врахування повторювань газових складових у випадках їх прояву на різних об’єктах спостереження. Вираз (1) ілюструється Фіг.1, де приведено пояснювальний рисунок та відповідними літерами визначені такі множини: Qn,ex - множина, що є необхідною і достатньою для дослідження гзад об’єктів спостереження і раціональною з точки зору розмірів бази; Qg,ex - множина, яка складається з кількості газових складових, що можуть змінювати стан атмосфери, отримана за рахунок експертного опитування по rзад об’єктам спостереження; Qgr,ex - множина, яка складається з кількості газових складових, що можуть змінювати стан атмосфери, отримана за рахунок експертного опитування по r-му об’єкту спостереження; 6 Qg(r-1),ex - множина, яка складається з кількості газових складових, що можуть змінювати стан атмосфери, отримана за рахунок експертного опитування по (r-1)-му об’єкту спостереження; Qp - множина, яка сформована за рахунок перетинання множин Qgr,ex і Qg(r-1),ex. На п’ятому етапі складається та розраховується матриця суміжності газових складових за методом попарного порівняння. Суть методу попарного порівняння полягає в такому: проводиться одночасне послідовне порівняння двох газових складових, тобто визначається три можливих стани окремої складової - «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює»; будується квадратна матриця суміжності, де «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює» замінюють коефіцієнтами переваги. На шостому етапі визначається з допомогою персональної обчислювальної машини пріоритет кожної з газових складових за даними матриці суміжності за умовою: rзад b i = å b ¢r r¢ ir , (2) r=1 де b¢ r - відносний пріоритет (значущість) r-го об’єкту спостереження; c ir - відносний пріоритет i-ої газової складової за r-им об’єктом спостереження. На сьомому етапі формуються функціональні групи газових складових при наявності споріднених з’єднань за умовою: ìn в из = Q n,sp = min Q n, ex , Q gr ,ex Ì Q g, ex ; ï n,, n =1 n виз , (3) í ï , , îPr, n ¹ Pr , r = 1 rзад , n = 1 n в из, де n виз - визначена кількість функціональних груп; Q Rn - множина, що відповідає фіксованій смузі поглинання, яка характерна для відповідної групи газових складових; Qn,sp - множина, що є необхідною і достатньою для дослідження rзад об’єктів спостереження і раціональною з точки зору розмірів бази; Pr,n - імовірність дешифрування r-ого об’єкта спостереження за умовою використання n-ої функціональної групи, як його дешифрувальної ознаки. Умова (3) передбачає поділення загальної кількості газових складових на підмножини за ознакою наявності в їх хімічній структурі споріднених з’єднань - функціональних груп. На восьмому етапі формується база даних спектральних характеристик пропускання газових складових за наявністю функціональних груп та величиною пріоритету. Порядок внесення спектральних характеристик відповідної функціональної групи до бази даних визначається значенням пріоритету такої групи. Спосіб корисної моделі ілюструється Фіг.2, де приведено блок-схему операцій, що складають спосіб, та за цифрами відмічено послідовність їх виконання: 1 - формування та оцінка за критерієм репрезентативності групи експертів; 2 - група експертів; 3 - будування графопобудувачем за дани 7 39575 ми репрезентативної групи експертів функціональної моделі; 4 - будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей; 5 - формування переліку газових складових за даними функціональної моделі та ієрархічного графа цілей; 6 - складання матриці суміжності газових складових за методом попарного порівняння; 7 - визначення за допомогою персональної обчислювальної машини пріоритету кожної з газових складових за даними матриці суміжності; 8 - формування функціональних груп газових складових за наявністю споріднених з’єднань; 9 - формування бази даних газових складових за наявністю функціональних груп та величиною пріоритету. Реалізація способу (Фіг.2) починається з певних попередніх операцій, а саме - під час формування групи експертів, визначають їх компетентність за умовою: k aj + k обj (4) k kj = k a max + k об max де kkj - коефіцієнт компетентності j-го експерта; kaj - коефіцієнт аргументації j-го експерта; koбj - коефіцієнт обізнаності j-го експерта; kа max - максимальне значення коефіцієнта аргументації; kоб max - максимальне значення коефіцієнта обізнаності; та визначають репрезентативність експертної групи за умовою: 1 m å k kj , 0,67£W£1 (умова активності) (5) m j =1 де W- коефіцієнт репрезентативності; m - кількість експертів. Наступним етапом є будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів функціональної моделі (поз. 3). Вона будується таким чином, щоб кожна функція в ній мала свій індекс, тобто відображала належність до відповідного рівня функціональної моделі і порядкового номеру. Наступним етапом є будування графопобудувачем за даними репрезентативної групи експертів ієрархічного графа цілей (поз. 4). Формування переліку газових складових проводиться за даним функціональної моделі та ієрархічного графа цілей репрезентативною групою експертів (поз. 5) з урахуванням умови (1). Складання матриці суміжності газових складоW = 8 вих проводиться за методом попарного порівняння (поз. 6). Суть методу попарного порівняння полягає в такому: проводиться одночасне послідовне порівняння двох газових складових, тобто визначається три можливих стани окремої складової «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює»; будується квадратна матриця суміжності, де «краще», «гірше» і «приблизно дорівнює» замінюють коефіцієнтами переваги - «1,5», «0,5» і «1,0» відповідно. Визначення за допомогою персональної обчислювальної машини пріоритету кожної з газових складових (поз. 7) проводиться за матрицею суміжності з урахуванням умови (2). Формування функціональних груп газових складових (поз. 8) проводиться шляхом пошуку споріднених з’єднань за умовою (3). Формування бази даних газових складових (поз. 9) проводиться шляхом внесення спектральних характеристик пропускання функціональної групи за значенням пріоритету такої групи. Можливості формування повної бази даних спектральних характеристик пропускання газових складових, що заявляється, у порівнянні з прототипом досягається шляхом виключення повторювань окремих газових складових, як дешифрувальної ознаки для декількох об’єктів спостереження, та раціонального зменшення об’єму бази даних за рахунок визначення споріднених з’єднань - функціональних груп. Література: 1. Козинцев В.И. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды// Козинцев В.И., Орлов В.М., Белов М.Л. -М.: МГТУ, 2002. - 528с. 2. Топольницький М.В. Алгоритм виявлення газових складових атмосфери за результатами гіперспектрального дистанційного зондування / М.В. Топольницький // Труди академії. - 2008. -№3 (83). - с. 124-134. 3. Зуев В.Е. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы / Зуев В.Е., Комаров B.C. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 264с. 4. Морозов А.Н. Основы фурьеспектрорадиометрии / Морозов А.Н., Светличный СИ. -М.: Наука, 2006. - 275с. - прототип. 5. Баранов В.А. Общие вопросы методологии и научного прогнозирования / Баранов В.А. -X.: Наука, 1992. - 230с. 9 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 39575 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601