CC BY
12
systematic analysis of the functioning of protected areas designed automation technology resource use. The synthesized hierarchical scheme for monitoring forest, water, soil and antropogenizations ecosystems, provides a definition of existing and projected connections and influences, to ensure sustainable development of the West Polesie ecological network.
Keywords: reserve areas, sustainable development, environmental monitoring, geographic information systems, management system.
УДК 004.[832.3+942] Acnip. М.В. Машевська1 - НУ "Л.ьвыська полтехтка "
НЕЙРОНЕЧ1ТКЕ МОДЕЛЮВАННЯ В ЗАДАЧАХ ОЦ1НЮВАННЯ ЯКОСТ1 ЖИТЛА НА ОСНОВ1 ПОКАЗНИКА Р1ВНЯ Б1ОКОМФОРТУ
Розглянуто основш фактори, що впливають на вщчуття комфорту людини в бу-динку. Оцшено сшввщношення, характер та межi впливу цих чинникiв на ягасть житлового середовища. Описано процес побудови в анаттичному виглядi сшввщношення, що характеризуе вiдповiдний взаемозв'язок, методами нейронечiткого та нейроматематичного моделювання. Розробленi моделi дають змогу прогнозувати та розраховувати рiвень бiокомфорту людини в житловому середовища
Ключовг слова: бюкомфорт, житлове середовище, контролер нечетко! логiки, нейромодель.
Вступ. Визначення людиною поняття "комфортне житло" мае досить шдив1дуальний характер. Натомють, якщо вщкинути суб'ективш оцшки та вподобання потенцшних мешканщв, можна визначити низку основних пара-метр1в, що характеризують яюсть житлового середовища. Врахування таких показниюв на етапах проектування, реконструкцп або експертного оцшюван-ня вартост житла дасть змогу передбачити показник р1вня бюкомфорту за-лежно в1д об'ективних характеристик будинку.
Постановка проблеми. Дотримання нормативних вимог та стандарта щодо проектування житлового будинку не гарантуе забезпечення високо-го р1вня комфорту проживання людини. У робот [1] (P.O. Fanger) описано модель, що дае змогу на основ! показниюв мжроктмату, 1золяцшних характеристик одягу людини та 11 ф1зично! активност отримати прогнозовану оцшку р1вня комфорту в примщенш PMV (predicted mean vote). Осюльки тд час перебування в житловому середовищ1 людина самостшно може регулю-вати стетнь 1зольованосп тша одягом вщповщно до важкост виконувано1 роботи, то в процеш оцшювання р1вня комфорту на етат проектування (чи реконструкцп) будинку можна знехтувати врахуванням показниюв обох па-раметр1в. Оргашзм людини, що перебувае в "замкнутому середовищГ реагуе не лише на зм1ну значень показниюв мжрокшмату, зокрема теплових, але й на вплив шших зовшшшх чинниюв. Таю показники, як стетнь природного осв1тлення та шсоляцп житлового середовища, також вдаграють ютотну роль в оцтювант р1вня бюкомфорту. Споруда (чи окреме примщення) сама по соб1 взаемод1е з людським оргашзмом на енергетичному р1вт. Характер та-ко1 взаемоди описуеться показником питомо1 енергетики впливу на бюлопч-ний об'ект [2]. !нтенсившсть впливу цих чинниюв на вщчуття людини зале-
1 Наук. к^вник: проф. P.O. Ткаченко, д-р тexн. наук - НУ" Львiвcька полн^тка"
жить вщ чутливост opraHÍ3My до ди зовшшшх факторiв, а також вiд режиму проживання, тобто степеня активносп та часу перебування в житлг Для вра-хування ди факторiв, що впливають на людський оргашзм, i ощнюються в межах критерпв "комфорт-дискомфорт", потрiбно розробити модель, що дасть змогу на етат проектування (чи експлуатацп) житлового середовища оцiнити його яюсть вiдповiдно до показника рiвня бiокомфортy PLC (predicted level of comfort). Використання методiв та засобiв нечiткого та нейроне-чггкого моделювання для задачi оцiнювання параметрiв бiокомфортy е метою проведених дослщжень.
Параметри, що визначають р1вень бюкомфорту людини в прим1-iiiciiiií, 1х меж1 та сп1вв1дношення показник1в. Процес ощнювання рiвня комфорту середовища проживання вщбуваеться шляхом спiввiдношення низки параметрiв, зокрема: якостi мiкроклiматy, площi та кiлькостi свгтлопрозо-рих елеменпв та необхiдного рiвня шсоляцп житлових юмнат з урахуванням показника тепловтрат через вжна, рiвня шумо- та звyкоiзоляцil, показника компактностi будинку та ш. Безперечно, показник комфорту житла залежить не лише вiд степеня вщповщносп параметрiв будинку нормативним вимо-гам, але й вiд особистих характеристик та побажань потенцшних мешканщв. Органiзм людини, що тривалий час перебувае у певному середовищi, безпе-рервно реагуе та пристосовуеться до впливу змш значень зовнiшнiх чинни-кiв. Степiнь збереження рiвноваги систем оргашзму в моделi "людина - при-мiщення" характеризуеться показником бюкомфорту. Основними чинниками середовища, що впливають на рiвень бюкомфорту, е: параметри мжроктма-ту, стетнь природного освггаення кiмнат та показник бiоенергетичного впливу будинку на людський оргашзм.
Зпдно з iнформацiею, подано1 в науковш лiтератyрi, зокрема [3], оп-тимальними вважають такi значення параметрiв мжроктмату:
• температура повiтря (Tin) в межах 20-22 °С для холодного перюду i 22-24 °С для теплого перiодy року;
• перепад мiж температурами повiтря та внутршшх поверхонь ст1н (At) - не бшьше нiж 3 °С;
• вiдносна вологiсть повiтря (ф) в межах 50-60 %.
Визначальними параметрами, що характеризують рiвень теплового мжрокшмату житлового середовища, е температура повиря i середня температура внутршшх поверхонь огороджувальних констрyкцiй (ОК). Рiвнiсть цих двох показникiв е щеальним спiввiдношенням, проте в реальних будин-ках такi умови складно забезпечити. Зовшшш огороджyвальнi стiни (ЗОС), що характеризуются низкою теплофiзичних параметрiв, ззовнi пiддаються впливам клiматичних факторiв. Чим нижчим е опiр теплопровщносп ЗОС, тим сильнiшою буде залежнють температур на внyтрiшнiй та зовшшнш ll по-верхнях. Кожен додатковий 1 °С рiзницi мiж температурами повпря i внут-рiшнiх поверхонь огороджень попршуе рiвень теплового мжрокшмату при-мiщення. Коли температура внутршньо! поверхнi ЗОС вiдрiзняеться вiд тем-ператури повiтря бiльше нiж на 3 °С, бiля поверхонь стш спостерiгають яви-ще перерозподiлy тепла, що супроводжуеться збiльшенням швидкостi цирку-ляцп повiтря i викликае вщчуття протягу в примiщеннi.
Якiсть мжроктмагу характеризуегься також показником вiдносноï во-логост повiгря. Змiни значень цього параметра залежать вiд опору паропро-никносгi зовнiшнiх ЗОС га якост сисгеми венгиляцiï будинку. Чим вищим е значення вiдносноï вологосгi в примщенш за однаковоï гемперагури повиря, гим вищою е гемперагура гочки роси. У холодний перюд за недосгагнього опору геплопровщносп ЗОС показник гемперагури внугршшх поверхонь сгiн часго е нижчим за визначене значення гемперагури гочки роси. Таю умови призводягь до випадання конденсагу га згодом до угворення плюняви на поверхнях сгш, що вкрай негагивно впливае на здоров'я мешканщв.
Сприйняггя людиною рiвня бюкомфорту жиглового середовища зале-жигь не лише вщ конкрегних значень вщповщних параме^в, але й вiд сшв-вiдношень цих показниюв. Так, зi збiльшенням гемперагури повггря у примь щеннi комфоргними вважаються умови з меншим показником вiдносноï во-логосгi [3]. Вщповщно до санiгарних вимог, показник вiдносноï вологосгi може змiнювагись в межах 40-75 % [3].
Для нормального функцюнування оргашзму га зменшення напружен-ня нервовоï сисгеми прогягом дня людина повинна огримуваги досгагню юльюсгь свiгловоï енергiï. Сгепiнь природного освгглення жиглового середовища залежигь передушм вiд коефiцiенга вiдкригосгi геригорiï, площi свгг-лопрозорих елеменгiв га ïх орiенгацiï за сторонами свiгу. Наприклад, для Львiвськоï обл. кiлькiсгь сумарноï сонячноï радiацiï, спрямованоï на верти-кальну поверхню, збiльшуегься з швшчного заходу на пiвденний схiд. За об-меженоï вiдкригосгi геригорiï будинок необхщно проекгуваги га розрахову-ваги розмщення i площу свiглопрозорих елеменпв таким чином, щоб забез-печиги максимально можливий рiвень денного освилення жиглових примь щень, конгролюючи при цьому показник гепловграг у холодний перюд року.
Зпдно з [2], в системi "людина - примщення" ("людина - будiвля") вiдбуваеться постшнш енергегичний обмiн, що впливае на яюсть проживання людини га стан ïï здоров'я. Характер га погужнюгь такого обм^ визнача-ються енергегичними коефiцiенгами [2] га залежать вщ маси i гемперагури тша людини, маси споруди, рiзницi температур на зовшшнш га внугрiшнiй поверхнях ЗОС га ш. Iнгенсивнiсгь впливу жиглового середовища на людину характеризуегься показником питомоï щiльносгi бiоенергегичного потоку [2]. Чим вищим е цей показник, гим бшьш негативш наслщки для здоров'я людини мае гака взаемодiя, що спочагку проявляеться через вщчуття дискомфорту перебування в "замкнутому середовищГ'. Допусгимi межi питомоï щiльносгi бiоенергегичного потоку сгановлягь 200-500 Вт/кг [2]. До показника 1500 Вт/кг людський оргашзм здаген самостшно регулювати штенсив-нiсгь енергегичного обм^. Нагомiсгь, перевищення значення пигомого на-вангаження порогу в 2500 Вт/кг сигналiзують про негагивний вплив будинку на оргашзм людини, що характеризуегься порушенням обмшу речовин на кттинному рiвнi [2]. Осюльки показник пигомоï енергегики впливу залежигь вщ маси гiла людини, го в одному i тому ж житловому середовищi бюенерге-гичне навангаження на оргашзм дигини, порiвняно з дорослим, буде набага-го вищим [2].
Стетнь впливу napaMeTpiB якостi житла на людину залежить, насам-перед, вiд piBM чутливостi 11 органiзму до ди та змш значень цих чинникiв. Дiти е чутливiшi до попршення умов теплового мжроктмату, а також потребуюсь вищого показника природного освгтлення житлових примiщень. Не менш важливим чинником, що регулюе ощнку бiокомфорту житлового при-мщення, е режим проживання людини в цьому середовищь Чим бiльше часу людина проводить в житл^ тим сильшше 11 органiзм пiддаеться впливам па-раметрiв цього середовища i тим ретельшше повиннi бути забезпеченi умови високо1 якостi житлових примiщень.
Розроблення та тестування нейронечггких моделей для оцшюван-ня р1вня б1окомфорту. На першому етапi розроблено контролер нечико! ло-гiки [4] для отримання значень показника рiвня бiокомфорту на основi вхвд-них даних. Для побудови нечико! моделi введено таю вхвдш лiнгвiстичнi змiннi: температура повпря всерединi примiщення (Tin), перепад температур повпря i внутршньо! поверхнi огороджувальних конструкцiй (At), показник вщносно! вологост (ф), рiвень чутливостi (sens), режим проживання (res), стетнь природного освплення (insol), питома енергетика впливу примщення на людину (у). Вихвдним параметром контролера е прогнозований рiвень бь окомфорту житлового середовища (PLC). Базу правил розроблено на основi узагальнених знань щодо умов бюкомфорту перебування людини в житлово-му середовищi. Таку iнформацiю отримують шляхом стввщношення пара-метрiв iз нормативних вимог щодо проектування (та експлуатаци) житлових будинюв, висновкiв квалiфiкованих експерпв щодо умов покращення якостi проживання та опитувань самих мешканщв. Вхщними значеннями контролера були дат, отримаш вiд спостережень за змшами внутрiшнiх параметрiв кiлькох реальних малоповерхових житлових будинкiв. Внаслiдок тестування контролера отримано набiр числових залежностей значень вихщного параметра, тобто показника рiвня бiокомфорту, вiд вхiдних параметрiв, що харак-теризують певне житлове середовище. Значення показника PLC змшюються в межах вiд 1 до 5. Ощнка "1" характеризуе найнижчий рiвень бiокомфорту в житлi, а "5" - вщповщае найвищому показнику якостi середовища для проживання людини.
На етат розроблення математично! моделi для оцiнювання рiвня бь окомфорту в житловому середовищi використано генератор формул Sapien-ware.Equo 2.1, функцюнування якого базуеться на навчанш нейроподiбноl структури машини геометричних перетворень [5]. Для навчання та тестування нейромоделi функщею активацп (тип генеровано! формули) вибрано сте-пеневий полшом Паде. Внаслiдок використання генератора формул отримано коефщенти моделi (1):
ao+ X ак■ Xi+ X xj' X ак■ Xi
PLC =--th*--, k = 1..35, (1)
1+ X bk■ Xi+ X Xj■ X bk■ Xi v '
i=1..Nk j=1..N i=j..N,k
де: PLC - показник рiвня бюкомфорту; X = {Tin, At, ф, sens, res, y, insol} - вектор параметрiв житлового середовища, що визначають рiвень бюкомфорту; 5. Тнформацшш технолог'' галузi 345
N - кшьюсть napaMeTpiB модет, N = 7; (a0, a1 ... ak) i (b1, b2 ... bk) - коефь щенти полiному Паде, k = 35.
Для тдвищення T04H0CTi навчання та onraMi3a^i отриманих коефь цiентiв моделi застосовано метод 'Чмггацп вiдпалу металу". Критерiем для оп-тимiзацп вибрано похибку MSE (mean square error - середня квадратична по-хибка). Процес оптимiзацil на завершальнiй стадп зображено на рисунку.
Рис. Активний стан перебку процедури оптимйацй
Параметрами опташзацп (рис.) е: температура на^вання - 4700000; час охолодження - 27; кшьюсть iтерацiй перед охолодженням - 23; максимальна кшьюсть ггерацш - 1500. Використаний метод з вщповщними параметрами дав змогу зменшити похибку MAPE (mean absolute percent error - середня абсолютна процентна похибка) до 8,8 %.
Не менш важливим фактором, вщ якого залежить ощнювання люди-ною якостi житла, е режим проживання, що характеризуеться степенем ак-тивностi та тривалiстю перебування в "замкнутому середовищГ'. Для розроб-лення моделi, що характеризуе вщповщну залежнiсть, використано описаний ранiше алгоритм нейронечикого моделювання. У процесi навчання нейромо-делi вибрано функцiю активацп у виглядi лiнiйного полiному Паде. Внасль док генерування формули отримано стввщношення у виглядi (2):
a0 + a1 ■ TS + a2 ■ Ac
res =-, (2)
1 + b1■ TS + b2 ■ Ac
де: res - показник режиму проживання; TS - тривалють перебування людини в житловому середовищi, год.; Ac - стетнь активностi людини; (a0, a1, a2) i (b1, b2) - коефщенти полiному Паде: a0 = -0,81; a1 = 0,485; a2 = -3,483; b1 = 0,1067; b2 = -1,017.
На основi спiввiдношення (2) отримуемо: якщо час перебування людини у житловому середовищi приблизно дорiвнюе 15 год i степiнь активнос-тi е середшм (сидяча робота, навчання тощо), то показник res приймаеться рiвним 2,25, що характеризуе 2-й режим проживання. Результати використан-
ня розроблених моделей для оцшювання р1вня бюкомфорту житлового сере-довища в процеш його експлуатацп наведено в таблищ.
Табл. Результата оцшювання pieня бюкомфорту в малоповерхових будинках
Tin, °С
A t, °С
%
Вт/кг
insol
18,5
2,2
72
1970
0,15
17
3,5
69
0,5
1274
0,31
19
0,5
57
0,5
220
0,34
24
1,3
69
262
0,31
20
1,5
47
0,5
289
0,23
25
0,5
42
392
0,23
sens
res
0
1
1
Висновки. Використання розроблених моделей дае змогу на основi вхщних даних, що описують параметри внутрiшнього середовища малоповерхових будинкiв, вiдповiдно до режиму перебування людей всередиш та степеня 1х чутливостi до впливу зовшшшх чинникiв мiкроклiмату, отримати значення ощнки рiвня бiокомфорту житла для реальних мешканцiв (або пев-ного 1х класу). Обчислення такого показника на етат перевiрки проекту бу-динку дае змогу оцiнити загальний рiвень комфорту проектованого житлового середовища. Аналiз показника рiвня бюкомфорту на етат оцшювання вар-тосп житла допоможе з бiльшою точшстю визначити категорiю об'екта неру-хомого майна вщповщно до забезпечення в ньому оптимальних умов для проживання людини.
Лтратура
1. Fanger P.O. Thermal Comfort / P.O. Fanger. - New York : McGraw-Hill Book Company, 1972. - 244 p.
2. Кузич Р.В. Розрахункова категс^я - бюенергетичний комфорт // Будуемо шакше : на-ук.-попул. журнал. - Львiв : Изд-во "1нтер-Вокс". - 2004. - № 4. - С. 33-36.
3. Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика / В. Блази. - М. : Изд-во "Техносфера", 2004. - 480 с.
4. Ткаченко Р. Розроблення контролера нечетко! лопки для прогнозування рiвня бюкомфорту перебування людини в житловому середовищi / Р. Ткаченко, М. Машевська // Матер> али V Мiжнародно! конф. молодих вчених "Комп'ютерш науки та iнженерiя" (CSE 2011), (Львiв, 24-26 листопада 2011 р.). - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полiтехнiка", 2011. - С. 62-63.
5. Equo // Керiвництво користувача. - Львiв : Sapienware Corporation, 2009. - 27 с.
Машевская М.В. Нейронечеткое моделирование в задачах оценивания качества жилья на основе показателя уровня биокомфорта
Рассмотрены основные факторы, что влияют на ощущение комфорта человека в здании. Оценены соотношение, характер и границы влияния этих факторов на качество жилищной среды. Описан процесс построения в аналитической форме соотношения, что характеризует соответствующую взаимосвязь, методами нейронечет-кого и нейроматематического моделирования. Разработанные модели позволяют прогнозировать и рассчитывать уровень биокомфорта человека в жилищной среде.
Ключевые слова: биокомфорт, жилищная среда, контролер нечеткой логики, нейромодель.
Mashevska M. V. Neuro-fuzzy modelling in the task of evaluating the quality of the dwelling on the basis of the index of biocomfort level
Basic factors which influence on feeling of comfort of a man in the dwelling are considered. Correlation, character and intervals of influencing of these factors on quality of
dwelling environment are evaluated. The process of constructing the relations in analytical form, which characterizes the corresponding correlation, by the method of neuro-fuzzy and neuro-mathematical modelling are described. The created models allow to forecast and to calculate the level of biocomfort of a man in the dwelling environment.
Keywords: biocomfort, dwelling environment, controller of fuzzy logic, neuromodel.
УДК 656.13.01 Магктр М.Б. ШдЯрський; О.В. Глеба;
доц. Ю.Р. Оленюк, канд. техн. наук - Львiвський ДУ БЖД
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТРИВАЛОСТ1 СВ1ТЛОФОРНИХ ЦИКЛ1В З МЕТОЮ ОПТИМ1ЗАЩ1 ЧАСОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Зростання кшькосп автотранспортних засобiв за останш роки призвело до пе-ревантаження ними вулично-дорожньо! мережу що, своею чергою, вимагае вщповщ-ного розрахунку св^лофорних режимiв. Проведений аналiз проблеми мiшмiзацil зат-римок транспорту у мютах виявив необхщшсть розроблення зручно! методики виз-начення величин затримок транспорту на регульованих перехрестях. Застосовано системний тдхвд до дослiдження затримок транспорту, починаючи з розрахунку циклу св^лофорного регулювання, що дасть змогу оптимiзувати пере!зд перехресть.
Ключовг слова: транспорт, регульоваш перехрестя, оптимiзацiя свiтлофорних ци^в.
Постановка проблеми. Визначення кращого вар1анта схеми пофазно-го роз'!зду на основ1 оцшки ефективносп свгглофорного регулювання зумов-лений юнуванням декшькох способ1в вир1шення окремих завдань. Пошук вщповда продиктований прюритетними величинами дорожнього руху, що висуваються перед дослщженням. Наприклад, пропуск шшоход1в через про-!зну частину може здшснюватися протягом фази регулювання або протягом двох фаз з використанням остр1вця безпеки. У першому випадку затримка т-шоход1в менша, але може виникнути необхщнють у коригування циклу регулювання. Необхщно дослщити цю проблему.
Правоповоротш потоки можна пропускати незалежно вщ транспортних засоб1в, як1 рухаються в прямому напрямку. Це дае змогу виршити ви-конання правого повороту протягом усього циклу, тобто повшстю усунути затримки правоповоротних транспортних засоб1в. У цьому випадку тран-спортш засоби, що рухаються в прямому напрямку, можуть використовувати меншу кшьюсть смуг руху. Це може привести до збшьшення фазового коефь щента вщповщно! фази, що, своею чергою, призводить до зростання циклу регулювання та збшьшення затримок транспортних засоб1в на шших шдхо-дах до перехрестя.
Для л1воповоротних потоюв бшьш вдалим е вар1ант планування, за якого передбачаеться спещальне мюце на перехресп, де л1воповоротш тран-спортш засоби могли б нагромаджуватися в оч1куванш можливост про!зду, не блокуючи рух в шших напрямках, дозволено! в цш фаз1. Методику розрахунку тривалосп циклу 1 його елеменлв запропонував англшський дослщник Ф. Вебстер. Вона отримала достатню практичну перев1рку в реальних умовах руху 1 широко використовуеться для шженерних розрахунюв у багатьох кра-!нах св1ту. Для 1зольованого перехрестя характерним е випадкове прибуття
