Построение мультиагентной информационной модели процесса реабилитации человека после травмы Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.67

НЕСТРУГИНА ЕС., к.т.н. (ГОУ ВПО «ДонНУ»), ЧИЧИКАЛО Н И., д.т.н. НТУУ «КПИ им. И. Сикорского»), ЛАРИНА ЕЮ. к.т.н. НТУУ «КПИ им. И. Сикорского»).

Построение мультиагентной информационной модели процесса реабилитации человека после травмы

Nestrugina E.S., Cand. Sci. (Tech.) (DNU),

Chichikalo N.I., Dr. Sci. (Tech.), (NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"), LARINA E.U., Cand. Sci. (Tech.) (NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute")

A multi-agent informational model's construction of a process of human rehabilitation after injury

Введение

В настоящее время актуальность проблемы травматизма растет, в частности для нашего региона в связи с военными действиями эта проблема сейчас особенно актуальна. Рост количества травм и масштабов травматизма побуждают искать новые решения проблемы защиты населения от неблагоприятных ситуаций, приводящих к травматизму, предвидеть будущие опасности и угрозы, развивать методы их прогноза, предотвращения и реабилитации после травмы. Сложность решения данной проблемы заключается в ее многогранности, так как требует рассмотрения в комплексе различных аспектов: информационных, технических, организационных, кадровых,

управленческих, психологических,

социально-экономических и т.д.

Совместное рассмотрение этих проблем требует разработки новых концепций с использованием современных достижений науки. Разработка научных основ поведения и организации управляемых сложных систем в экстремальных ситуациях является одной из важнейших научных проблем [1].

Одним из основных направлений повышения оперативности,

обоснованности, надежности и качества принятия управленческих решений по реабилитационным процессам является разработка информационных технологий поддержки принятия решений на основе автоматизации процессов управления силами и средствами, предназначенными для реабилитации человека после травмы. Особенностью данных информационных технологий является необходимость обеспечения эффективного и адекватного моделирования развития динамических процессов [1].

Моделирование, в силу своей универсальности и высокой

эффективности, является признанным методом проектирования, оптимизации, анализа и синтеза сложных динамических систем, часто функционирующих в условиях неопределенности при описании объекта управления, внешней среды или алгоритмов управления. В данном случае предвидение возможных путей развития ситуаций и использование этих знаний при управлении процессом реабилитации человека после травмы особенно важны. Моделирование позволяет значительно повысить эффективность управления за счет возможности анализа изменения свойств объекта при выборе управляющих воздействий [1].

Основная задача моделирования динамически развивающихся

реабилитационных процессов состоит:

- во всестороннем изучении и описании данных процессов как сложного объекта управления;

- в выявлении характеристик системы управления;

- в анализе подсистем разного уровня и всей системы в целом при взаимодействии с внешней средой и другими подсистемами в процессе достижения основной цели - реабилитации человека после травмы;

- в разработке моделей системы и синтезе алгоритмов управления [2].

Постановка задачи

Важной задачей является организация диагностики и реабилитации пострадавших вследствие полученных травм.

Для оперативного управления процессом реабилитации необходима динамическая оценка текущей и анализ новой ситуации. Реализация концепции требует решения основных задач: формирование качественно новой цели достижения эффективности

реабилитационного процесса; разработка методов количественной оценки

параметров опорно-двигательной системы; переориентация системы процесса реабилитации: от контроля,

сконцентрированного на лекарственных препаратах и лечебных мероприятиях, к контролю за воздействием этих факторов на человека [2].

Постановка задачи должна предусматривать выполнение следующих функций:

- обеспечить непрерывный сбор и обработку информации о положении сегментов позвоночника и об уровне асимметрии походки;

- структурировать знания о возможных отклонениях контролируемых параметров опорно-двигательной системы человека;

- построить мультиагентную информационную модель;

- выполнить структурный анализ;

- выполнить моделирование вариантов отображения информации;

- на основании комплексного анализа результатов моделирования выдать информацию для принятия решения [2, 3].

Основная часть

Травматизм является следствием нарушения нормальной жизнедеятельности человека в результате случайной ситуации или действия неблагоприятных факторов.

Информационная модель позволяет классифицировать текущую фазу процесса реабилитации, на качественном уровне оценивать эволюцию функционального состояния опорно-двигательной системы человека [2].

Основные требования, предъявляемые к эффективной системе оперативного управления процессом реабилитации человека после травмы:

- достижение высокой мобильности и маневренности человека;

- способность быстро и адекватно ориентироваться в новой ситуации, правильно и своевременно реагировать на изменение ситуации в результате проведения лечебных мероприятий и применения лекарственных препаратов;

- способность к адаптации к тактике применения лечебных мероприятий;

- готовность к изменению планов и действий в процессе реабилитации;

- способность врача в условиях неопределенности и риска принимать интеллектуальные оперативные управленческие решения с учетом правильной оценки последствий от проведения лечебных мероприятий и применения лекарственных препаратов;

- способность быстро и качественно обрабатывать большой объем поступающей информации;

- способность достаточно точно прогнозировать развитие процесса

реабилитации и предвидеть моменты, связанные с чрезмерным повышением риска для здоровья [2, 3].

В период реабилитации врачу следует:

а) определить и проанализировать уровень травматизма, разработать методику реабилитации;

б) определить медицинских специалистов для проведения реабилитации;

в) указать варианты, определяющие глубину, полноту и детальность проводимого анализа процесса реабилитации;

г) разработать концепцию определения оптимального времени клинических обследований пациента после травмы;

д) определить наиболее эффективный метод [2, 3].

При обобщении оценок

эффективности следует проанализировать точность и неопределенность полученных результатов. Источниками

неопределенности может быть неполнота статистической информации и информации о законах распределения, предположения и допущения используемых моделей. Источники неопределенности следует идентифицировать, оценить и представить в результатах [1, 2].

Для построения информационной модели процесса реабилитации необходимо объяснить и взаимоувязать предпосылки и механизмы возникновения и основные фазы процесса реабилитации.

Мультиагентная информационная модель учитывает быструю изменчивость переменных состояний опорно-

двигательной системы человека. Это позволяет определять наступление проблемных ситуаций, оценивать последствия от лечебных мероприятий [3].

Выполним построение

мультиагентной информационной модели процесса реабилитации после травмы [1, 2], для чего выделим на концептуальном уровне некоторую инвариантную часть:

1. Объект динамичен, его изменения происходят в пространстве и во времени.

2. Процесс взаимодействия человека и врача происходит в локальном пространстве и на конечном интервале времени.

3. Контролируемые объекты (сегменты позвоночника, нижние конечности) имеют множество переменных (параметров), которые характеризуют их состояние и могут быть измерены с требуемой точностью.

4. Существуют факторы, оказывающие целенаправленное воздействие на процесс реабилитации и используемые при лечении либо для уменьшения лекарственных препаратов, либо для изменения тактики лечебных мероприятий.

5. В составе травмируемого существует организационно-лечебная система, которая оперативно на основе получаемой информации о состоянии опорно-двигатель-ной системы человека и располагаемых ресурсов может своевременно выработать и реализовать такие лечебные мероприятия, которые изменят процесс реабилитации в желаемом направлении [1, 2].

Мультиагентная информационная модель процесса реабилитации основана на взаимодействии подсистем (агентов). Агент - абстракция множества реабилитируемых после травмы лиц, имеющих аналогичные травмы и правила реабилитации.

Системный анализ процесса реабилитации позволяет выделить шесть подсистем (агентов), составляющих мультиагентную информационную модель процесса реабилитации:

1 - возможные источники травматизма;

2 - реабилитируемый (травмированный) человек;

3 - подсистема принятия решений;

4 - информационная подсистема;

5 - исполнительная подсистема (подсистема реабилитации);

6 - влияющие факторы.

Состояния подсистем 1 и 2 характеризуются через переменные состояния. Возможные источники травматизма характеризуются множеством X = {х;} переменных:

х0 - начальный дестабилизирующий фактор, вызвавший развитие травмы;

х1 - степень угрозы жизни человека; х2 - места и степень повреждений опорно-двигательной системы человека; х3 - степень травматизма; х4 - степень временного воздействия влияющих факторов.

Состояние опорно-двигательной

системы реабилитируемого человека характеризуется множеством Y из следующих переменных:

Yl - положение сегментов позвоночного столба;

Y2 - местоположение и величина равнодействующих опорных нагрузок нижних конечностей.

Ущерб от травмы характеризуется множеством потерь Р = {р }:

р1 - ущерб состоянию здоровья человека;

р2 - асимметрия опорных звеньев нижних конечностей, вызывающая нарушение нагрузок на ноги и походку;

р3 - органы человека, находящиеся вблизи травмированных сегментов позвоночника.

Состояние системы оперативного принятия решения определяется множеством Z = {г1} переменных, характеризующих реабилитационные

решения, направленные на:

zl - использование эффективных лечебных мероприятий;

Z2 - использование специальных спасательных средств;

zз - использование технических ресурсов (приборов для оценки текущего состояния травмированного и оказания медицинской помощи, машины скорой помощи, связи);

Z4 - использование технологических ресурсов (способов фиксации

поврежденных участков, ликвидации последствий травмы);

Z5 - использование информационных ресурсов для повышения мобильности системы и эффективности выполнения работ;

Z6 - использование финансовых ресурсов (закупки медикаментов, оплата труда);

Z7 - использование специальных средств (средств диагностики, контроля, мониторинга, прогноза);

Z8 - управление временным ресурсом;

Z9 - использование интеллектуального ресурса;

Zlo - использование защитных мероприятий по улучшению состояния травмированного человека.

Информационная подсистема

характеризуется множеством средств для измерения, обработки и анализа информации о состоянии процесса реабилитации (Ъ) травмированного человека (У), влияющих факторов (Ъ) и исполнительной подсистемы (Ь).

Информационная подсистема

своевременно представляет достоверную информацию подсистеме принятия решений на основе анализа состояния опорно-двигательной системы человека.

Состояние исполнительной

подсистемы характеризуется множеством и = {ик} располагаемых средств для управления процессом реабилитации. Переменные и обобщенного ресурса, необходимые для исследований,

измерений, контроля процесса

реабилитации отражают объем Ук, направленных на исполнение принятых решений 1к, сопровождающихся некоторыми погрешностями.

Требуется дополнительный временной ресурс на организационные работы информационнно-измерительной системы.

Таким образом, разработанная мультиагентная информационная модель процесса реабилитации (рис.1)

удовлетворяет потребностям реабилитации

человека после травмы по критерию максимального правдоподобия.

Рис. 1 - Мультиагентная информационная модель процесса реабилитации

Вывод

Разработанная мультиагентная

информационная модель процесса реабилитации человека после травмы предлагает методологию концептуального моделирования реабилитационного

процесса, позволяет классифицировать текущую фазу процесса реабилитации, на качественном уровне оценивать эволюцию функционального состояния опорно-двигательной системы человека.

Мультиагентная информационная модель реабилитационного процесса учитывает быструю изменчивость переменных состояний опорно-

двигательной системы человека, что позволяет определять наступление проблемных ситуаций, оценивать последствия от лечебных мероприятий.

Возможные варианты синтеза информационно-измерительной системы опорно-двигательного аппарата человека по своему функциональному назначению и возможным вариантам решения

обеспечивают создание мультиагентных систем, удовлетворяющих потребностям реабилитации человека после травмы по критерию максимального правдоподобия.

Список литературы:

1. Ямалов И.У. Моделирование процессов управления и принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций / И.У. Ямалов. - М.: Лаборатория Базовых знаний, 2007. - 288 с.

2. Чичикало Н.И. Мультиагентная системная модель процесса реабилитации / Н.И. Чичикало, Е.С. Нестругина, Е.Ю. Ларина // II Мiжнародна науково-практична конференщя «Обчислювальний штелект-2013 (результати, пробле-ми, перспективи)» (СотШ;-2013), Черкаси, травень 2013 р.: збiрник тез доповщей. -Черкаси: ЧГТУ, 2013. - С.209-210.

3. Нестругина Е.С. Концепция эволюции синтеза мультиагентной информационно-измерительной системы процесса реабилитации человека после травматизма / Е.С. Нестругина, Е.Ю.

Ларина, Н.И. Чичикало // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий. - 2013.- Вып. 2/9 (62). - С. 10 -17.

Аннотации:

В статье предложена мультиагентная информационная модель процесса реабилитации человека после травмы. Показано, что разработанная информационная модель позволяет учитывать быструю изменчивость переменных состояний опорно-двигательной системы человека, качественно проводить анализ результатов проведения лечебно-методических мероприятий, применять наиболее эффективные методики клинических обследований опорно-двигательной

системы человека в период реабилитации после травмы.

Ключевые слова: информационная мультиагентная модель; сбор, обработка информации.

The article offers a multi-agent informational model of process of human rehabilitation after injury. It is shown that the developed informational model allows to consider a fast variability of human musculoskeletal system's alternating states, to carry out qualitative analysis of the results of treatment-methodical measures, to apply the most effective methods of clinical examinations of the human musculoskeletal system during the rehabilitation after trauma.

Key words: informational multi-agent model; information collection and processing.

УДК 621.39

ЛОЗИНСКАЯ ВН., доцент (ГОУ ВПО «ДонНТУ»)

Алгоритм планирования доступа к среде с обеспечением параметров качества обслуживания беспроводных сетей WIMAX

Lozinskaya V.N., assistant professor (DNTU)

Quality of service providing media access scheduling algorithm for wireless access systems WIMAX

Введение

Интенсивное развитие сетей беспроводного доступа, WiMax [1] в частности, привело к возникновению ряда проблем, связанных с увеличением производительности, улучшением

обеспечения надежности, увеличением эффективности использования ресурсов сети в целом с обеспечением требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QoS) для различных видов трафика [2]. WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) -

телекоммуникационная технология,

разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). В связи с тем, что сети WiMAX изначально рассматривались как сети операторского класса, вопрос обеспечения QoS в них первичен. Обеспечение качества обслуживания в сетях WiMAX (стандарт 802.16) [3] определяет несколько принципов: планирование параметров QoS сервисного потока [4, 5]; динамические регулировки выделяемой полосы сервисному потоку; двухфазная модель активации. Сервисным потоком называется