CC BY
0EARTH SCIENCES
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ФЛОРИСТИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Янников И.М.
доктор технических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность», ФБГОУ ВО
«ИжГТУ имени М.Т. Калашникова», г. Ижевск (Россия)
Телегина М.В.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ФБГОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова», г. Ижевск (Россия);
DEFINITION OF DAMAGE TREES AND SHRUBS WITH EXPERT SYSTEM
Yannikov I.M.
doctor of technical sciences, professor of "Technosphere safety" FBGOU VO "Izhevsk State Technical
University named MT Kalashnikov ", Izhevsk (Russia)
Telegina M. V.
Ph.D., associate professor of the department "Automated Information Processing and Management" FBGOU VO "Izhevsk State Technical University named MT Kalashnikov ", Izhevsk (Russia)
Аннотация
Приведено описание экспертной системы классификации болезней и повреждений деревьев и кустарников. Дана блок-схема основного алгоритма системы.
Abstract
The description of the expert system classification of diseases and damage of trees and shrubs. Is a block diagram of the main algorithm.
Ключевые слова: Классификация, экспертные системы, повреждения деревьев и кустарников, алгоритм, сайт.
Keywords: Classification, expert systems, damage to treeSЭlIl|dbДелI]tlщ^heIaBрIEitДm^иWe]¡)8lli:t®ений обычно
производится с помощью специальной литературы,
Одной из важнейших целей экологического мониторинга является постоянное отслеживание объективной информации о состоянии всех компонентов окружающей среды для информирования органов власти и специализированных организаций, отвечающих за безопасность населения.
Использование для контроля (мониторинга) за состоянием окружающей природной среды биоиндикаторов растительного или животного происхождения является наиболее выигрышным с точки зрения как финансовых, так и временных затрат.
Процессы заболеваний растений проявляются в нарушении их жизненных функций (фотосинтеза, дыхания, синтеза пластических и ростовых веществ, тока воды и т.д.) и последующих внешних изменений строения организма - симптомов заболеваний.
Для идентификации заболевания с помощью растений - биоиндикаторов с последующим выявлением причинно-следственной связи их повреждений с тем или иным антропогенным воздействием необходимо располагать данными о внешних, видимых невооруженным глазом признаков, полученных с помощью метода макроскопического анализа; микроскопических признаков пораженных тканей растения и морфологических признаков возбудителя болезни, полученных методом микроскопического анализа, а также биологических признаках возбудителя болезни (специализация, паразитическая активность) и пораженного растения (восприимчивость или устойчивость) [3, 10].
что не всегда быстро и удобно. Применение информационных технологий позволяет автоматизировать процесс обработки результатов биомониторинга. Вопросам диагностики состояния окружающей среды по реакции биоиндикаторов и обработки результатов этих исследований посвящено достаточно много публикаций, в том числе и авторов данной работы [2, 6-10].
В настоящее время имеется ряд автоматизированных определителей болезней растений [4, 5], реализованных в виде списка или таблицы, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. В частности, вышеуказанные методы реализации представляются нам не совсем удобными, систем определения повреждений деревьев просто не существует.
На наш взгляд разрабатываемая система должна включать в себя: список симптомов и признаков, однозначно определяющих заболевание, изображения, иллюстрирующие повреждения, а также вызвавшую их причину.
В настоящей работе предлагается определение повреждений растений, в том числе деревьев и кустарников, в результате техногенного загрязнения выполнять с применением разработанной авторами экспертной системы [8, 9].
Для разработки правил нами были выбраны регистрирующие биоиндикаторы, реагирующие на
изменение состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями, изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. С их помощью можно получить информацию о биологических последствиях и сделать косвенные выводы об особенностях самого фактора.
Для создания экспертной системы по определению повреждений деревьев и кустарников составлен перечень заболеваний объектов-биоиндикаторов, вызываемых тем или иным видом негативного воздействия на окружающую среду, а также свойственных этим заболеваниям признаков, позволяющих однозначно идентифицировать конкрет-
ное заболевание. Система работает в режиме пользователя (классификация повреждений) и в режиме эксперта. Эксперт может добавлять новые виды деревьев, описывать признаки их повреждений, добавлять изображение признаков (симптомов), заболевания, и причины их вызвавшие.
Чтобы проверить дерево на наличие заболевания, от пользователя требуется выбрать дерево и вид повреждения из списка и начать определение, выбирая ответы «да» или «нет» на предложенные вопросы, пока система не выведет заболевание, подходящее под выбранные признаки. Все остальные действия выполняются системой и экспертом. Структура экспертной системы представлена на рисунке 1.
Рис. 1 Структурная схема экспертной системы определения повреждений
Функции подсистем, входящих в систему, состоят в следующем:
- подсистема управления ЭС повреждений деревьев предназначена для просмотра экспертом системы и ее редактирования;
- подсистема списка деревьев - для удобного поиска пользователем дерева из списка деревьев и его просмотра;
- подсистема справочника заболеваний- для поиска возможных заболеваний деревьев;
- подсистема тестирования заболевания дерева -для тестирования выбранного пользователем им дерева и дальнейшего определения заболевания.
Система работает с применением бинарного дерева решений в двух режимах:
- определение болезней деревьев и кустарников по признакам повреждений, в этом случае правила формировались с использованием знаний из специальной литературы;
- определение техногенных повреждений деревьев, для этих целей использованы данные из база данных биомониторинга, заполненной на основании проведенных экспериментов и наблюдений [2, 10].
Алгоритм определения повреждения дерева показан на рис.2.
Да Признак Нет
Для определения вида заболевания (повреждения) применен алгоритм прямого вывода, предусматривающий следующую последовательность:
1. Изначально система содержит описание ряда признаков повреждений деревьев и кустарников.
2. Для каждого признака повреждения система ищет в базе знаний правила, в условной части которых содержится соответствующее условие.
3. В соответствии с консеквентом (частью ТО) каждое правило может генерировать новые факты, которые добавляются к уже имеющимся в рабочей памяти. Новые факты -это либо определение повреждения, либо продолжение классификации при недостаточном количестве признаков.
4. Система обрабатывает каждый вновь сгенерированный факт. При наличии хотя бы одного правила, в антецеденте (части ЕСЛИ) которого присутствует данный факт, выполняются действия, начиная с пункта 2.
Когда больше нет необработанных фактов и правил рассуждения заканчиваются и производится определение повреждения.
Для определения техногенных повреждений деревьев использованы следующие их признаки [2]:
- изменения окраски листьев (хлороз, пожелтение участков листьев, покраснение, побурение или побронзовение и др.);
- некрозы - отмирание участков ткани листа (точечные и пятнистые серебристые пятна, верхушечные некрозы, «рыбий скелет» и др.);
- дефолиация (опадание листвы);
- изменения размеров, формы, количества и положения органов;
- изменение жизненности и плодовитости.
Принцип работы алгоритма определения техногенный повреждений схож с предыдущим - токсиканта предоставляются признаки повреждений, далее токсикант определен, иначе предлагаются признаки. На примере дерева Сосны обыкновенной на рис. 3 показан алгоритм по определению токсиканта в воздухе.
Рисунок 3 Алгоритм определения техносферного загрязнения на примере сосны обыкновенной
Для добавления или редактирования правил определения болезней или техногенных повреждений деревьев эксперту необходимо, используя модуль для редактирования вида дерева, выбрать соответствующую категорию и заполнить надлежащие признаки. После заполнения всех признаков цепочка определения повреждений будет отображена во вкладке «Вопросы» в выбранной категории.
Экспертная система по определению повреждений деревьев реализована в виде сайта. Для реализации экспертной системы классификации повреждений растений нами выбрана система MODX. MODX - это профессиональная система управления содержимым (CMS) и фреймворк для веб-приложений, предназначенная для обеспечения и орга-
низации совместного процесса создания, редактирования и управления контентом (то есть содержимым) сайтов [1].
Разработанная система может применяться не только для быстрой автоматизированной классификации повреждений и болезней деревьев и кустарников, но и при перестройке базы правил может быть использована для решения многих других неформализованных задач в различных областях от определения неисправностей технических устройств до медицинской диагностики.
Список литературы
1. MODX creative freedom [Сайт]. [2006]. URL: http://modx.ru/o-sisteme-modx/ (Дата обращения: 5.10.2015).
2. Алексеев В.А., Телегина М.В., Янников И.М. Создание базы данных биомониторинга потенциально опасных объектов // ИжГТУ. 2008. №4, С. 138-143.
3. Надсон Г. А. Болезни растений //Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
4. Как определить болезнь растения. Симптомы болезней в иллюстрациях [Сайт]. [2013]. URL: http://agroflora.ru/kak-opredelit-bolezn-ras-teniya-cimptomy-boleznej -rastenij -v-illyu-straciyax/ (Дата обращения: 15.09.2015).
5. Определитель болезней комнатных цветов [Сайт]. [2009]. URL: http://iplants.ru/bolezn2.htm / (Дата обращения: 16.09.2015).
6. Соломенникова Е.В., И.М. Янников, Т.А. Сергеева. Оценка экологического состояния территории зон влияния полигонов ТБО по интегральным характеристикам асимметрии листьев // Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» . Т.1 Москва: Изд-во «Спецкнига», 2014, с.95-98.
7. Телегина М.В., Янников И.М. Автоматизированная система определения вида и степени повреждения биообъекта //Интеллектуальные системы в производстве. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ. -2016. - № 3(30). - С. 81-84.
8. Телегина М.В., Янников И.М., Е.Р. Чуракова, Э.Р. Арасланова, Д. Лаппо Определение повреждений деревьев и кустарников с помощью экспертной системы //Эколого-географические проблемы регионов России: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием - Самара: СГСПУ; Глагол, 2016. -153-156.
9. Телегина М.В., Янников И.М., Чуракова Е.Р., Арасланова Э.Р., А.М. Зайцев. Определение техносферного загрязнения по внешним изменениям деревьев-биоиндикаторов с применением экспертной системы //Создание единой системы безопасности объектов и территорий государства. Сборник докладов и статей 1Х-ой Международной научно-технической конференции «Электронный город - электронная губерния - электронное государство. - Самара: Самар. гуманит. акад., 2016 -С.198 - 203
10. Янников И.М., Телегина М.В., Козловская Н.В., Алексеев В.А. Биомониторинг объектов по уничтожению химического оружия с использованием идентификационных экологических полигонов: монография - Ижевск: Изд-во ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, 2013. - 160 с.: ил.
