CC BY
23
Рисунок 2 - Фрагмент окна построения городского туристического маршрута
На рисунке 2 представлен фрагмент маршрута, построенного на основании критерия максимума исторических достопримечательностей на всем протяжении маршрута.
Таким образом, выбор генетического алгоритма для построения городских туристических маршрутов наиболее оптимален, как с точки зрения времени предоставления результата, так и возможности тонкой настройки функции пригодности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Самсонов М.А., Папшев В.А. Решение задач организации и управления дорожным движением на основе информационных технологий / В мире научных открытий. 2010. № 4-10. С. 140-141.
2. Папшев В.А., Самсонов М.А., Чугунов И.А., Вельмезев Ф.Ф. Определение характеристик улично-дорожной сети и систематизация данных по интенсивности движения индивидуального и общественного транспорта г.о. Самара при построении имитационной модели транспортного процесса / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 204-207.
3. Д.И. Батищев, Е.А. Неймарк, Н.В. Старостин Применение генетических алгоритмов к решению задач дискретной оптимизации Нижний Новгород 2007
4. Емельянов В.В. Теория и практика эволюционного моделирования / Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. - М.: Физматлит, 2003. - 430с.
5. Интеллектуальные системы управления. Теория и практика Васильев В.И., Ильясов Б.Г. Издательство: Радиотехника 2009 392с.
УДК: 623.746-519
Князьков А.В., Королев В.С., Кулапин В.И., Чайковский В.М,
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА С ПЕРЕДАЧЕЙ СИГНАЛА ТРЕВОГИ
Предлагается система, предназначена для мониторинга состояния здоровья пожилых людей и беспроводной отправки уведомлений при критических показателях.
Ключевые слова:
мониторинг, состояние здоровья,
критические показатели, радиоканал.
Современный ритм жизни не всегда позволяет нам находиться рядом с близкими людьми преклонного возраста, имеющими целый ряд серьезных заболеваний. При этом, весьма вероятна возможность возникновения чрезвычайной ситуации, когда состояние здоровья близкого человека может резко ухудшиться. Жизненная практика показывает, что большой процент данных людей не в состоянии обратиться за посторонней, в том числе и медицинской, помощью. Очевидно, последнее вызывает необходимость в создании системы удаленного мониторинга, которая позволит постоянно, круглые сутки, быть в курсе состояния здоровья пожилых людей, отслеживать его на расстоянии, и своевременно получать оповещать о возникновении угрозы его состоянию здоровью.
В настоящее время одним из наиболее эффективных способов решения подобной задачи является применение систем постоянного ношения, а именно наручного браслета, постоянно контролирующего значения целого ряда жизненно важных параметров и в случае отклонения их от контрольных значений отправлять тревожный сигнал на центральный модуль. Следует отметить, что система, выполненная
в виде наручного браслета, находящемся на запястье руки человека, с одной стороны исключает возможность его снятия и случайную потерю, но с другой стороны накладывает ограничение на количество возможных, жизненно важных контролируемых параметров.
Одним из наиболее значимых параметров, по которому судят о состоянии здоровья человека следует считать пульс. Известно [1], что пульс -это ритмичное колебание стенок артерий, соответствующих ритму сокращения сердечной мышцы, поэтому их нормальная частота является критерием функционирования всей сердечнососудистой системы. По показателям пульса можно судить о силе и ритмичности сердцебиения. Так же важным фактором является частота сердцебиений (ЧСС). Каждому возрасту человека соответствует своё значение ЧСС, превышение которого свидетельствует о нездоровом состоянии.
Существует множество методов для измерения пульса [2], основными из которых являются электрокардиография и плетизмография. Электрокардиография - это оценка изменения интенсивности электрических полей, появляющихся при работе
сердца, и оцениваемой через фиксацию разницы потенциалов, для чего требуется установка контактов как минимум в двух разнесенных точках тела. Плетизмография - определение пульса на основе фиксации изменения объема в наполненном кровью органе, по большей части - в кровеносных сосудах. Оценивать амплитуду, возникающей при этом волны пульсации можно с помощью хорошо развитых механических, оптических или импедансных (электродных) методов [3].
У всех этих методах есть свои преимущества и недостатки. Электрокардиография является более точным методом, чем остальные. При электрокардиографии реализуется двухконтактная схема измерения, без постоянного подключения одного из них. Один из электродов закрепляется на запястье на задней стенке браслета, другой выносится на лицевую часть браслета. Измерения пульса производится при касании свободной рукой электрода на лицевой части.
В настоящее время, достаточно, широкое распространение получил метод оптической плетизмографии. При оптическом методе сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующие изменения амплитуды сигнала поступающего с выхода фотоприемника. Неоспоримым достоинством оптической плетизмографии является удобство его использования,
что является решающим фактором, в силу того, что данное устройство предназначено для постоянного ношения.
Существует две разновидности фотоплетизмографии [4]: первая из которых основана на пропускании света, а другая - на его отражении. В первом случае световой пучок пропускается сквозь часть тела человека (например, через палец или мочку уха), а фотодетектор фиксирует результирующую интенсивность света, поэтому источник излучения и приемник находятся напротив друг друга. Во втором случае - источник света и фотоприемник располагаются на одной стороне, а информацию о пульсе будет нести отраженный сигнал. Определение пульса данным методом возможно производить на любой части тела. При любом методе оценки интенсивности светового потока, как отраженного, так и прошедшего через часть тела, будут фиксироваться флуктуации данного потока, осуществляющиеся в строгом соответствии с пульсирующим потоком крови, вызванным сердцебиением.
Структурная схема предлагаемого устройства, представленного на рисунке 1, состоит из двух отдельных модулей, центрального и измерительного, выполненного в виде браслета и осуществляющего ряд операций таких как: измерение, обработку данных с датчиков и отправку сообщений посредством радиоканала на центральный модуль.
Рисунок 1 - Структурная схема системы
Главным управляющим элементом измерительного модуля является микроконтроллер МК1 семейства PSoC4 производства компании Cypress [4,5]. При подаче высокого уровня с последнего срабатывает излучающий светодиод ИС. Свет отражается от запястья человека, а фотоприемник ФП регистрирует отраженный свет. На выходе ФП формируется информационный сигнал, амплитуда которого связана с изменением интенсивности принимаемого отраженного излучения, определяемой пульсирующим объёмом крови в запястье. На первом этапе преобразования сигнала от ФП происходит подавление больших медленных волн (постоянной составляющей) и осуществляется усиление слабых, быстрых волн (переменной составляющей), которые несут информацию о пульсе. Данный сигнал проходит через пассивный фильтр верхних частот (ФВЧ), где он избавляется от постоянной составляющей. Частота среза (fc) фильтра берётся равной 0.7 Гц (частота пульса человека находится в пределах 1-2 Гц). Затем сигнал проходит через активный фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 2,5 Гц, который выполнен на операционном усилителе типа MCP6001 [7]. Данный приём позволяет устранить высокочастотные шумы и сигнал постоянной составляющей, а также избавиться от влияния помехи промышленной сети переменного тока 50 Гц (60 Гц), и обеспечить усиление информативного сигнала, несущего сведения о пульсе.
В предлагаемой системе использован светоиз-лучающий диод AM27SGC09 производства фирмы «Kingbright» [8] с длиной волны излучения 565 нм. В качестве фотоприемника используется APDS-9008 [9] - сравнительно недорогой датчик освещенности с аналоговым выходом, имеющим миниатюрное исполнение, удобное для поверхностного монтажа, и содержащий в своем составе спектральный
фотосенсор имеющий максимальную чувствительность для оптического сигнала с длинной волны 5 65 нм.
После фильтрации и усиления информативный сигнал преобразуется в последовательность импульсов, частота повторения которых синхронна с биением сердца. Формула ЧСС = 60* f связывает между собой частоту сердечных сокращений с частотой этих импульсов ( f).
Затем данные импульсы поступают на информационный вход микроконтроллера МК1, который обрабатывает их и в случае отклонения значения их частоты повторения от заданной нормы передает сигнал тревоги на центральный модуль посредством радиоканала.
В качестве радиоканала предлагается использовать высокопроизводительный радиочастотный приёмопередатчик CC1101 производства Texas Instruments [10]. Предпочтение CC1101 отдано потому что он является практически единственным из имеющихся приёмопередатчиков, в котором реализованы встроенные цифровые функции такие как: обнаружение слова синхронизации, побитное и побайтное восстановление данных, а так же хранение данных в приёмном FIFO-буфере размером 64 байт, которые позволяют значительно разгрузить МК и экономить энергию питания, что несомненно является важным достоинством при создании носимых устройств.
Поступивший в центральный модуль сигнал тревоги, обрабатывается микроконтроллером МК2 и транслируется в GSM-модем для последующего оповещения по каналу мобильной связи [11]. GSM модем M590 фирмы Neoway [12] представляет собой беспроводное коммуникационное устройство для приема/передачи данных в сетях мобильной связи. GSM модем осуществляет последовательную отправку
SMS-сообщения на три мобильных номера, заранее занесенные во внутреннюю память.
Центральный модуль питается напряжением +12 В, при токе потребления не более 2 А. Блок питания построен по принципу бесперебойного, что позволяет сохранять напряжение питания устройства от встроенной аккумуляторной батареи при отсутствии напряжения питания сети.
Так же предусмотрена возможность контроля прибором напряжения питания сети и напряжения аккумуляторной батареи, при этом при пропадании и появлении напряжения сети на центральный модуль отсылаются соответствующие SMS-сообщения. При понижении напряжения питания резервного ис-
точника (аккумулятора) ниже уровня (8-9В) отсылается сообщение, после чего прибор переходит в «спящий» режим, выход из которого возможен только при возобновлении питания (сетевого или аккумуляторного).
В заключении следует отметить, что при дальнейшем усовершенствование предлагаемой системы возможно оснащение ее дополнительно акселерометром, что даст возможность распознавать резкие движения, которые могут свидетельствовать о падении человека по той или иной причине. Дополнительно возможна организация передачи оповещений через интернет на удаленный сервер, так как используемый GSM модем поддерживает пакетную передачу данных GPRS.
ЛИТЕРАТУРА
http://www.infmedserv.ru/stati/kakoy-puls-schitaetsya-normalnym-norma-pulsa-po-vozrastam https://geektimes.ru/company/icover/blog/252 054/ https://geektimes.ru/company/darta systems/blog/2 4 6856/ http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=144220
Князьков А.В., Кулапин В.И. Маньков А.М. Измерительные преобразователи параметров датчиков на базе программируемых аналоговых интегральных схем (ПАИС) //Молодежь Наука. Инновации: труды 5-й Международной научно-практической интернет-конференции. - Пенза: Изд-во Пензенского филиала ФГБОУ ВПО РГУИТП, 2012- С. 313 - 317
6. http://www.cypress.com/file/138 656/download
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/217 33j.pdf https://www.kingbrightusa.com/images/catalog/spec/AM2 7SGC0 9.pdf http://www.avagotech.com/docs/AV02-116 9EN http://www.ti.com/lit/ds/swrs061i/swrs061i.pdf
Чайковский В.М., Князьков А.В., Кожичкин Е.Ю. Удаленная система ния//Надежность и качество - 2014: труды Международного симпозиума: -
2 014.Т2, С. 105-107
12. http://abc-rc.pl/templates/images/files/9 95/14 5518 4 4 31-neoway-m5 90-hardware-design-manual-v1.pdf
7.
8.
9.
10. 11.
мобильного управле-Пенза: Изд-во ПГУ,
УДК 004.891.3
Астафьев А.Н., Четвериков С.Ф,
ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», Липецк, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННОЙ СЕТИ С НАПРАВЛЕННОЙ АКТИВАЦИЕЙ НЕЙРОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕЧЕНИЯ ГЕПАТИТА
Рассмотрено применение экспертной системы для оценки эффективности лечения пациентов с заболеванием гепатит. В качестве математического аппарата экспертной системы была выбрана нейронная сеть с направленной активацией нейронных элементов, так как её применение позволяет минимизировать архитектуру сети и повысить точность обучения. Эффективность переложенного метода для оценки лечения гепатита доказывается сравнением оценок системы и оценок врача-эксперта, проводившего лечение, средний коэффициент корреляции между оценками врача и системы составляет 0,8. В процессе исследования было задействовано 7 препаратов, данные 35 пациентов, у каждого из которых учитывались 20 значений биологических анализов и факторов.
Ключевые слова:
экспертные системы, системы поддержки принятия решения, рекуррентный-итерационный алгоритм, нейронная сеть, эффективность лечения.
Анализ эффективности применяемых лекарственных препаратов является для медицины фундаментальной задачей, так как с каждым годом число фармацевтических наименований возрастает, а их эффективность при лечении меньше, даже по сравнению с более дешёвыми аналогами. Острой проблемой для современной медицины является заболевание гепатит, которое во многих районах носит эпидемический характер. Наличие у данного заболевания различных этиологических форм затрудняет его диагностику и лечение, стоит отметить, что сама терапия гепатита финансово затратная и оказывает большую токсическую нагрузку на организм. Именно поэтому оценка эффективности лекарственных препаратов и лечения носит на сегодняшний день актуальный характер.
При анализе закономерностей диагностических данных пациента, которые характеризуются многофакторной информацией, применение статистических методов очень затруднительно, так как у каждого пациента необходимо учитывать показания более 20 факторов. Применение прямых методов для решения подобных задач требует существенных затрат времени, знаний и иных ресурсов. Перспективным направлением является именно использование интеллектуальных математических алгоритмов для диагностики в медицине [1] и биометрии [2].
Наиболее распространённым методом является применение нейронных сетей, но обычные нейронные сети однослойной архитектуры не подходят для решения выбранной задачи. Так как они имеют низкую
эффективность, которая обусловлена сложностью данной задачи. Выбираемые спонтанно архитектуры многослойных нейронных сетей во многих случаях носят нерациональный характер, возможны даже случаи, когда дополнительные слои несут в себе искажение информации, что в медицинской диагностике является крайне неприемлемым. Наиболее эффектными являются сети с самонастраивающейся архитектурой, примером которых может служить сеть с направленной активацией нейронных элементов.
Нейронные сети с направленной активацией содержат несколько слоев нейронов в скрытом слое, увеличение числа которых происходит по мере обучения с «учителем». После обучения сеть содержит наименьшее и необходимое количество узлов для решения данной задачи, то есть усложнение происходит исходя из необходимости. Данный подход позволяет уменьшить ошибку на выходе и сберечь ресурсы ЭВМ. Объединение нейронов полученной сети имеет вид каскада (рис. 1). Все последующие подключаются к предыдущим, на выход сети подаются сигналы, как крайних добавленных слоёв, так и входные сигналы [3].
Данный подход заключает в себе несравненные достоинства, по сравнению с обычными нейронными сетями: архитектура формируется исходя из задачи исследования; высокая скорость обучения из-за уменьшения числа элементов в сети и применения прямонаправленной топологии.
