Учебное пособие 2212

Приазовский государственный технический университет

Pryazovskyi State Technical University

Канд. техн. наук, доцент Е.В. Лупаренко

Ph. D. in Engineering, associate professor E.V. Luparenko

E-mail: luparenko_elena@bk.ru

E-mail: luparenko_elena@bk.ru

Украина, г. Мариуполь

Ukraine, Mariupol

ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019

ISSN 2618-7167

дающие одной или несколькими характери-

В книге собраны различные виды заболева-

стиками из следующего списка:

ний, которые уже разделены по симптомам,

• задачи не могут быть представлены в

что позволяет при создании БД не отвле-

числовой форме;

каться на поиск симптомов для того или

• исходные данные и знания о предмет-

иного заболевания.

ной области неоднозначны, неточны, проти-

В работе представлена обычная ЭС, со-

воречивы;

держащая в себе основные типы заболеваний

• цели нельзя выразить с помощью чет-

для разных возрастов и полов, с возможно-

ко определенной целевой функции;

стью просмотра типичных и атипичных

• не существует однозначного алгорит-

симптомов и возможных типов лечения. При

мического решения задачи.

накоплении большого объёма данных по за-

База знаний ЭС создаётся при помощи

болеваниям ЭС переходит в искусственную

трёх групп людей:

нейронную сеть (ИНС), с последующим ее

• эксперты той проблемной области, к

обучением.

которой относятся задачи, решаемые ЭС;

На этапе извлечения знаний происхо-

• инженеры по

знаниям, являющиеся

дит анализ проблемной области, определя-

специалистами по разработке интеллекту-

ются необходимые понятия и их взаимосвя-

альной информационной системы (ИИС);

зи, определяются методы решения задачи.

• программисты,

осуществляющие реа-

Проблемной областью является анализ спис-

лизацию ЭС.

ка общих заболеваний детей и подростков,

ЭС может функционировать в двух ре-

общих проблем со здоровьем мужчин и

жимах.

женщин.

• Режим ввода знаний – в этом режиме

На

этапе

структурирования

знаний

эксперт с помощью инженера по знаниям

определяются способы представления видов

посредством редактора базы знаний вводит

знаний, создаются основные понятия, моде-

известные ему сведения о предметной обла-

лируется работа системы, оценивается ее

сти в базу знаний ЭС.

адекватность. Данный этап в работе упро-

• Режим консультации – пользователь

щен, так как что книга доктора Тони Смита

ведет диалог с ЭС, сообщая ей сведения о

[1] построена по принципу, схожим с экс-

текущей задаче и получая рекомендации ЭС.

пертной системой и представляет собой схе-

Например, на основе сведений о физическом

матическое описание заболеваний при раз-

состоянии больного ЭС ставит диагноз в ви-

личных симптомах (рис.1).

де перечня заболеваний, наиболее вероятных

На

этапе

формализации проводиться

при данных симптомах.

наполнения экспертом базы знаний. В связи

В данной работе проводится детальный

с тем, что для каждой экспертной системы

анализ процесса диагностики заболеваний,

главным является база знаний, то этот этап

на основе чего выстраивается системный

самый важный и трудоемкий. Его можно

проект процесса диагностики и лечения

разделить на несколько частей:

больных, который включает в себя функцио-

• Извлечение знаний у экспертов.

нальную, информационную и динамическую

• Организация знаний.

модели. На основе

результатов анализа

• Представление знаний в виде понят-

ном для ЭС.

функциональной структуры процесса обсле-

На этапе извлечения знания у эксперта

дования и лечения больных, разрабатывается

проходит формирование списка заболеваний,

функциональная модель с помощью разных

после чего идет распределение по

опреде-

методологий.

ленным

направлениям таким как:

возраст,

В качестве эксперта выступает книга,

изданная доктором Тони Смитом «Ваш се-

области заболеваний (области тела, пробле-

мы со зрительным аппаратом и т.д.). Созда-

мейный доктор» в 1992 году [1], а пользова-

ние базы знаний реализуется с помощью

телями будут определенные группы людей.

языка программирования С #.

Рис. 1. Фрагмент схемы алгоритма поиска заболевания по симптомам

На этапе реализации происходит по-

первое заболевание, то система будет вно-

строение и создание ЭС, которая решает по-

сить корректировки, согласно которым при

ставленную задачу. Этап тестирования про-

этих симптомах первое заболевание будет в

ходит с помощью группы пользователей, ко-

приоритете, по сравнению с остальными.

торые при использовании программу вносят

При этом для второго заболевания собира-

в нее свои симптомы после чего, происходит

ются другие симптомы, внесенные экспер-

анализ и делается вывод на основе получен-

тами, и производиться поиск самого распро-

ных данных о жизнеспособности ЭС.

странённого. После чего определенный

Основой является клиент (приложение

симптом добавляется ко второму забо-

на Android), способное собирать статистику

леванию

в

наивысшем

приоритете

по симптомам и выдавать наиболее вероят-

(рис.2). Кроме того, проводится анализ

ное заболевание с описанием и рекоменда-

предыдущих или хронических типов заболе-

циями по лечению.

При каждом

прохож-

вания у эксперта с последующим выводом о

дения отсылается статистика и вносятся

возможности обострения или рецидива дан-

коррективы по

следующему

правилу:

ного заболевания.

если эксперт по группе симптомов выбрал

ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019

ISSN 2618-7167

На основе полученных результатов со-

данных о предпочтении тех или иных лекар-

бирается и упорядочивается база данных с

ственных препаратов при различных симп-

симптомами при тех или иных заболеваниях.

томах одного заболевания. Эта база данных

Проводится статистика ответов экспертов

анализируется повторно, и создает отдель-

для более точной работы ЭС.

ную статистику для сравнения ее с основной

Кроме того, включена опция экспертам

и проведения анализа для улучшения экс-

(врачам - специалистам) вносить данные о

пертной системы. На рисунках 3-4 приведе-

заболевании, симптомах и типах его лечения,

ны примеры работы программы по опреде-

продолжительности лечения, а также резуль-

лению вида заболевания по симптомам.

татов лечения с целью последующего сбора

ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019

ISSN 2618-7167

Построение подобных экспертных си-

персоналу.

стем позволит молодым врачам-терапевтам

2. Возможно применение экспертных

при диагностике и лечении больных достичь

систем в качестве обучающего пособия для

уровня ведущих специалистов, сократить

повышения уровня квалификации студента-

время на обучение молодых врачей и сту-

ми и медицинским персоналом, что сократит

дентов, сократить время самой диагностики

время на обучение молодых врачей, позво-

больных, что является актуальным для дан-

лит молодым врачам-терапевтам при диагно-

ной предметной области. Широкое внедре-

стике и лечении больных астмой достичь

ние экспертных систем диагностики заболе-

уровня ведущих специалистов.

ваний позволит повысить экономическую

Библиографический список

эффективность рассматриваемого процесса.

Также внедрение данных систем позволит

1. Тони Смит Ваш семейный доктор /

создавать станции анализа заболеваний в об-

Т. Смит. – М.: «Мир», 1992. – С. 258.

ластях, где весьма проблематично построить

2. Гаврилова Т.А. Базы знаний интел-

ведущие медицинские центры с профессио-

лектуальных систем / Т.А. Гаврилова, В.Ф.

нальным медицинским обслуживанием.

Хорошевский. – СПб: Питер, 2000. – 245 с.

Таким образом, можно сделать следу-

3. Куликов

Г.Г. Автоматизированное

ющие выводы:

проектирование

информационно управляю-

1. Создание экспертных систем суще-

щих систем. Проектирование экспертных

ственно снизит нагрузку на персонал и даст

систем на основе системного моделирования

возможность

принимать удовлетворитель-

/ Г.Г. Куликов, А.Н. Набатов, А.В. Речкалов

ные решения

менее квалифицированному

– Уфа: УГАТУ, 1999. – 223 с.

Воронежский государственный технический университет

Voronezh state technical University

канд. техн. наук, доцент В.И. Акимов, тел.: (473)271-59-18

Ph. D in Eng., associate prof. V.I. Akimov, Ph.: (473)271-59-18

канд. техн. наук, доцент А.В. Полуказаков,

Ph. D in Eng., associate prof. A.V. Polukazakov,

Е-mail: u00280@vgasu.vrn.ru,

Е-mail: u00280@vgasu.vrn.ru,

студент группы ПБ631 В.А. Какалов, Е-mail: PAV_75@mail.ru

student group PB631 V.A. Kakalov, Е-mail: PAV_75@mail.ru

Россия, г. Воронеж

Russia, Voronezh

Управление 4 должно

заключаться в

ность отвечают различные сенсоры, фикси-

поддержании заданной температуры в по-

рующие протечки воды, запахи дыма и газа,

мещении (нагреватель), поддержание влаж-

а также способные обнаружить вторжение в

ности (кондиционер, парогенератор), под-

дом и сообщить об этом владельцу.

держание концентрации СО2 или О2 (при-

Воздух, которым мы дышим, может

точная вентиляция).

привести к различным проблемам со здоро-

В концепцию «Умного дома» входят

вьем, если не стараться сделать его чище.

следующие функции: управление водоснаб-

Современные проблемы, которые могут

жением и водоотведением; обеспечение тре-

встречаться в нашем доме это:

буемой температуры в разнофункциональ-

1) избыточное количество углекислого

ных помещениях; контроля доступа; взаимо-

газа в помещениях приводят к изменениям в

действие бытовой электроники; управление

кровеносной, центральной нервной, дыха-

освещения; энергосбережения. В современ-

тельной системах, при умственной деятель-

ном понимании - это автономный комплекс

ности нарушаются восприятие, оперативная

управления всеми инженерными системами

память, распределение внимания;

здания без участия человека на основе за-

2) повышение влажности хотя бы до

данных условий. В более широком смысле

70% ведет к целому ряду негативных по-

«Умным домом» считают любые системы,

следствий. Во-первых, страдает здоровье, во-

позволяющие управлять техникой удалённо

вторых, страдает интерьер. Чем выше влаж-

и настраивать автоматические сценарии,

ность помещения, тем интенсивнее развива-

привязанные к тем или иным событиям. Эф-

ются болезнетворные плесневые грибки.

фективное использование

энергоресурсов

Низкая влажность приводит к высыханию

достигается за счёт работы освещения, кли-

кожи человека, а организм в целом получает

матического оборудования и другой техники

обезвоживание. Слизистые оболочки пере-

только в присутствии человека. За безопас-

сыхают, начинают трескаться, что позволяет

различным вирусам и бактериям проще про-

никать в организм;

© Акимов В.И., Полуказаков А.В., Какалов В.А., 2019

3) утечка бытового газа - одна из при-

ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019

ISSN 2618-7167

чин пожара в квартире. Утечка газа может

MT8056» стоимостью 2980 рублей, также

произойти из-за профессиональных просче-

«AMTAST AMF062» анализатор качества

тов или по бытовым случайностям. Послед-

воздуха CO2 стоимостью 10500 руб. [3]. Но

ствия пожара или взрыва от утечки бытового

из-за высокой цены не каждый может при-

газа носят серьезный характер.

обрести этот товар.

Взглянув на эти проблемы, становится

Хотелось бы предложить альтернатив-

понятна

важность

поддерживания качества

ный вариант, который превосходит по коли-

воздуха, которым мы дышим. Помочь вести

честву измеряемых параметров, а также до-

измерения в режиме реального времени и

ступнее по стоимости, ведь в совокупности

оповестить вас об опасности поможет при-

наш вариант не превышает стоимость в 1500

боранализатор воздуха.

руб. (рис.1).

В связи с высокой стоимостью различ-

Практическая часть в рамках данного

ных моделей газоанализаторов, хотелось бы

исследования будет реализована на базе

предложить альтернативный вариант, кото-

платформы Arduino Uno. Плата выполнена

рый превосходит по количеству измеряемых

на базе процессора ATmega с тактовой ча-

параметров, а также доступнее по стоимости.

стотой 16 МГц, обладает памятью 32кБ. На

На

рынке

присутствуют

различные

платформе расположены 14 контактов (pin)

модели,

такие как «Детектор угарного

цифрового ввода и вывода, 6 аналоговых

газа СО

Мастер

Кит МТ8056

/ Даджет

контактов [1].

Рис. 2. Схема подключения анализатора

Рис. 1. Газоанализатор в собранном виде

воздуха

Микросхема ESP8266 (рис.3) – один из

ность дистанционного управления и сбора

самых популярных инструментов для орга-

данных [2].

низации беспроводной связи в проектах ум-

Цифровой датчик температуры и влаж-

ного дома. С помощью беспроводного кон-

ности DHT11 (рис.4) является составным

троллера можно организовывать связь по ин-

датчиком, который выдаёт сигнал с соответ-

терфейсу Wi-Fi, обеспечивая проектам

ствующими показаниями.

Arduino выход в интернет и возмож-

Рис. 4. Датчик температуры и

Рис. 3. WI-FI модуль MSP8266

влажности DHT11

Электронные компоненты используют-

зовать для обнаружения утечек газа и за-

ся для подачи сигнала в случае превышения

дымления.

предельно допустимой концентрации одной

Датчик угарного газа MQ-135 (рис.6)

из исследуемых величин, а также для инди-

применяется для определения наличия и

кации работы устройства [4].

концентрации углекислого газа (CO2) в

Для того, чтобы плата Arduino успешно

окружающей среде. Он состоит из химиче-

решала задачу по утечке газа нужно подклю-

ского полупроводникового сенсора - слой

чить к ней датчик газа MQ-2 (рис.5). Датчик

чувствительного полупроводника (обычно

MQ-2 позволяет определить концентрацию

это оксиды переходных металлов) на инерт-

углеводородных газов (пропан, метан, н-

ной подложке, поверхность которого умеет

бутан), дыма (взвешенных частиц, являю-

селективно захватывать какие-то летучие

щихся результатом горения) и водорода в

вещества из газа.

окружающей среде. Датчик можно исполь-

Рис. 5. Датчик MQ-2

Рис. 6. Датчик MQ-135

В результате такой хемосорбции полу-

качества окружающего воздуха, были взяты

проводник приобретает заряд и меняет свои

основные формулы, соответствующие [6]:

свойства: обычно следят за его сопротивле-

Комплексный индекс загрязнения ат-

нием. Полупроводниковые сенсоры практи-

мосферы:

чески всегда требуют времени прогрева для

нормальной работы.

(1)

Для оценки температуры, влажности и

ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019

ISSN 2618-7167

Допустимая концентрация CO2

в порено два светодиода, установленные непо-

мещении:

средственно на самих датчиках [5].

Программирование

микроконтроллера

доп

= −

(2)

(написание Скетча) для Arduino осуществля-

ф

ется на языке программирования C++. Сле-

Количество избыточного тепла:

дующим шагом стало

программирование

1⁄

устройства в среде Arduino IDE. Общая идея

6 = и од(2,5 + 10,3 в

2

)(35 − в)

(3)

алгоритма была следующей:

Данные формулы

учитывались

при

программно подключить датчики к

проектировании газоанализатора и при ка-

платформе;

либровке соответствующих датчиков.

настроить режим работы датчиков и,

При

составлении

алгоритма работы

при необходимости, их откалибровать;

устройства, учитывались допустимые значе-

снимать показания последовательно

ния концентрации газа в помещении. В таб-

с каждого датчика и выводить их в специ-

лице представлены нормативные значения и

альный монитор порта.

их влияние на здоровье организма [7]:

Если показатели в норме, зажечь зеле-

Для создания устройства использова-

ный диод, при превышении порогового зна-

лись описанные ранее плата контроллер

чения какого-либо из измеряемых парамет-

Arduino Uno, плата расширения, датчики

ров включить красный диод на непродолжи-

MQ-2, MQ-135, DHT11 (рис.2). Для подачи

тельное время.

сигналов при работе устройства предусмот-

Таблица 1

Анализ влияния «качества» воздуха на здоровье человека

Концентрация

Строительные нормативы

Влияние на организм (согласно санитарно-

(согласно ГОСТ 30494-

CO2 (ppm)

гигиеническим исследованиям)

2011)

менее 800

Воздух высокого качества

Идеальное самочувствие и бодрость

800 – 1000

Воздух среднего качества

На уровне 1 000 ppm каждый второй ощу-

щает духоту, вялость, снижение концен-

трации, головную боль

1000 – 1400

Нижняя граница допусти-

Вялость, проблемы с внимательностью и

мой нормы

обработкой информации, тяжелое дыха-

ние, проблемы с носоглоткой

Выше 1 400

Воздух низкого качества

Сильная усталость, безынициативность,

неспособность сосредоточиться, сухость

слизистых, проблемы со сном

Были

произведены

тесты собранного

ваны изменения концентрации углекислого

газоанализатора в жилой комнате. В течении

газа и скачки при проветривании.

данного периода времени были зафиксиро-