Файл: Система мониторинга пожарной и медико экологической безопасности с использованием анализа видеоданных с беспилотных летательных аппаратов.pdf
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 337
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
57
)
х
(
F
Р
U
Р
i
р
р
р
,
(2.8) где
U
Р
р
- уверенность в классификации пожарной обстановки с идентификатором р;
)
х
(
i
р
- функции принадлежности к классу с именем р для базовой переменной (информативного пожарного признака)
i
х
;
F
Р
р
- функция агрегации для класса
р
6. При наличии репрезентативных обучающих выборок по классам пожаров
р
, которые могут быть сформированы, как в ходе моделирования пожарной обстановки, так и в процессе эксплуатации системы, модель типа (2.8) может быть уточнена путем использования обучаемой искусственной НС NP
p с последующим сравнением качества работы NP
p c UP
p
. При этом возможны варианты обратного перехода к модели (2.8) или перехода к гибридной модели вида:
GP
p
=FG
p
(UP
p,
NP
p
),
(2.9) где GP
p
– функция классификации гибридного типа; FG
p
– соответствующая функция агрегации.
При использовании искусственных НС в качестве одного из источников данных о пожарах могут быть применены видеокамеры, тогда процесс обучения будет проводиться как задача анализа сцен (распознавание на видеоизображениях пожаров).
Для уменьшения ложных срабатываний при обнаружении пожаров могут быть сформированы базы эталонных изображений пожарной обстановки, тогда принятие решений осуществляется сравнением реальной обстановки с эталонными образами. Этот тип решающих правил может быть агрегирован с моделью (2.9).
58 7. Если для оценки пожарной обстановки планируется использование нескольких неподвижных и (или) подвижных платформ, могут ставиться и решаться задачи уточнения координат возгорания, мониторинга динамики и (или) прогнозирования развития пожара. Например, если диагностическая платформа установлена на летающем роботе, то для уточнения координат пожара и его характера можно организовать движение аппарата в сторону максимального значения заданного параметра (концентрация СО, температура, интенсивность электромагнитного излучения). Вариант управления летающего робота по такому принципу описан в работах [52, 53, 86].
Для решения задачи прогноза развития пожара определяется направление и скорость изменения значений выбранного параметра, возможно с расчетом траектории движения платформы с датчиками с целью уточнения прогноза.
Для решения задач мониторинга динамики пожарной обстановки могут быть использованы модели мониторинга, описанные в работах [2, 57, 59, 60, 61,
62, 63, 86].
8. Синтез моделей прогнозирования и оценки состояния здоровья людей, находящихся в зоне действия пожара, осуществляется с использованием моделей
(2.1), (2.2) или (2.3), (2.4). Для уточнения принимаемых решений в работах [6, 24,
25,
58
] рекомендуется дополнительно использовать экологические и индивидуальные факторы риска. В этих же работах описан метод синтеза гибридных прогностических и диагностических моделей. Например, при наличии технических возможностей, перед формированием команды, направляющейся в зону пожара, у людей могут быть оценены текущие значения функционального состояния, функционального резерва, защитная реакция организма, уровни текущего психоэмоционального напряжения и утомления [6, 20, 21, 24, 25, 27, 33,
35, 41, 55, 58, 106, 107].
В работах [3, 6, 58, 86] показано, как эти показатели могут быть оценены по энергетической реакции биологически активных точек.
59
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.3 Нечеткие математические модели прогнозирования и оценки
степени тяжести отравления угарным газом
Монооксид углерода (CO) представляет собой отравляющее вещество, выделяющееся, в том числе, в процессе термического разложения продуктов горения. Из-за своей высокой токсичности окись углерода представляется одним из самых распространѐнных причин поражения человека и животных химическими веществами, приводящими к смерти. Официальные статистические источники отображают данные, согласно которым общая смертность от оксида углерода составляет около четверти всех летальных исходов, происходящих в
России от веществ, способных оказывать отравляющее действие.
Воздействие угарного газа с концентрацией более 1% в замкнутом пространстве тяжело отражается даже на здоровье тех людей, которые находились в замкнутом помещении небольшой период времени (более 2-3 минут). Частичная или полная потеря трудоспособности – классическая форма осложнений для лиц, перенесших интоксикацию монооксидом углерода.
Возможность снижения риска смертности и роста осложнений у отравившихся больных напрямую зависит от оперативного и комплексного лечения, как на этапах эвакуации и доставки к автомобилю скорой помощи, так и в периоды следования и нахождения под наблюдением в лечебном учреждении, включающего в себя своевременную нормоксическую баротерапию чистым кислородом и последующие виды терапии, сочетающие современные методы борьбы с воздействием на организм токсичных химических веществ.
Одним из способов снижения риска инвалидизации от отравления угарным газом является своевременная и точная оценка степени тяжести отравления.
Прогноз возможной степени тяжести от отравления СО важен при направлении людей к месту чрезвычайных ситуаций, в ходе развития которых возможно выделение угарного газа.
60
Анализ принятой в России системы классификации степеней тяжести при отравлении угарным газом показал, что обычно выделяют три класса: легкое, среднее и тяжелое в сочетании с крайне тяжелым отравлением [16, 39, 40, 44, 45], причем границы между классами определяются весьма условно по содержанию карбоксигемоглобина (HbCO) в крови, что в полевых условиях (вне клиники) сделать практически невозможно. В клинических условиях между границами классов также существует достаточно широкая зона неопределенности.
Например, правая граница класса средняя тяжесть определена уровнем 40%
HbCO, а левая, класса тяжелое отправление - на уровне 50% HbCO. Эта неопределенность значительно возрастает, если оценивается концентрация СО в воздухе рабочей зоны, что часто бывает в практических случаях, например, при пожаре.
В основу проводимых исследований была положена классификация и наблюдаемая клиническая картина, описанная в работе [16] и представленная таблицей 2.2.
Таблица 2.2 – Критерии оценки степени тяжести отравления монооксидом углерода
Тяжесть отравления Клиническая картина
1 2
Легкая степень
(содержание HbCO в крови до 10-20%)
Токсическая энцефалопатия: беспокойство, головная боль опоясывающего характера в височной и лобной областях, головокружение, тошнота, рвота, шум в ушах, мерцание в глазах, сужение зрачка.
Нарушение функции дыхания: затруднение дыхания, першение в горле, учащение пульса, чувство нехватки воздуха, осиплость голоса, кашель с мокротой, содержащей копоть, показатель карбоксигемоглобина в крови – 10-30%.
61
Продолжение таблицы 2.2 1
2
Средняя степень
(содержание HbCO в крови до 30-40%)
Токсическая энцефалопатия: сильная головная боль, нарушение координации движений, покраснение кожи лица, мышечная слабость, чувство страха, дезориентация во времени и пространстве, зрительно-слуховые галлюцинации, агрессивные эмоции, анизокория или миоз чередуется с мидриазом.
Средняя степень
(содержание HbCO в крови до 30-40%)
Нарушение функции дыхания: гиперсаливация, бронхорея, выраженная одышка.
Нарушение функции сердечно-сосудистой системы: тахикардия, гипертензии, показатель карбоксигемоглобина в крови – 30-60%.
Тяжелое и крайне тяжелое отравление
(содержание HbCO в крови до 50-70%)
Токсическая энцефалопатия: сонливость, сопор, кома, снижение болевой чувствительности, тонические судороги, гипертермия, ретроградная амнезия.
Нарушение функции дыхания: брадипноэ или выраженная одышка. На Rn-граммеэмфизема с усилением легочного рисунка; мелкоочаговые затемнения прикорневой локализации; диффузные крупноочаговые затемнения, токсический отек легких.
Нарушение функции сердечно-сосудистой системы: возможны внезапная смерть, токсический отек мозга. На
ЭКГ нарушения ритма и проводимости, признаки гипоксии миокарда, экстрасистолия. Трофические расстройства кожи и подлежащих тканей. Поражение различных органов и систем, нарушение функции почек.
Примечание: при концентрации НbСО в крови 30-40% смертность составляет 4,5%; при 40-50% – 14,5%; при 60-70% – 28,6%; при 70-80% – 48,5%.
62
Основываясь на классификации, приводимой в таблице 2.2, эксперты, обученные на применение МСГНРП в медицинской предметной области под руководством инженера по знаниям, осуществляют синтез искомых математических моделей.
Основываясь на данных литературных источников, мнения экспертов и собственный опыт, было принято решение на расширение списка степеней тяжести до пяти: отравление отсутствует (класс норма) –
Н
; легкая степень – класс
Л
; средняя тяжесть – класс
С
; тяжелая степень – класс
Т
; крайне тяжелая степень отравления, приводящая к смерти – класс
К
В общем, признаки и симптомы острого отравления угарным газом можно ожидать на уровнях HbCO от 3% до 24%. Более серьезные признаки отравления
СО развиваются на средних уровнях 24,3%, а смертельный исход – на уровне от
32,1% до 60 %. Воздействие СО, приводящее к уровню HbCO > 50%, как правило, заканчивается смертельным исходом.
В качестве базовых моделей классификации, исходя из доступного материала исследований, эксперты выбрали модели (2.3), которые для выбранных классов степеней тяжести модифицируются в систему нечетких моделей вида:
,
;
;
;
;
)
Q
(
U
)
t
(
)
Q
(
U
)
t
(
)
Q
(
U
)
t
(
)
Q
(
U
)
t
(
)
Q
(
U
CO
К
К
Т
CO
Т
Т
С
CO
С
С
Л
CO
Л
Л
H
CO
H
H
(2.10) где
U
– уверенность в степени отравления по классу
(
К
Т
С
Л
Н
,
,
,
,
);
)
(
Q
– функция принадлежности к классу
с базовой переменной
CO
Q
;
CO
Q
=С
СО
/С
ПСО
;
С
СО
– измеренная концентрация в мг/л; С
ПСО
– предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (С
ПСО
=0,02 мг/л);
)
(t
Л
– поправочный
63 коэффициент (нормирующий временной множитель), позволяющий учитывать время воздействия СО на организм человека.
Следует отметить, что при расчете
К
U
поправочный коэффициент по времени не вводится, поскольку для концентраций этого класса степени тяжести критическое состояние и смерть наступает в течение нескольких минут. Принятие решений в пользу класса
принимается по максимальному значению показателя
U
С учетом широкого динамического диапазона концентрацией СО, порождающих различные степени отравления (
CO
Q
=С
СО
/С
ПСО изменяется от 0 до
75), было принято решение синтезировать три группы функции принадлежности:
)
Q
(
СO
Н
и
)
Q
(
СO
Л
для диапазона
СO
Q
[0,…,30];
)
Q
(
СO
С
для диапазона
СO
Q
[10, …, 60];
)
Q
(
СO
Т
и
)
Q
(
СO
К
для диапазона
СO
Q
выше 50.
Графики функций принадлежности и временных поправок строились в соответствии с общими рекомендациями МСГНРП, приведенными в работах [22,
24].
На рисунке 2.2 приведены графики функций принадлежности к классам
Н
и
Л
с соответствующими графиками временных поправок
)
t
(
Н
и
)
t
(
Л
Аналитически графики, приведенные на рисунке 2.2, описываются выражениями:
;
Q
если
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
,
)
Q
(
CO
CO
CO
CO
CO
CO
СO
Н
7
,
0 7
4 7
056 0
4 1
1 056 0
1 1
0 1
2 2
.
Q
если
,
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
,
)
Q
(
,
;
Q
если
,
)
Q
(
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
СO
Л
30 0
30 24 30 014 0
24 18 18 014 0
1 18 7
1,
7 4
7 056 0
1 4
1 1
056 0
1 0
2 2
2 2
64
.
Q
если
;
Q
если
Q
,
)
t
(
CO
CO
CO
Н
3
,
0 3
1,
333 0
.
Q
если
;
Q
если
Q
,
)
t
(
CO
CO
CO
Л
3
,
1 3
,
333 0
a) б)
Рисунок 2.2 – Графики: а) функций принадлежности к
Н
и
Л
; б) временных поправок к классам
Н
и
Л
С учетом модели (2.10) уверенность в наличии нормального состояния и легкой стадии отравления СО определяется выражениями:
U
H
(CO)=
)
t
(
)
Q
(
Н
СO
Н
,
(2.11)
1,0
????
ℓ
????
СО
10 15 18
????
СО
????
н
????
СО
????
л
????
СО
24 20 1
4 5 7
30 1,0
????
ℓ
????
1 2
4 t
????
н
????
????
л
????
3 t
(часы)