Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів
Рассмотрены алгоритмы и специальные программные средства в составе виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования, которые дают возможность быстро строить и анализировать зависимости на основе данных, полученных от портативного прибора "Флора-тест", для наработки промышленных м...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2008
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6508 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів / І.Б. Галелюка // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 138-145. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-6508 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-65082010-03-05T12:01:33Z Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів Галелюка, І.Б. Рассмотрены алгоритмы и специальные программные средства в составе виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования, которые дают возможность быстро строить и анализировать зависимости на основе данных, полученных от портативного прибора "Флора-тест", для наработки промышленных методик выращивания растений. Розглянуто алгоритми та спеціальні програмні засоби в складі віртуальної лабораторії автоматизованого проектування, які дозволяють швидко будувати й аналізувати залежності на основі даних, отриманих портативним приладом "Флоратест", для напрацювання промислових методик вирощування рослин. In the article it is considered algorithms and software of virtual laboratory, which let to fast build and analyze data dependence, received by mean of portable device "Florat-est", for working out of industrial methods for plant farming. 2008 Article Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів / І.Б. Галелюка // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 138-145. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6508 381.3 uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Рассмотрены алгоритмы и специальные программные средства в составе виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования, которые дают возможность быстро строить и анализировать зависимости на основе данных, полученных от портативного прибора "Флора-тест", для наработки промышленных методик выращивания растений. |
| format |
Article |
| author |
Галелюка, І.Б. |
| spellingShingle |
Галелюка, І.Б. Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| author_facet |
Галелюка, І.Б. |
| author_sort |
Галелюка, І.Б. |
| title |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| title_short |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| title_full |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| title_fullStr |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| title_full_unstemmed |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| title_sort |
інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2008 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6508 |
| citation_txt |
Інформаційні технології в напрацюванні методичного забезпечення інтелектуальних портативних приладів / І.Б. Галелюка // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 138-145. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT galelûkaíb ínformacíjnítehnologíívnapracûvannímetodičnogozabezpečennâíntelektualʹnihportativnihpriladív |
| first_indexed |
2025-07-02T09:25:43Z |
| last_indexed |
2025-07-02T09:25:43Z |
| _version_ |
1836526698234904576 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 138
I. Galelyuka
INFORMATION TECHNOLOGY
FOR WORKING OUT OF ME-
THODS OF SMART
PORTABLE DEVICES
In the article it is considered algo-
rithms and software of virtual labor-
atory, which let to fast build and
analyze data dependence, received
by mean of portable device "Florat-
est", for working out of industrial
methods for plant farming.
Рассмотрены алгоритмы и спе-
циальные программные средства
в составе виртуальной лаборато-
рии автоматизированного проек-
тирования, которые дают воз-
можность быстро строить и
анализировать зависимости на
основе данных, полученных от
портативного прибора "Флора-
тест", для наработки промыш-
ленных методик выращивания
растений.
Розглянуто алгоритми та спеціа-
льні програмні засоби в складі
віртуальної лабораторії автома-
тизованого проектування, які
дозволяють швидко будувати й
аналізувати залежності на основі
даних, отриманих портативним
приладом "Флоратест", для на-
працювання промислових методик
вирощування рослин.
І.Б. Галелюка, 2008
УДК 381.3
І.Б. ГАЛЕЛЮКА
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
В НАПРАЦЮВАННІ
МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ
ПОРТАТИВНИХ ПРИЛАДІВ
Вступ. Розроблений в Інституті кібернетики
імені В.М. Глушкова НАН України портати-
вний прилад "Флоратест" [1] для експрес-
діагностики стану рослин є типовим резуль-
татом успішного проведення міждисципліна-
рних досліджень у таких галузях науки, як
фізика, фізіологія рослин, мікроелектроніка
та інформаційні технології. Прилад побудо-
ваний на основі аналізa інтенсивності флуо-
ресценції хлорофілу, що міститься у листях
досліджуваної рослини, в часі. Однією з важ-
ливих задач, з якою зустрілися розробники,
була напрацювання промислового методич-
ного забезпечення цього приладу.
Загальні відомості. Напрацювання про-
мислових методик передбачає проведення
великої кількості довготривалих експеримен-
тів з метою отримання достатньої кількості
даних, які б дозволили знайти достовірні за-
лежності між отриманими даними та станом
досліджуваного об'єкта.
Згідно теорії планування експерименту [2]
будь-який експеримент включає кілька чітко
визначених етапів:
1) організація експерименту таким чином,
щоб як найкраще вирішити поставлену зада-
чу, а саме, мінімізувати часові та матеріальні
витрати та досягти більш точних результатів;
2) обробка результатів експерименту з ме-
тою отримання максимальної кількості інфо-
рмації про досліджуваний об'єкт;
3) формування висновків про стан об'єкта
за результатами експерименту.
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В НАПРАЦЮВАННІ МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 139
Перший етап виконується безпосередньо на об'єкті дослідження, наприклад,
на дослідних ділянках. Водночас другий і третій етапи здійснюються засобами
інформаційних технологій (в нашому випадку засобами віртуальної лабораторії
автоматизованого проектування (ВЛАП) [3]).
За такою схемою в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН Украї-
ни (ІК НАН України) спільно з Національним науковим центром "Інститут ви-
ноградарства і виноробства імені В.Є. Таїрова" Української академії аграрних
наук (ННЦ ІВіВ) були напрацьовані промислові методики експресного визна-
чення фізіологічного стану виноградних рослин методом індукції флуоресценції
хлорофілу. А саме, визначалася стійкість цих рослин до ґрунтової засухи й ура-
жень шкідниками та хворобами, вплив біологічно-активних речовин на фотоси-
нтетичний апарат тощо.
Програма експерименту виконувалася на дослідних ділянках ННЦ ІВіВ за
допомогою портативного приладу "Флоратест". Програмними засобами віртуа-
льної лабораторії ІК НАН України здійснювалася обробка результатів експери-
менту, пошук характерних залежностей, на основі яких були розроблені та запа-
тентовані промислові методики [4, 5].
До програмних засобів, які розроблено у складі ВЛАП для напрацювання
методичного забезпечення, поставлено наступні вимоги:
1) простота інтеграції у структуру ВЛАП;
2) можливість експорту файлів з даними в автоматичному або ручному ре-
жимах;
3) візуалізація даних як у текстовій, так і в графічній формі;
4) візуалізація отриманих залежностей у вигляді діаграм з можливістю їх
обробки як стандартними програмними пакетами, так і спеціальними;
5) автоматизований пошук характерних точок максимумів, мінімумів та ін-
ших з метою напрацювання промислових методик.
При дослідному використанні приладу "Флоратест" в ННЦ ІВіВ були поста-
влені наступні задачі, вирішення яких вимагало обробки результатів за допомо-
гою спеціальних програмних засобів ВЛАП:
1) експериментально обґрунтувати можливість промислового використання
методу індукції флуоресценції хлорофілу (ІФХ) у такій галузі сільського госпо-
дарства як виноградарство;
2) за допомогою портативного приладу "Флоратест" дослідити закономірно-
сті змін параметрів флуоресценції хлорофілу виноградної рослини в умовах ґру-
нтової засухи, уражень рослин шкідниками та хворобами, а також під впливом
біологічно-активних речовин;
3) на основі вивчення зміни параметрів ІФХ виноградної рослини оптимізу-
вати умови вирощування посадкового матеріалу винограду (використання шту-
чного поливу, внесення добрив, гербіцидів, біологічно-активних речовин та ін.);
4) за результатами дослідної експлуатації приладу "Флоратест" розроби-
ти промислові методики вибору посухостійких сортів виноградної рослини,
боротьби з шкідниками тощо, придатні для промислового застосування у
виноградарстві.
І.Б. ГАЛЕЛЮКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 140
Для обробки даних експериментів і візуалізації отриманих залежностей (зо-
крема, інтенсивності ІФХ виноградної рослини в умовах посухи і в нормальних
умовах, здорових рослин і під впливом стресових чинників) розроблено програ-
мні засоби згідно загального алгоритму, який показано на рис. 1. Призначенням
цих програмних засобів є перевірка вірогідності отриманих вимірювань, пошук і
вибір ефективного центру розподілу даних, пошук границь цензурування з по-
дальшим вилученням тих вимірювань, які виходять за ці межі і, відповідно, спо-
творюють вимірювання. Алгоритм перевірки вірогідності отриманих даних і
статистичної обробки вимірювань показано на рис. 2.
РИС. 1. Загальний алгоритм роботи ПЗ автоматизації напрацювання промислових методик
тестування рослин і побудови характерних залежностей
Розрахунок за алгоритмом на рис. 2 починається із знаходження за допомо-
гою декількох методик центрів розподілу отриманих вимірювань, а саме: серед-
нє арифметичне X ; центр розмаху PX ; центр згинів CX ; медіана MX ; середнє
арифметичне за виключенням значень крайніх 25 % ділянок ряду 5,0X .
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В НАПРАЦЮВАННІ МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 141
РИС. 2. Алгоритм перевірки вірогідності отриманих вимірювань і статистичної
обробки вимірювань
І.Б. ГАЛЕЛЮКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 142
Для подальших розрахунків приймаємо те значення центру розподілу, яке за-
ймає медіанне положення в їх впорядкованому ряду. Використовуючи вибраний
центр розподілу можна розрахувати оцінки СКВ σ і вибрати з таблиць ексцес ε
і контрексцес χ. Надалі знаходимо квантиль границі цензурування за формулами
гр 1,2 3,6 1 χ lg 10t n або гр 1,55 0,8 ε 1lg 10t n ,
і, відповідно, границю цензурування грX за формулою
гр грσX t .
Оскільки вимірювання, які знаходяться за межами границі цензурування,
можуть значно спотворити кінцеві оцінки, то їх видаляють з ряду відліків. Після
вилучення згаданих відліків повторюють розрахунок оцінок σ, χ, ε, а потім і но-
вої границі цензурування.
Перевірка вірогідності отриманих вимірювань полягає, на початковому ета-
пі, в знаходженні середнього арифметичного X і СКВ σ. Далі знаходимо крите-
рій перевірки t (розподіл Стюдента) за формулою:
σ
X x n
t
.
Порівняння критерію t з відповідними таблицями, що містяться у бібліоте-
ках віртуальної лабораторії, дасть відповідь про те, чи можна вважати вірогід-
ним результат вимірювання х.
У результаті обробки даних експериментів за розробленими алгоритмами і
за допомогою спеціальних програних засобів побудовані узагальнені залежності
максимальної інтенсивності ІФХ виноградних рослин під впливом посухи (28–
30 % неповна вологоємність, кількість досліджуваних кущів виноградної росли-
ни до 100) і в контрольній вибірці (68–70 % неповна вологоємність, кількість
досліджуваних кущів виноградної рослини до 100) протягом періоду вегетації
(5 місяців). Це дало змогу спеціалістам з ННЦ ІВіВ довести, що водний дефіцит
чітко проявляється на формі кривої ІФХ і в рівні максимальної інтенсивності
ІФХ. Такі залежності були побудовані для окремих сортів виноградної рослини,
що важливо для відбору посухостійких сортів.
Зокрема, обробка даних експериментів за розробленими алгоритмами дала
можливість побудувати залежності максимальної інтенсивності ІФХ виноград-
них рослин таких сортів, як РхР 101-14 і Кобер 5ББ, в нормальних умовах і в
умовах штучної посухи від часу (рис. 3, 4).
У процесі експериментів досліджувалися впливи різних біологічних хвороб
виноградної рослини, зокрема, хлорозу на форму кривої ІФХ і рівні інтен-
сивності флуоресценції. За результатами експериментів побудовані залежності,
які показали чітку відмінність у кривих ІФХ хворих і здорових виноградних
рослин (рис. 5).
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В НАПРАЦЮВАННІ МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 143
РИС. 3. Залежність інтенсивності ІФХ виноградної рослини (сорт РхР 101-14) в умовах
посухи і в нормальних умовах (вибірка кущів 80…100)
РИС. 4. Залежність інтенсивності ІФХ виноградної рослини (сорт Кобер 5ББ) в умовах
посухи і в нормальних умовах (вибірка кущів 80…100)
І.Б. ГАЛЕЛЮКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 144
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86
t, с
Ін
те
н
с
и
в
н
іс
ть
ф
л
у
о
р
е
с
ц
е
н
ц
ії
,
в
ід
н
о
с
н
і
о
д
и
н
и
ц
і
– – – – листя уражені хлорозом винограду
–––––– листя здорових рослин
РИС. 5. Типові криві індукції флуоресценції хлорофілу листя мікро клонів підщепи
Кобера 5ББ (здорових і уражених хлорозом, вибірка кущів 80…100)
Отримані результати вимірювань кривих ІФХ виноградних рослин різних
сортів і побудовані за ними залежності підтверджуються еквівалентними ре-
зультатами фізіологічних показників тканин листя, проведених за загальноп-
рийнятими агробіологічними методиками, які є довготривалими, складними й
проводяться з використанням лабораторного обладнання кваліфікованими фахі-
вцями. Відповідно, методика на основі портативного приладу "Флоратест" може
бути використана як експресна та неінвазійна для комплексної оцінки різних
сортів винограду на чутливість до засухи [5] і, відповідно, для розробки алгори-
тму керування системами штучного поливу, а також для діагностики захворюва-
ності на різні хвороби, ураження шкідниками тощо. Впровадження розроблених
експрес-методик оцінки посухостійкості виноградних рослин дало змогу опти-
мізувати режими штучного поливу винограду і тим самим знизити енерго- і во-
доспоживання на одиницю продукції.
Висновки:
1. Розглянуто розроблені алгоритми й спеціальні програмні засоби у складі
ВЛАП, які дозволяють швидко будувати й аналізувати залежності на основі да-
них, отриманих портативним приладом "Флоратест" при дослідженні кущів ви-
ноградної рослини в умовах промислового виноградарства. Побудова та візуалі-
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В НАПРАЦЮВАННІ МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 145
зація інтегральних залежностей дозволяє у реальному часі діагностувати стан
фотосинтетичного апарата виноградної рослини та визначати характер стресово-
го фактора (посуха, хлороз тощо).
2. Напрацьовані за допомогою приладу "Флоратест" оригінальні промислові
методики визначення посухостійкості виноградної рослини відрізняються від
існуючих агробіологічних експресністю, неінвазійністю і простотою. Їх впрова-
дження дозволяє швидко відбирати посухостійкі сорти виноградної рослини, а
також керувати системою штучного поливу, враховуючи не тільки вологість
ґрунту, але й вологоємність листя, тобто стан фотосинтетичного апарата росли-
ни. Керування штучним поливом за останнім параметром дає можливість більш
економно витрачати енергетичні та водні ресурси на одиницю продукції виног-
радарства.
3. Досвід застосування комп'ютерного приладу "Флоратест" довів, що наяв-
ність у складі ВЛАП спеціального алгоритмічного та програмного забезпечення
дозволяє користувачу цього приладу використовувати віртуальну лабораторію
для напрацювання промислових методик вирощування рослин.
1. Romanov V., Sherer V., Galelyuka I. et al. Smart portable fluorometer for express-diagnostics of
photosynthesis: principles of operation and results of experimental researches // Information
research and applications (I.TECH 2007) : Firth International Conf., 26-30 June 2007, Varna,
Bolgaria: Proceedings, 2007. – Vol. 2. – P. 399–403.
2. Володарский Е.Т., Малиновский Б.Н., Туз Ю.М. Планирование и организация измеритель-
ного эксперимента. – Киев: Вища школа, 1987. – 280 с.
3. Palagin O., Romanov V., Galelyuka I., Kachanovska M. Virtual Laboratory for Computer-
Aided Design of Biosensors // Computing. – 2007. – Vol. 6, Issue 2. – P. 68–76.
4. Галелюка І.Б. Елементи теорії та інструментальні засоби віртуального проектування ком-
п'ютерних пристроїв і систем автоматизації експериментальних досліджень біологічних
об'єктів : Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – К., 2008. – 20 с.
5. Пат. України на корисну модель № 24908. Спосіб визначення фізіологічного стану рос-
лин методом індукції флуоресценції хлорофілу / В.О. Шерер, Є.В. Сарахан . – Опубл.
25.07.2007, бюл. № 11.
Отримано 21.11.2008
|