30 Апр

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЗАГРУЖЕННОСТИ ДИСПЕТЧЕРА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Предельная нагрузка на диспетчерский пункт УВД определяется нормативной пропускной способностью (НПС), т.е. количеством обслуживаемых воздушных судов (ВС) в час. Считается, что превышение предельной НПС влечет за собой риск отказа системы. Риск отказа объясняется нагрузкой на диспетчера, при пороговых значениях которой он не способен в полной мере поддерживать должный уровень безопасности, т.е. возможны нарушения интервалов ВС или опасные сближения. Такие ситуации возникают вследствие разных причин, возникающих в процессе работы авиадиспетчера, и чаще всего зависят от рационального принятия решений при УВД, т.е. от уровня квалификации авиадиспетчера [1]. Методика [2] определяет расчеты НПС диспетчерских пунктов с учетом многих факторов. Замечено, что ключевую роль в этих расчетах играют численные характеристики потока воздушного движения и возникающие в следствии конфликтные ситуации, требующие особого внимания диспетчера. Данные факты подтверждают, что на формирование воздушной обстановки может влиять как диспетчер УВД, так и поток ВС. Следовательно, существуют зависимости, регулирующие их взаимодействие.

Предположим, через диспетчер

Рис.1. Схема функционирования диспетчерского пункта

Рисунок 2. Распределение сеансов связи на ВС по маршрутам полета

В определенные моменты существует вероятность, что некоторое ВС после получения сигнала не сможет далее следовать в соответствии с заложенной в нем информацией. Например, наличие сильной болтанки вызывает в момент времени необходимость немедленной смены эшелона. Тогда со стороны экипажа формируется запрос на изменение состояния ВС. В данной ситуации, имея дефицит времени на ответный запрос, диспетчер обязан незамедлительно обеспечить смену эшелона. Это означает, что цепочка сигналов для этого ВС также увеличится.

Чтобы обеспечить смену состояния, нужно проанализировать ВО на наличие в новом желаемом состоянии ВС. Если такие конфликты имеют место, то вырабатывается такое управляющее воздействие  , которое способно удовлетворить ВС, не создавая при этом .

Воздействие  вырабатывается диспетчером на основе выбора из множества подобных воздействий , распределенного между конкретными ВС. Во многом выбор воздействия зависит от занятости воздушного пространства, а также от возможностей самих ВС. Количество возможных вариантов решения конфликтов напрямую зависит от объема свободного пространства. В стохастических потоках возможны такие ситуации, при которых будет недоступен целый диапазон возможных управляющих воздействий. Это в свою очередь означает, что изменение состояния какого-либо ВС должно исключать данную часть воздушного пространства настолько, насколько позволяет воздушная обстановка. При этом, чем больше будет одновременно задействованных состояний, тем сильнее отклонение ВС от его экономически выгодных параметров полета. При интенсивном УВД с высокой плотностью движения у диспетчера возникает дефицит времени. При таком дефиците запас времени на анализ воздушной обстановки может отсутствовать, и диспетчер применяет оперативные решения. В силу оперативности выдачи управляющего воздействия, а также в виду отсутствия прогнозирования данного события имеет место вероятность ошибки диспетчера , которая создает побочные конфликты . В таких ситуациях сигналы распределяются между участниками побочного конфликта, где указания могут быть выданы как одному, так и нескольким выбранным ВС. Суммарное число сеансов связи в подобных ситуациях возрастает в зависимости от  :

При наличии опасных метеоявлений, ограничений воздушного пространства, полетов в сложных метеорологических условиях и.т.д. радиообмен с отдельными ВС может происходить более интенсивно.

Рисунок 3. Сравнение частот радиообмена разных ВС по временным отрезкам при следовании по маршрутам.

Заключение

Представленный материал показывает, что при УВД ситуации отказа могут быть, и вызваны объективными причинами, связанными, в основном, со способностью авиадиспетчера одновременно управлять несколькими ВС. Решающее значение на эффективность управления оказывает поведение ВС во время движения. На основе проделанного анализа можно сделать вывод о том, что самую высокую нагрузку на диспетчера оказывает необходимость смены состояния ВС. Это объясняется необходимостью принятия решения, которое в виду отсутствия запаса времени принимается без должного анализа и оценки его влияния на дальнейшую безопасность полетов. Это может привести к отказу системы УВД или к необходимости дополнительных мер со стороны диспетчера, увеличивающих его загруженность. Возможным решением данной задачи может стать автоматизация процессов принятия решений путем поиска наилучших управляющих воздействий в зависимости от конкретного потока ВС.

Список литературы:

  1. Шестаков И.Н. Модель функционирования диспетчерского пункта системы управления воздушным движением, определяемая предельным состоянием авиадиспетчера.
  2. Приказ №757 “об утверждении Методики определения нормативов пропускной способности диспетчерских пунктов (секторов) органов обслуживания воздушного движения”.
  3. Матюшин М.М., Соколов Н.Л., Гершман К.Э., Овечко В.М. Стохастический метод формализации процесса оптимального распределения наземных средств управления группировкой космических аппаратов.
    АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЗАГРУЖЕННОСТИ ДИСПЕТЧЕРА
    В данной работе исследуется функционирование диспетчерского пункта с целью определения трудностей, возникающих у диспетчера в процессе УВД и предпосылок, способных привести к отказу системы при пороговых нагрузках. Основной упор в исследовании ставится на изучении процесса взаимодействия диспетчера с потоком воздушных судов. Обнаружены взаимосвязи, характеризующие это взаимодействие.
    Written by: Чебыкин Артем Павлович, Соколовский Александр Анатольевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/16/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.04.2017_04(37)
    Available in: Ebook
30 Апр

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ИЗОЛЯЦИИ КЛАССА НАГРЕВОСТОЙКОСТИ 220°С ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОДВИЖНОГО СОСТАВА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Введение и новизна. В практике электромашиностроения России, а также в других странах СНГ, при изготовлении электрических машин подвижного состава железнодорожного транспорта применяется изоляция класса нагревостойкости F или H [4]. Вместе с тем, большим резервом повышения технических характеристик, в том числе ресурсных, ТЭМ является переход на класс изоляции 200°С и 220°С. Такая конструкция изоляции находит все более широкое применение в ТЭМ иностранных изготовителей, в т.ч. «Alstom transport» (Франция), «General electric» (CША), «Traktionssysteme Austria GmbH» (Австрия) и др. Однако, учитывая «мягкие» климатические условия эксплуатации в Европе, испытания в «жестких» условиях России не проводились.

Чтобы оценить пригодность систем изоляции 200°С (220) в условиях эксплуатации железных дорог РФ, Украины и странах СНГ необходимо провести комплекс исследований в условиях имитирующих реальные климатические факторы (влажность до 100%, повышенную (до +40°С) и пониженную (до -60°С) температуру).

Анализ последних достижений и публикаций. Новые электроизоляционные материалы, а также технологии ее изготовления позволили усовершенствовать системы изоляции ТЭМ, улучшить тем самым их эксплуатационные и энергетические характеристики [3, 5]. Разработки [3, 5, 6, 8] с подробно описанными видами изоляции, технологическими операциями изготовления, результатами испытаний различных образцов, основного технологического оборудования для изготовления изоляции обмоток нашли широкое применение в промышленности стран СНГ, в частности метод вакуум-нагнетательной пропитки изоляции.

Специалистами ИЦ ТЭО были предложены методы испытаний на нагревостойкость с точки зрения приближения режимов испытания ТЭМ к реальным нагрузкам и условиям эксплуатации и обоснован выбор минимального порога сопротивления изоляции 1 МОм при стабилизированной температуре +110 ºС при испытаниях ТЭМ на стойкость к воздействию верхнего значения температуры окружающей среды по методу 201 – 1.2 . Были получены зависимости сопротивления изоляции в условиях повышенной влажности от времени ее воздействия, которые дают возможность прогнозировать сопротивление изоляции после воздействия на нее повышенной влажности в течение заданного времени, а также определить, за какое время сопротивление изоляции достигнет допустимое значение 0,5 МОм [7].

Фирма Traktionssysteme Austria GmbH (далее TSA) проектирует и изготавливает тяговые электродвигатели (далее ТЭД) и генераторы для подвижного состава компании Stadler, которая поставила электрооборудование для межобластного электропоезда, изготавливаемого Кременчукским вагоностроительным заводом (Украина), электропоезда для Московского наземного транспорта и др.

В 2013 – 2015 г.г. TSA проводила сертификационные испытания ТЭД и генератора в испытательном центре тягового электрооборудования ГП «Завод «Електротяжмаш» (ИЦ ТЭО).

Определение цели и задачи исследований. Сравнение конструкции изоляции классов нагревостойкости Н и 220°С в части устойчивости к воздействию климатических факторов, анализ результатов исследований и выработка рекомендации по применимости класса 220°С для железных дорог РФ и стран СНГ.

Основная часть исследований. Исследования проводили на пяти образцах ТЭМ с классом нагревостойкости изоляции Н и трех образцах с классом нагревостойкости 220° в условиях воздействия имитируемых климатических факторов (повышенной и пониженной температуры, повышенной влажности воздуха).

Испытания проводятся в климатических камерах KTBV-8000-IV и KTBV-8000-2, имеющие следующие основные характеристики: полезный объем 8м3, температура от минус 60±3 ºС до +220±3 ºС, относительная влажность от 0 до 100±3 % при температурах до 70 ºС).

Образец ТЭМ с классом нагревостойкости 220° перед испытаниями в климатермобарокамере KTBV-8000-IV показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Образец ТЭМ с классом нагревостойкости 220° перед испытаниями в климатермобарокамере KTBV-8000-IV

Критерием оценки состояния изоляции принята величина сопротивления изоляции относительно корпуса Rиз, измеренная диагностическим тестером TeraOhm 5kV типа MI 2077 фирмы «METREL» (Словения).

Воздействие повышенной температуры окружающей среды (по методу 201-1 [1]). Образцы подвергали воздействию температуры среды равной (180±3)°С для класса Н и (220±3)°С для класса 220° в испытательной камере, выдерживали их до прогрева по всему объему, затем охлаждали до температуры, соответствующей нормальным климатическим условиям испытаний (далее н.к.у.и.).

На рисунке 2, а и 2, б представлены результаты исследований в виде температурных зависимостей Rиз=f (Т).

 

а) воздействие повышенной температуры ; б) воздействие пониженной температуры

Рисунок 2. Зависимость величин сопротивления изоляции ТЭМ от воздействия температуры среды

Все представленные образцы показали высокие значения сопротивлений изоляции (допустимое значение при температуре 110°С не менее 1 МОм). Образцы с классом изоляции 220° (рисунок 2, а) при температуре 220°С имели существенно более высокие значения сопротивления изоляции чем образцы с классом Н при температуре 180°С (от 2 до 40 раз), а также не уступали классу Н по сопротивлению изоляции при температуре 110°С.

Воздействие пониженной температуры окружающей среды (по методу 203-1 [2]). Образцы подвергали воздействию температуры среды равной (минус 50±3)°С в испытательной камере, выдерживали их до охлаждения по всему объему, затем нагревали до температуры (40±3)°С.

Из рисунка 2, б видно что все представленные образцы имели высокие значения сопротивления изоляции на всем диапазоне температур окружающей среды и восстановили их после испытания до высоких значений (допустимое значение после восстановления в н.к.у.и. не менее 20 МОм).

Образцы с классом изоляции 220° показали величины сопротивления изоляции во время действия пониженной температуры минус 50°С более высокие, чем образцы с классом Н, а также не уступали классу Н по сопротивлению изоляции при увеличении температуры среды до 40°С и восстановления в н.к.у.и..

Воздействие повышенной влажности воздуха (по методу 207-1 [1]). Образцы подвергали воздействию шести непрерывно следующих друг за другом циклов (продолжительность цикла 24 часа), каждый из первых пяти циклов состояли из двух этапов: 16 часов при температуре (40±2)°С и относительной влажности (95±3)% и 8 часов при температуре (35±2)°С и относительной влажности (95-100)%. В последнем шестом цикле : 16 часов при температуре (40±2)°С и относительной влажности (95±3)% и 8 часов при температуре (25±2)°С и относительной влажности (95-100)%.

На рисунке 3 представлены результаты измерений сопротивления изоляции образцов в виде временных зависимостей Rиз=f(t), где t — длительность испытания в часах, а Rиз — усредненные значения сопротивлений изоляции образцов в n-м цикле, соответствующие каждому этапу. Rиз=∑Rизі/і где i – количество измеренных значений cопротивления изоляции в каждом цикле (на этапах продолжительностью 16 часов і=4, на этапах продолжительностью 8 часов і=2).

Все представленные образцы в течение воздействия повышенной влажности показали высокие значения сопротивлений изоляции.

Из рисунка 3 видно, что образцы с классом изоляции 220° в процессе испытаний по значениям сопротивления изоляции не уступали большинству

Рисунок 3 – Зависимости сопротивления изоляции относительно корпуса от времени воздействия повышенной влажности

образцов с классом Н и эти значения были не ниже допустимых (допустимое значение не ниже 0,5 МОм).

При воздействии повышенной влажности зависимость сопротивления изоляции от времени воздействия влажности на изоляцию имеет экспоненциальный вид [7]

Rиз= R0·eγt,                                  (1)

где t –время, часов;

R0 характеризует начальное сопротивление изоляции до испытаний, МОм;

γ — коэффициент, зависящий от свойств изоляции, характеризует скорость снижения сопротивления изоляции при воздействии влажного воздуха.

При эксплуатации ТЭМ возможно более продолжительное воздействие повышенной влажности, чем та, которой подвергались образцы при испытаниях. По полученным зависимостям можно спрогнозировать, каким будет сопротивление изоляции через 10, 20 и больше суток, а также прогнозировать, через какое время Rиз достигнет допустимого значения. Для этого найдем значение t из формулы (1):

                       (2)

Время t, при котором изоляция ТЭМ в условиях повышенной влажности сохраняет сопротивление изоляции выше допустимого значения, можно рассчитать аналитически по формуле (2), или при помощи графиков, см. рисунок 4, где ось времени продлена на 1540 часов для определения t всех образцов.

Рисунок 4 – Прогнозируемые зависимости сопротивления изоляции относительно корпуса от времени воздействия повышенной влажности

Для образцов №1, №2 и №3 класса изоляции 220° по прогнозу сопротивление изоляции достигнет допустимого значения через 1206 часов (50,2 суток), 1112 часов (46,3 суток) и 1146 часов (47,8 суток) соответственно. В сравнении с образцами класса изоляции Н это высокий показатель. Лишь образец №1 (класс Н) достигнет допустимого значения через 1286 часов (53,6 суток).

При внешнем осмотре образцов №1 — №3 с классом изоляции 220° после испытаний у образца №1 и №3 (рисунок 5, а), не имеющих лакокрасочных покрытий обмоток, была выявлена ворсистость поверхности изоляции обмоток, что может привести к скоплению пыли на поверхности, и как следствие приведет к снижению сопротивления изоляции, пробою изоляции или межвитковому замыканию. У образца №2, обмотки которого дополнительно были покрыты лакокрасочным покрытием, состояние поверхности после всех испытаний сохранилось в удовлетворительном состоянии как видно на рисунке 5, б.

а) образец № 1 с классом изоляции 220° ; б) образец № 2 с классом изоляции 220°

Рисунок 5 – Внешний вид образцов класса изоляции 220° после испытаний

 

Выводы из исследования и перспективы. 1. Положительные результаты сравнительных климатических испытаний и исследования методом математического моделирования показали целесообразность и перспективность внедрения в производство ТЭМ изоляции с классом нагревостойкости 220°С для применения на железных дорогах РФ и стран СНГ.

  1. В результате исследований подтверждено, что образцы ТЭМ с классом нагревостойкости 220°С имеют существенно большую устойчивость к климатическим внешним воздействиям изоляции по сравнению с образцами ТЭМ с классом нагревостойкости Н, а также демонстрируют способность работать в условиях воздействия повышенной влажности больший срок, чем большинство образцов с классом нагревостойкости Н.
  2. Разработанные математические модели позволили спрогнозировать значения сопротивления изоляции после воздействия на нее повышенной влажности на протяжении заданного времени и определить за какое время сопротивление изоляции достигнет критических значений в этих условиях. Данные модели рекомендуется применять в дальнейшем для исследований целесообразности тех или иных конструктивных или технологических нововведений.

Список литературы

  1. Изделия электротехнические. Методы испытаний на устойчивость к климатическим внешним воздействующим факторам: ГОСТ 16962.1-89./ — М.:Издательство стандартов,1989.-76
  2. 2. Комплексная система контроля качества. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний: ГОСТ 20.57.406-81./ — М.:Издательство стандартов,1991.-217с.
  3. Пак В.М., Трубачев С.Г. Новые материалы и системы изоляции высоковольтных электрических машин. М: Энергоатомиздат, 2007.
  4. Системы электрической изоляции . Оценка нагревостойкости и классификация: ГОСТ 8865 – 93 (МЭК 85 – 84). [Введен в действие от 1997-07-01] /. – М.: Издательство стандартов, 1995. – 8 с.
  5. 5. Электроизоляционные материалы и системы изоляции для электрических машин. В двух книгах. Кн. 2 / В.Г. Огоньков и др.; под. ред.. В.Г. Огонькова, С.В. Серебренникова – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 304 с.: ил..
  6. Юхимчук В.Д.. Технология производства электрических машин. Учебное пособие/в двух книгах/книга 2/ Харьков:Тимченко, 2006-592с.
  7. 7. Яцько С.И. Исследования устойчивости систем изоляции тяговых электических машин к воздействию климатических факторов / С.И. Яцько, к.т.н., доц., В.В. Карпенко, к.т.н., Д.Ю. Василенко // Вісник Кременчуцького державного університету імені Михайла Остроградського. – Кременчук: КДУ, 2010. – Вип. № 4/2010 (63) частина 1. – С. 134‑140.
  8. Ященко С.А. Модернизация и исследования системы электрической изоляции класса нагревостойкости Н тяговых электродвигателей, эксплуатируемых в экстремальных условиях: Дис. .канд. техн. наук. М., 2009.
    КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ИЗОЛЯЦИИ КЛАССА НАГРЕВОСТОЙКОСТИ 220°С ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
    Приведены результаты экспериментальных сравнительных исследований стойкости электрической изоляции образцов ТЭМ на основе изоляции класса нагревостойкости 220°С с серийными образцами на основе классов F или H. Построена математическая модель результатов испытаний на влагостойкость. Установлено, что образцы ТЭМ на основе изоляции класса 220°С имеют характеристики изоляции дос-таточно высокие по сравнению с образцами класса Н. На основании результатов сравнительных испытаний подтверждена целесообразность и перспективность применения изоляции класса 220°С, рекомендовано применение полученных математических моделей для исследований целесообразности конструктивных или технологических нововведений.
    Written by: Нейдорфер Харальд, Карпенко Владимир Владиславович, Василенко Денис Юрьевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/16/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.04.2017_04(37)
    Available in: Ebook
30 Апр

МЕТОДЫ БЕЗЭТАЛОННОЙ ОЦЕНКИ РЕЗКОСТИ И ДЕТАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Введение

В большинстве случаев, при оценке качества изображения человек не имеет эталона и поэтому оценивает его хорошее или плохое качество на основе своего опыта зрительного восприятия таких характеристик изображения, как четкость, резкость, контраст, насыщенность, наличие артефактов. Методы анализа качества изображений основаны на результатах сопоставления числовых мер различий эталонного и искаженного изображений с параметрами выбранной зрительной модели.

Проблема поиска новых методов анализа качества искаженных изображений, позволяющих объективно оценить ухудшение четкости, резкости, детализации без наличия эталона, является очень актуальной.

  1. Оценка резкости изображения

Резкость изображения это один из главных показателей его качества, из которого можно судить о пригодности изображения к дальнейшей обработке. Резкость описывает различимость деталей на фотографии. Соответствующая техника фотографии и пост-обработки может значительно улучшить резкость, хотя она безусловно ограничена возможностями камеры, увеличением изображения и дистанцией просмотра. Резкость также можно определить, как степень размытости границы между двумя соседними участками изображения с различной яркостью. На рисунке 1 представлено резкое изображение не размытое (не резкое).

В данном случае меру резкости можно оценить, как отношение изменения яркости изображения к длине участка на котором происходит это изменение.

  (1)

где ? — это изменение яркости, ? — ширина перехода. Если представить яркость изображения в виде функции от положения по оси  то наглядно резкость помет быть представлена как тангенс угла наклона (рисунок 2).

 

Рисунок 2. Профиль резкости изображения

Для того чтобы определить потенциальную границу перехода используется метод определения границ Канни, основанный на предположении о том, что граница есть наибольшее значение модуля градиента [3]. Алгоритм детектора границ не ограничивается вычислением градиента сглаженного изображения. В контуре границы оставляются только точки максимума градиента изображения, а не максимальные точки, лежащие рядом с границей, удаляются. Здесь также используется информация о направлении границы для того, чтобы удалять точки именно рядом с границей и не разрывать саму границу вблизи локальных максимумов градиента. Затем с помощью двух порогов удаляются слабые границы. Фрагмент границы при этом обрабатывается как целое. Если значение градиента где-нибудь на прослеживаемом фрагменте превысит верхний порог, то этот фрагмент остается также допустимой границей и в тех местах, где значение градиента падает ниже этого порога, до тех пор, пока она не станет ниже нижнего порога. Если же на всем фрагменте нет ни одной точки со значением большим верхнего порога, то он удаляется. Такой гистерезис позволяет снизить число разрывов в выходных границах.

Включение в алгоритм Канни шумоподавления с одной стороны повышает устойчивость результатов, а с другой — увеличивает вычислительные затраты и приводит к искажению и даже потере подробностей границ. После того как все границы будут найдены, необходимо для каждого пикселя, принадлежащего границе вычислить направление градиента, это можно сделать с помощью оператора Собеля по ? и ? осям. Оператор вычисляет градиент яркости изображения в каждой точке.

Так находится направление наибольшего увеличения яркости и величина её изменения в этом направлении. Результат показывает, насколько резко или плавно меняется яркость изображения в каждой точке, а значит, вероятность нахождения точки на грани, а также ориентацию границы. На практике, вычисление величины изменения яркости (вероятности принадлежности к грани) надежнее и проще в интерпретации, чем расчёт направления.

Математически градиент функции двух переменных для каждой точки изображения (которой и является функция яркости) — двумерный вектор, компонентами которого являются производные яркости изображения по горизонтали и вертикали. В каждой точке изображения градиентный вектор ориентирован в направлении наибольшего увеличения яркости, а его длина соответствует величине изменения яркости. Это означает, что результатом оператора Собеля в точке области постоянной яркости будет нулевой вектор, а в точке, лежащей на границе областей различной яркости — вектор, пересекающий границу в направлении увеличения яркости. Ядра фильтра Собеля по ? и ? осям выглядят следующим образом:

,

Для каждого такого пикселя границы вдоль направления градиента необходимо найти максимальное и минимальное значение яркости в некоторой окрестности. Тогда  будет равно разности значений яркостей, а  — евклидовому расстоянию между этими значениями. Усредненное значение резкости по всему изображению и будет мерой резкости для всего изображения. Примеры предложенной оценки резкости показаны на рисунке 3.

Для примеров были взяты изображения имеющие четкие границы. Каждое изображение было смазано с помощью фильтра Гаусса со значением  и . По результатам видно, что изображения имеющие более четкие границы имеют более высокое значение ?, что соответствует ожидаемым результатам. Данная метрика хорошо может использоваться при оценке резкости изображения, полученного в результате применении методов повышения разрешения.

  1. Оценка детализации изображения

Повышение качества изображения для восприятия человеком, создание спецэффектов, обработка изображений (выделение объектов, поиск лиц, улыбок) это задачи, которые решаются с помощью фильтрации изображений. Наиболее широкий спектр эффектов достигается за счет использования частотных фильтров. Оценка детализации изображения будет происходить на основе преобразования Фурье.

Преобразование Фурье — это интегральное преобразование, которое раскладывает исходную функцию на базисные функции, в качестве которых выступают синусоидальные функции, то есть представляет исходную функцию в виде интеграла синусоид различной частоты, амплитуды и фазы. В частотном пространстве (frequency domain) по оси абсцисс откладывается частота, а по оси ординат – амплитуда гармоник, составляющих функцию. Таким образом, получается разложение исходной функции времени на гармонические составляющие (синусоиды с различными амплитудами и частотами).

Для перевода сигнала из временного пространства в частотное используется преобразование Фурье (ПФ) [2]. Для восстановления функции из частотного пространства используется обратное преобразование Фурье. Одна из важнейших особенностей преобразования Фурье заключается в том, что спектр суммарной функции времени равен сумме спектров ее гармонических составляющих.

Непрерывное преобразование Фурье применяется к функции  заданной на всей числовой оси, т.е. на интервале . В результате преобразования получается функция-спектр :

  (2)

Обратное преобразование предназначено для восстановления функции по ее спектру. Таким образом, если к фурье-образу  применить обратное преобразование Фурье, то получится исходная функция :

  (3)

В цифровой технике работать с непрерывными функциями неудобно, поэтому функции часто задаются в виде набора значений на фиксированной сетке. Преобразование Фурье может использоваться как для непрерывных, так и для дискретных функций. В последнем случае оно называется дискретным преобразованием Фурье – ДПФ (в этом случае предполагается, что за пределами сетки функция периодически повторяется).

ДПФ ставит в соответствие ? отсчетам дискретного сигнала, ? отсчетов дискретного спектра, при этом предполагается, что и сигнал, и спектр являются периодическими и анализируются на одном периоде.  и  – комплексные функции действительного аргумента. Зададим следующие обозначения:

  (4)

Тогда выражение для прямого преобразования Фурье:

  (5)

Обратное преобразование в таком случае будет иметь вид:

  (6)

ДПФ можно рассматривать как аппроксимацию непрерывного ПФ, по аналогии с тем, как интеграл аппроксимируется интегральной суммой. Определенное таким образом дискретное преобразование Фурье сохраняет практически все свойства непрерывного.

Все фильтры делят на две группы: пространственные и частотные. Типов пространственных фильтров достаточно много: линейные, медианные, изотропные и др. Процесс фильтрации в этих фильтрах основан на простом применении маски фильтра ко всем точкам изображения. Все пространственные фильтры имеют линейную трудоемкость.

Частотная фильтрация является более общим механизмом фильтрации, чем пространственная. Все пространственные фильтры можно реализовать с помощью частотных. Частотные фильтры выполняют фильтрацию изображений в частотной области. Для этого с помощью преобразования Фурье происходит получение спектра изображения. После применения фильтра к спектру изображения выполняется обратное преобразование Фурье и получается отфильтрованное изображение.

Простота фильтрации в частотной области заключается в простой

интерпретации частот: низкие частоты — плавное изменение яркости изображения, высокие частоты – быстрое изменение яркости изображения (границы объектов, детали). За счет изменения значений определенных частот можно добиться размытия изображения, повышение резкости и др.

Для оценки детализованности изображения вычислим Фурье-образ изображения и посчитаем среднее значение высоких частот ?. На более детализованном и более резком изображении высоких частот будет больше (рисунок 4).

Для более наглядной визуализации спектра выводится логарифмированный спектр. Логарифмический спектр получается за счет применения функции логарифма к каждой точке спектра и последующей нормировки полученных значений (если какая-либо точка спектра имела нулевое значение, то на логарифмическом спектре соответствующая точка будет принимать значение 0).

a) ? = 0.330

б) ? = 0.367

Рисунок 4. Изображения и их Фурье-образы

Заключение

В данной работе рассмотрены критерии качества изображения, которые можно считать объективными. На практике эти методы позволят оценивать четкость и детализацию изображений, полученных после применения методов улучшения качества. Предложенные методы безэталонной оценки качества были успешно использованы при многокадровом повышении разрешения изображения [1].

Список литературы:

  1. Агафонов В. Ю. Методы многокадровой обработки для повышения качества цифровых изображений // Известия ВолгГТУ. №2 (157).
  2. Сиднев А.А. Образовательный комплекс «Параллельные численные методы». Фильтрация изображений. Быстрое преобразование Фурье. Нижний Новгород: ННГУ, 2010. 168 с
  3. Canny J.F. Finding edges and lines in images [Доклад]. — [б.м.]: Technical
  4. Report AI-TR-720, Massachusetts Institute of Technology, Artificial Intelligence Laboratory, 1983.
    МЕТОДЫ БЕЗЭТАЛОННОЙ ОЦЕНКИ РЕЗКОСТИ И ДЕТАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ
    В данной статье предложены методы безэталонной оценки качества изображения. Описаны основ-ные этапы реализации методов. Приведены результаты работы.
    Written by: Агафонов Владислав Юрьевич, Фоменкова Марина Александровна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/16/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.04.2017_04(37)
    Available in: Ebook
30 Мар

ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В последние десятилетие стало очевидным, что будущее развитие человечества во многом зависит от благополучия окружающей природной среды и находится в непосредственной зависимости от отношения людей к этой проблеме. Технократическое развитие цивилизации приводит к увеличению антропогенного давления на биосферу и подрыву компенсаторных возможностей естественных экосистем, а культура уже не в состоянии выполнять свою традиционную роль в системе общество – природа. В основе многих, если не всех, проявлений деградации природы и экологических проблем современности лежит дефицит экологических знаний, низкий уровень экологической культуры общества. Уничтожение тропических лесов Амазонки, трагедия Арала, загрязнение и гибель морей, уничтожение лесных массивов, увеличение зон экологического бедствия и пр. являются результатом нерационального использования достижений технического прогресса, противопоставления человека природе и осознания своего господства над ней. Поэтому, самым правильным решением для выхода из этого тупика является трудный процесс перестройки сознания людей, изменение системы ценностей в направлении формирования экологической культуры, что в итоге обеспечит устойчивое развитие и экологическую безопасность.

Отечественные и зарубежные культурологи определяют культуру как сложное понятие, означающее результат, процесс, способ, отношение, норму, систему деятельности, единственным субъектом и преимущественным объектом которой является человек. Экологическая культура – это неотъемлемая часть общечеловеческой культуры в области социальных отношений, моральных ценностей, норм и способов взаимодействия с окружающей природной средой. Она формирует здоровый образ жизни, способствует духовному росту общества и его социально-экономическому развитию, обеспечивает экологическую безопасность и выражается в способности людей осознанно пользоваться экологическими знаниями и умениями в практической деятельности.

По данным статистики, 18% мировой управленческой элиты принимают решения, от которых зависят 82% ресурсов планеты, 2/3 которых сосредоточены в России. Важно заметить, что многие из этих управленцев готовятся в стенах университетов, причем немалая их часть – в стенах технических университетов, поэтому так важна роль преподавателя высшей школы в формировании экологической культуры общества.

Неотъемлемой частью общекультурных знаний и мировоззрения преподавателя является его экологическая культура, которая становится мощным рычагом воспитания и формирования личности студента, его будущей ответственности перед обществом за принятие решений.

Что же включает в себя экологическая культура преподавателя?

Это прежде всего – экологическое образование. Оно включает в себя наличие знаний и практических навыков в следующих областях:

— основные законы экологии,

— экологическая безопасность,

— рациональное природопользование,

— ресурсосберегающие технологии,

— охрана окружающей среды.

 Не менее важной составляющей является информационно-экологическая компетентность т.е. особый вид преподнесения предметно-специфических знаний, позволяющий принимать эффективные решения в соответствующей области деятельности.

В нее входит:

— знание основных экологических проблем современности, причин их возникновения и возможные пути решения;

— наличие комплекса общественных, естественно-научных и технических знаний, отражающих систему современного информационного общества;

— нание способов получения и передачи разнообразной информации.

Экологическая культура преподавателя высшей школы невозможна без его эколого-педагогической компетентности, которая является неотъемлемым компонентом общей педагогической культуры и одним из важнейших показателей профессионального мастерства и соответствия мировым стандартам в сфере высшего образования.

Она состоит из:

— знаний по педагогике, психологии и методике преподавания;

— мотивации, потребности и интереса к получению знаний, умений и навыков в области экологии;

— владения современными технологиями в области образовании;

— умения видеть локальные и глобальные экологические проблемы в рамках узкопрофессионального предмета;

— умения видеть и формулировать педагогические задачи в области формирования экологической культуры студента на основе анализа педагогических ситуаций и находить оптимальные способы их решения.

И конечно обязательной составляющей экологической культуры преподавателя является его экологически направленное мировоззрение, которое выражает:

— отношение преподавателя к экологическим проблемам и охране окружающей среды;

— отношение к правовым и нравственным аспектам экологии;

— нравственное содержание личности и искреннее желание содействию формирования экологической культуры общества.

В официальных документах сказано, что экологическое образование – это непрерывный процесс воспитания, обучения, самообразования и развития личности, направленный на формирование норм нравственного поведения людей, их обязанностей и ответственности по отношению ко всему живому. Это также получение специальных знаний и практических навыков по охране окружающей природной среды, природопользованию и экологической безопасности, которые должны быть использованы в экологически грамотной деятельности.

Экологическое воспитание – процесс непрерывного, систематического и целенаправленного формирования эмоционально-нравственного, гуманного и бережного отношения человека к природе и морально-этических норм поведения в окружающей среде.

Поэтому преподаватель высшего учебного заведения, и высшего технического учебного заведения в особенности, для формирования экологической культуры инженеров, должен обеспечивать подготовку специалистов путем формирования у студентов экологического сознания, которое будет воплощаться в профессиональной деятельности, а также в навыках и умении по организации экологического образования и просвещения трудовых коллективов и населения.

Преподаватель, используя свои профессиональные и психолого-педагогические знания, умения и способности, должен развивать представления о технико-экономических, организационно-правовых, информационных и иных возможностях и путях решения экологических проблем.

И как показывает опыт развития человечества, те страны, которые сделали своей основной задачей подготовку высокоинтеллектуальных кадров, в первую очередь специалистов инженерного профиля, обладающих широким спектром знаний, включая и экологию, добились наибольшего успеха в оборонной, экономической, социальной, правовой и культурной сферах.

Литература.

  1. Проект Федерального закона «Об экологической культуре», 2002 год.
  2. Фокин Ю.Г. Психодидактика высшей школы.-М., 2000
  3. Соколова О.И. Информационная культура преподавателя как необходимый компонент современного образования. «Педагогическая наука и образование в России и за рубежом», Вып.1-2003
  4. Из материалов Решений Второй сессии Ассамблеи ООН по окружающей среде. Программа ООН по окружающей среде. 23-27 мая 2016г. Найроби (Кения) 2016г.
  5. The draft Federal law «About ecological culture», 2002.
  6. Fokin Yu. G. Psicodinamica high school.-Moscow, 2000
  7. Sokolova O. I. Informational culture of a teacher as a necessary component of modern education. «Teaching science and education in Russia and abroad», Vol.1-2003
  8. From the materials of the outcome of the Second session of the Assembly of the United Nations environment programme. UN programme on the environment. 23-27 may 2016. Nairobi (Kenya) 2016
    ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
    В статье излагаются основные составляющие экологической культуры преподавателя высшей школы на современном этапе.
    Written by: Комиссарова Мария Викторовна, Щербакова Ирина Сергеевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 04/12/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.03.2017_03(36)_часть 1
    Available in: Ebook