Розробка метода напівадаптивної масштабної трансформації порога при обчисленні рекурентних діаграм

Автор(и)

  • Boris Pospelov Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-0957-3839
  • Evgeniy Rybka Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-5396-5151
  • Violeta Togobytska Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-6466-4605
  • Ruslan Meleshchenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-5411-2030
  • Yuliya Danchenko Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-3865-2496
  • Tetiana Butenko Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-0115-7224
  • Ihor Volkov Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001, Україна https://orcid.org/0000-0001-6565-3684
  • Oled Gafurov Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001, Україна https://orcid.org/0000-0002-1647-8047
  • Vadym Yevsieiev Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001, Україна https://orcid.org/0000-0002-0164-2991

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579

Ключові слова:

рекурентная діаграма, складні динамічні системи, напівадаптивна трансформація порога, забруднення атмосфери

Анотація

Розроблено метод напівадаптивної масштабної трансформації порогу, що забезпечує обчислення рекурентних діаграм, які адекватно відображають особливості динаміки реальних складних динамічних систем природної і технічної сфери. Новий науковий результат полягає в розвитку теоретичної основи методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу при обчисленні рекурентних діаграм шляхом удосконалення лінійних нормованих просторів за рахунок введення скалярного добутку векторів. Пропонований метод трансформації порога забезпечує обчислення рекурентних діаграм, які мають підвищену інформативністю, інваріантністю щодо параметрів вимірюваних векторів станів, а також нерегулярності вимірювань. Перевірка працездатності запропонованого методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу проведена на основі експериментальних вимірювань концентрацій формальдегіду, аміаку та оксиду вуглецю в атмосферному повітрі типового промислового міста при традиційних стаціонарних та рухомих джерелах забруднень. Отримані результати обчислення рекурентних діаграм з урахуванням запропонованого методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу в цілому підтверджують його працездатність. Встановлено, що обчислення RP при напівадаптивній трансформації порогу для різних кутових розмірів α конуса рекурентності, рівних 1°, 5°, 10° і 20° свідчить про те, що зі зменшенням кутових розмірів конуса точність рекурентних діаграм виявляти небезпечні стани в динамічних системах зростає. Експериментально встановлено, що для адекватного відображення рекурентних станів реальних динамічних систем, за допомогою обчислюваних рекурентних діаграм, значення величини кутових розмірів конуса рекурентності повинні складати 1–5°

Біографії авторів

Boris Pospelov, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний центр

Evgeniy Rybka, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, старший дослідник

Науково-дослідний центр

Violeta Togobytska, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат психологічних наук

Науково-дослідний центр

Ruslan Meleshchenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної та рятувальної підготовки

Yuliya Danchenko, Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра загальної хімії

Tetiana Butenko, Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Ihor Volkov, Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001

Науково-дослідний центр службово-бойової діяльності

Oled Gafurov, Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001

Кандидат технічних наук

Кафедра технічного та тилового забезпечення

Vadym Yevsieiev, Національна академія Національної гвардії України майдан Захисників України, 3, м. Харків, Україна, 61001

Кандидат військових наук

Кафедра тактико-спеціальної підготовки

Посилання

  1. Webber, C. L., Marwan, N. (Eds.) (2015). Recurrence Quantification Analysis. Understanding Complex Systems. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-07155-8
  2. Marwan, N., Webber, C. L., Macau, E. E. N., Viana, R. L. (2018). Introduction to focus issue: Recurrence quantification analysis for understanding complex systems. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 28 (8), 085601. doi: https://doi.org/10.1063/1.5050929
  3. Souza, E. G., Viana, R. L., Lopes, S. R. (2008). Using recurrences to characterize the hyperchaos-chaos transition. Physical Review E, 78 (6). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.78.066206
  4. Javorka, M., Trunkvalterova, Z., Tonhajzerova, I., Lazarova, Z., Javorkova, J., Javorka, K. (2008). Recurrences in heart rate dynamics are changed in patients with diabetes mellitus. Clinical Physiology and Functional Imaging, 28 (5), 326–331. doi: https://doi.org/10.1111/j.1475-097x.2008.00813.x
  5. Oya, S., Aihara, K., Hirata, Y. (2014). Forecasting abrupt changes in foreign exchange markets: method using dynamical network marker. New Journal of Physics, 16 (11), 115015. doi: https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/115015
  6. Carrión, A., Miralles, R., Lara, G. (2014). Measuring predictability in ultrasonic signals: An application to scattering material characterization. Ultrasonics, 54 (7), 1904–1911. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2014.05.008
  7. Marwan, N. (2011). How to avoid potential pitfalls in recurrence plot based data analysis. International Journal of Bifurcation and Chaos, 21 (04), 1003–1017. doi: https://doi.org/10.1142/s0218127411029008
  8. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S. (2018). Analysis of correlation dimensionality of the state of a gas medium at early ignition of materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (95)), 25–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142995
  9. Andronov, V., Pospelov, B., Rybka, E. (2017). Development of a method to improve the performance speed of maximal fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (86)), 32–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96694
  10. Takens, F. (1981). Detecting strange attractors in turbulence. Dynamical Systems and Turbulence, Warwick 1980, 366–381. doi: https://doi.org/10.1007/bfb0091924
  11. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Popov, V., Semkiv, O. (2018). Development of the method of frequency­temporal representation of fluctuations of gaseous medium parameters at fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (92)), 44–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125926
  12. Adeniji, A. E., Olusola, O. I., Njah, A. N. (2018). Comparative study of chaotic features in hourly wind speed using recurrence quantification analysis. AIP Advances, 8 (2), 025102. doi: https://doi.org/10.1063/1.4998674
  13. Wendi, D., Marwan, N., Merz, B. (2018). In Search of Determinism-Sensitive Region to Avoid Artefacts in Recurrence Plots. International Journal of Bifurcation and Chaos, 28 (01), 1850007. doi: https://doi.org/10.1142/s0218127418500074
  14. Donner, R. V., Balasis, G., Stolbova, V., Georgiou, M., Wiedermann, M., Kurths, J. (2019). Recurrence‐Based Quantification of Dynamical Complexity in the Earth's Magnetosphere at Geospace Storm Timescales. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124 (1), 90–108. doi: https://doi.org/10.1029/2018ja025318
  15. Garcia-Ceja, E., Uddin, M. Z., Torresen, J. (2018). Classification of Recurrence Plots’ Distance Matrices with a Convolutional Neural Network for Activity Recognition. Procedia Computer Science, 130, 157–163. doi: https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.04.025
  16. Neves, F. M., Viana, R. L., Pie, M. R. (2017). Recurrence analysis of ant activity patterns. PLOS ONE, 12 (10), e0185968. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185968
  17. Ozken, I., Eroglu, D., Breitenbach, S. F. M., Marwan, N., Tan, L., Tirnakli, U., Kurths, J. (2018). Recurrence plot analysis of irregularly sampled data. Physical Review E, 98 (5). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.98.052215
  18. Schinkel, S., Dimigen, O., Marwan, N. (2008). Selection of recurrence threshold for signal detection. The European Physical Journal Special Topics, 164 (1), 45–53. doi: https://doi.org/10.1140/epjst/e2008-00833-5
  19. Eroglu, D., Marwan, N., Stebich, M., Kurths, J. (2018). Multiplex recurrence networks. Physical Review E, 97 (1). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.97.012312
  20. Oberst, S., Niven, R., Ord, A., Hobbs, B., Lester, D. (2017). Application of recurrence plots to orebody exploration data. Conference: Target. At University Club, University of Western Australia.
  21. Webber, C. L., Ioana, C., Marwan, N. (Eds.) (2016). Recurrence Plots and Their Quantifications: Expanding Horizons. Springer Proceedings in Physics. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-29922-8
  22. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P. (2018). Studying the recurrent diagrams of carbon monoxide concentration at early ignitions in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (93)), 34–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133127
  23. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Design of fire detectors capable of self-adjusting by ignition. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (88)), 53–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108448
  24. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Research into dynamics of setting the threshold and a probability of ignition detection by self­adjusting fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (89)), 43–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110092
  25. Beim Graben, P., Hutt, A. (2015). Detecting event-related recurrences by symbolic analysis: applications to human language processing. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 373 (2034), 20140089. doi: https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0089
  26. Mindlin, G. M., Gilmore, R. (1992). Topological analysis and synthesis of chaotic time series. Physica D: Nonlinear Phenomena, 58 (1-4), 229–242. doi: https://doi.org/10.1016/0167-2789(92)90111-y
  27. Thiel, M., Romano, M. C., Kurths, J., Meucci, R., Allaria, E., Arecchi, F. T. (2002). Influence of observational noise on the recurrence quantification analysis. Physica D: Nonlinear Phenomena, 171 (3), 138–152. doi: https://doi.org/10.1016/s0167-2789(02)00586-9
  28. Pospelov, B., Andronov, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Artemenko, I., Romaniak, M. et. al. (2019). Construction of methods for computing recurrence plots in space with a scalar product. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4 (99)), 37–44. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169887
  29. Kondratenko, O. M., Vambol, S. O., Strokov, O. P., Avramenko, A. M. (2015). Mathematical model of the efficiency of diesel particulate matter filter. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 55–61.
  30. Vasiliev, M. I., Movchan, I. O., Koval, O. M. (2014). Diminishing of ecological risk via optimization of fire-extinguishing system projects in timber-yards. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 106–113.
  31. Dubinin, D., Korytchenko, K., Lisnyak, A., Hrytsyna, I., Trigub, V. (2017). Numerical simulation of the creation of a fire fighting barrier using an explosion of a combustible charge. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 11–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.114504
  32. Semko, A., Rusanova, O., Kazak, O., Beskrovnaya, M., Vinogradov, S., Gricina, I. (2015). The use of pulsed high-speed liquid jet for putting out gas blow-out. The International Journal of Multiphysics, 9 (1), 9–20. doi: https://doi.org/10.1260/1750-9548.9.1.9
  33. Kustov, M. V., Kalugin, V. D., Tutunik, V. V., Tarakhno, E. V. (2019). Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 1, 92–99. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
  34. Vasyukov, A., Loboichenko, V., Bushtec, S. (2016). Identification of bottled natural waters by using direct conductometry. Ecology, Environment and Conservation, 22 (3), 1171–1176.
  35. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P., Gornostal, S. (2019). Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155027

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-21

Як цитувати

Pospelov, B., Rybka, E., Togobytska, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Butenko, T., Volkov, I., Gafurov, O., & Yevsieiev, V. (2019). Розробка метода напівадаптивної масштабної трансформації порога при обчисленні рекурентних діаграм. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (100), 22–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579

Номер

Том 4 № 10 (100) (2019): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Boris Pospelov, Evgeniy Rybka, Violeta Togobytska, Ruslan Meleshchenko, Yuliya Danchenko, Tetiana Butenko, Ihor Volkov, Oled Gafurov, Vadym Yevsieiev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.