Дослідження помилок прогнозування процесів з невизначеною динамікою і шумами спостереження самонастроювальною моделлю Брауна нульового порядку

Автор(и)

  • Борис Борисович Поспєлов Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-0957-3839
  • Євгеній Олексійович Рибка Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5396-5151
  • Михайло Олександрович Самойлов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8924-7944
  • Олексій Миколайович Крайнюков Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-5264-3118
  • Юрій Люцинович Кульбачко Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0001-9627-3297
  • Юлія Сергіївна Безугла Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0003-4022-2807
  • Олексій Миколайович Роянов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7631-1030
  • Світлана Вікторівна Гришко Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького, Україна https://orcid.org/0000-0002-5054-3893
  • Іветта Анатоліївна Кривицька Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0003-4727-794X
  • Валентина Михайлівна Іванова Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького, Україна https://orcid.org/0000-0002-6121-6978

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.244623

Ключові слова:

самоналагоджувальна модель Брауна нульового порядку, помилки прогнозування, невизначеність динаміки, шуми спостереження

Анотація

Виконано дослідження помилок прогнозування процесів в умовах невизначеності динаміки і шумів спостереження самонастроювальною моделлю Брауна нульового порядку. Визначено тестові моделі динаміки для прогнозованих процесів і шумів спостереження, що дозволяють досліджувати помилки прогнозування для самонастроювальної і адаптивної моделей. Тестова динаміка процесів визначалася у вигляді відеоімпульсу прямокутної форми з фіксованою одиничною амплітудою, радіоімпульсу гармонійного процесу з затухаючої по експоненті амплітудою, а також відеоімпульсу зі зростаючою за експоненціальним законом амплітудою. В якості моделі шумів спостереження розглядався адитивний дискретний процес Гаусса з нульовим середнім і варійованим значенням середньоквадратичного відхилення. Встановлено, що для малих значень середньоквадратичного відхилення шумів спостереження самоналагоджувальна модель в умовах невизначеності динаміки забезпечує меншу помилку прогнозу процесу. Для тестової стрибкоподібної динаміки процесу дисперсія помилки прогнозу склала менше 1 %. При цьому для адаптивної моделі при параметрі адаптації з класичної і позамежної множини дисперсія помилки склала близько 20 % і 5 % відповідно. При значних шумах спостереження дисперсія помилки прогнозу тестової динаміки процесів для самонастроювальної і адаптивної моделі при параметрі з класичної множини лежать в межах від 1 % до 20 %. Однак для адаптивної моделі при параметрі з позамежної множини дисперсія помилки прогнозу виявляється близькою до 100 % для всіх тестових моделей. Встановлено, що зі збільшенням середньоквадратичного відхилення шумів спостереження відбувається значне маскування прогнозованої тестової динаміки процесів, що приводить до збільшення дисперсії помилки прогнозу самонастроювальною моделлю. Це є платою за прогнозування процесів з невизначеною динамікою і шумами спостереження

Біографії авторів

Борис Борисович Поспєлов, Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту

Доктор технічних наук, професор

Євгеній Олексійович Рибка, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, старший дослідник

Науково-дослідний центр

Михайло Олександрович Самойлов, Національний університет цивільного захисту України

Ад’юнкт

Науково-дослідний центр

Олексій Миколайович Крайнюков, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Доктор географічних наук, професор

Кафедра екологічної безпеки та екологічної освіти

Юрій Люцинович Кульбачко, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор біологічних наук, професор

Кафедра екології

Юлія Сергіївна Безугла, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра наглядово-профілактичної діяльності

Олексій Миколайович Роянов, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук

Кафедра пожежної і техногенної безпеки об’єктів та технологій

Світлана Вікторівна Гришко, Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького

Кандидат географічних наук, доцент

Кафедра фізичної географії і геології

Іветта Анатоліївна Кривицька, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат біологічних наук

Кафедра екологічної безпеки

Валентина Михайлівна Іванова, Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького

Старший викладач

Кафедра фізичної географії і геології

Посилання

  1. Vambol, S., Vambol, V., Bogdanov, I., Suchikova, Y., Rashkevich, N. (2017). Research of the influence of decomposition of wastes of polymers with nano inclusions on the atmosphere. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 57–64. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.118213
  2. 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
  3. Migalenko, K., Nuianzin, V., Zemlianskyi, A., Dominik, A., Pozdieiev, S. (2018). Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121727
  4. Vambol, S., Vambol, V., Sobyna, V., Koloskov, V., Poberezhna, L. (2019). Investigation of the energy efficiency of waste utilization technology, with considering the use of low-temperature separation of the resulting gas mixtures. Energetika, 64 (4). doi: https://doi.org/10.6001/energetika.v64i4.3893
  5. Semko, A. N., Beskrovnaya, M. V., Vinogradov, S. A., Hritsina, I. N., Yagudina, N. I. (2014). The usage of high speed impulse liquid jets for putting out gas blowouts. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 52 (3), 655–664.
  6. Kovalov, A., Otrosh, Y., Ostroverkh, O., Hrushovinchuk, O., Savchenko, O. (2018). Fire resistance evaluation of reinforced concrete floors with fire-retardant coating by calculation and experimental method. E3S Web of Conferences, 60, 00003. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000003
  7. Otrosh, Y., Semkiv, O., Rybka, E., Kovalov, A. (2019). About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012065. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012065
  8. Vambol, S., Vambol, V., Kondratenko, O., Suchikova, Y., Hurenko, O. (2017). Assessment of improvement of ecological safety of power plants by arranging the system of pollutant neutralization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (10 (87)), 63–73. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.102314
  9. Dadashov, I., Loboichenko, V., Kireev, A. (2018). Analysis of the ecological characteristics of environment friendly fire fighting chemicals used in extinguishing oil products. Pollution Research, 37 (1), 63–77.
  10. Lukashin, Yu. P. (2003). Adaptivnye metody kratkosrochnogo prognozirovaniya vremennykh ryadov. Moscow: Finansy i statistika, 416.
  11. Brown, R. G. (2004). Smoothing, forecasting and prediction of discrete time series. Dover Publications, 480.
  12. Chetyrkin, E. M. (1977). Statisticheskie metody prognozirovaniya. Moscow: Statistika, 200.
  13. Lugachev, M. I., Lyapuncov, Yu. P. (1999). Metody social'no-ekonomicheskogo prognozirovaniya. Moscow: TEIS, 160.
  14. Svetun'kov, S. G. (2002). O rasshirenii granic primeneniya metoda Brauna. Izvestiya SPGUEF, 3, 94–107.
  15. Vartanyan, V. M., Romanenkov, Yu. A., Kononenko, A. V. (2005). Parametricheskiy sintez prognoznoy modeli eksponencial'nogo sglazhivaniya. Vestnik NTU «KhPI», 59, 9–16. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/28135/1/vestnik_KhPI_2005_59_Vartanyan_Parametricheskiy.pdf
  16. Tebueva, F., Streblianskaia, N. (2016). Adaptive method for predicting short time series of natural processes. Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy teorii i praktiki, 6, 83–87. Available at: http://nauteh-journal.ru/files/eb917d86-88f4-4395-b12c-08b45ff3fbbb
  17. Svetun'kov, I. S. (2010). Samoobuchayuschayasya model' kratkosrochnogo prognozirovaniya social'no-ekonomicheskoy dinamiki. Modeli ocenki, analiza i prognozirovaniya social'no-ekonomicheskikh sistem. Kharkiv: INZhEK, 11–32. Available at: https://publications.hse.ru/mirror/pubs/share/folder/q1zrwhrj6z/direct/84096936.pdf
  18. Koshmarov, Yu. A., Puzach, S. V., Andreev, V. V. (2012). Prognozirovanie opasnykh faktorov pozhara v pomeschenii. Moscow: AGPS MCHS Rossii, 126.
  19. 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
  20. 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
  21. Ahn, C.-S., Kim J.-Y. (2011). A study for a fire spread mechanism of residential buildings with numerical modeling. WIT Transactions on the Built Environment, 117 (12), 185–196. doi: https://doi.org/10.2495/safe110171
  22. Sadkovyi, V., Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Rud, A. et. al. (2020). Construction of a method for detecting arbitrary hazard pollutants in the atmospheric air based on the structural function of the current pollutant concentrations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (108)), 14–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218714
  23. Poulsen, A., Jomaas, G. (2011). Experimental Study on the Burning Behavior of Pool Fires in Rooms with Different Wall Linings. Fire Technology, 48 (2), 419–439. doi: https://doi.org/10.1007/s10694-011-0230-0
  24. Zhang, D., Xue, W. (2010). Effect of heat radiation on combustion heat release rate of larch. Journal of West China Forestry Science, 39, 148.
  25. Peng, X., Liu, S., Lu, G. (2005). Experimental analysis on heat release rate of materials. Journal of Chongqing University, 28, 122.
  26. ndronov, 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
  27. 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
  28. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S., Shcherbak, S. (2017). Results of experimental research into correlations between hazardous factors of ignition of materials in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 50–56. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.117789
  29. Bendat, J. S., Piersol, A. G. (2010). Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781118032428
  30. Singh, P. (2016). Time-frequency analysis via the fourier representation. HAL, 1–7. Available at: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01303330
  31. Stankovic, L., Dakovic, M., Thayaparan, T. (2014). Time-frequency signal analysis. Kindle edition, Amazon, 655.
  32. Giv, H. H. (2013). Directional short-time Fourier transform. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 399 (1), 100–107. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2012.09.053
  33. 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
  34. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Samoilov, M., Krainiukov, O., Biryukov, I. et. al. (2021). Development of the method of operational forecasting of fire in the premises of objects under real conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (110)), 43–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226692
  35. Sinaga, H., Irawati, N. (2020). A Medical Disposable Supply Demand Forecasting By Moving Average And Exponential Smoothing Method. Proceedings of the Proceedings of the 2nd Workshop on Multidisciplinary and Applications (WMA) 2018, 24-25 January 2018, Padang, Indonesia. doi: https://doi.org/10.4108/eai.24-1-2018.2292378
  36. 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
  37. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Krainiukov, O., Harbuz, S., Bezuhla, Y. et. al. (2020). Use of uncertainty function for identification of hazardous states of atmospheric pollution vector. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (104)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200140
  38. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Krainiukov, O., Biryukov, I., Butenko, T. et. al. (2021). Short-term fire forecast based on air state gain recurrence and zero-order brown model. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (10 (111)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233606
  39. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Maksymenko, N., Biryukov, I. et. al. (2021). Devising a self-adjusting zero-order Brown’s model for predicting irreversible processes and phenomena. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (113), 40–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.241474
  40. Pospelov, B., Rybka, E., Krainiukov, O., Yashchenko, O., Bezuhla, Y., Bielai, S. et. al. (2021). Short-term forecast of fire in the premises based on modification of the Brown’s zero-order model. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (112)), 52–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238555

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-29

Як цитувати

Поспєлов, Б. Б., Рибка, Є. О., Самойлов, М. О., Крайнюков, О. М., Кульбачко, Ю. Л., Безугла, Ю. С., Роянов, О. М., Гришко, С. В., Кривицька, І. А., & Іванова, В. М. (2021). Дослідження помилок прогнозування процесів з невизначеною динамікою і шумами спостереження самонастроювальною моделлю Брауна нульового порядку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(9 (114), 47–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.244623

Номер

Том 6 № 9 (114) (2021): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Boris Pospelov, Evgenіy Rybka, Mikhail Samoilov, Olekcii Krainiukov, Yurii Kulbachko, Yuliia Bezuhla, Oleksii Roianov, Svitlana Hryshko, Ivetta Krivitska, Valentyna Ivanova

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.