Використання мобільного застосунку для прогнозування теплових реакцій людини в спекотних умовах середовища

Автор(и)

  • Ірена Йосипівна Єрмакова Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9417-1120
  • Анастасія Юріївна Ніколаєнко Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2402-2947
  • Олег Васильович Грицаюк Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9019-4894
  • Юлія Петрівна Тадеєва Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5418-2848
  • Павло Миколайович Кравченко Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-8137-5063

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.300784

Ключові слова:

модель, фізична активність, тепловий стрес, екстремальні умови середовища, ризики здоров’я

Анотація

Об’єктом дослідження є прогнозування термофізіологічного стану людини за спекотних умов середовища для попередження теплового стресу або теплового удару. Ключовою проблемою є необхідність створення ефективних інструментів для оцінювання ризиків теплового удару з урахуванням умов навколишнього середовища, фізичної активності, характеристик одягу та захисного спорядження людини.

Розроблено мобільний застосунок, який, на відміну від наявних аналогів, надає користувачам дані про безпечний час перебування людини за вибраних умов середовища. Мобільний застосунок використовує метод математичного моделювання для прогнозування важливих показників термофізіологічного стану людини: температура тіла, випаровування поту, втрати води організмом. Математична модель враховує утворення метаболічного тепла, передачу тепла всередині тіла та теплообмін людини з середовищем.

В роботі наведено результати використання мобільного застосунку для прогнозування теплових реакцій людини за спекотних умов середовища. За допомогою застосунку вдалось визначити час безпечного перебування людини залежно від інтенсивності її діяльності та характеристик одягу. Показано, що за температури повітря 36 °С ходьба зі швидкістю 6 км/год у військовій формі є безпечною протягом 1 години. Біг зі швидкістю 8 км/год за таких умов стає ризикованим вже після 15 хвилин через перегрівання організму людини.

Розроблена інформаційна технологія покликана попередити про тепловий стрес або тепловий удар людей, які перебувають за спекотних умов з метою збереження їхнього здоров’я та працездатності. Отримані дані прогнозування слід розглядати як один з теоретичних заходів запобігання теплового стресу людини за спекотних умов середовища

Біографії авторів

Ірена Йосипівна Єрмакова, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України

Доктор біологічних наук, професор, головний науковий співробітник

Відділ комплексних досліджень інформаційних технологій № 170

Анастасія Юріївна Ніколаєнко, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ комплексних досліджень інформаційних технологій № 170

Олег Васильович Грицаюк, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України

Молодший науковий співробітник, аспірант

Відділ комплексних досліджень інформаційних технологій № 170

Юлія Петрівна Тадеєва, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ комплексних досліджень інформаційних технологій № 170

Павло Миколайович Кравченко, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем Національної академії наук України

Провідний інженер

Відділ комплексних досліджень інформаційних технологій № 170

Посилання

  1. Synthesis Report of the IPCC Sixth Assessment Report (AR6). Available at: https://report.ipcc.ch/ar6syr/pdf/IPCC_AR6_SYR_SPM.pdf
  2. Pogačar, T., Žnidaršič, Z., Kajfež Bogataj, L., Flouris, A., Poulianiti, K., Črepinšek, Z. (2019). Heat Waves Occurrence and Outdoor Workers’ Self-assessment of Heat Stress in Slovenia and Greece. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16 (4), 597. https://doi.org/10.3390/ijerph16040597
  3. Number of people with heatstroke jumps in Japan amid heat wave. Available at: https://web.archive.org/web/20230723174624/https://www3.nhk.or.jp/nhkworld/en/news/20230719_36/
  4. Sydney Marathon Runners Hospitalized As Australia Swelters In Unusual Spring Heat Wave. Available at: https://edition.cnn.com/2023/09/18/sport/sydney-marathon-heatwave-australia-climate-intl-spt/index.html
  5. Fiala, D., Havenith, G., Bröde, P., Kampmann, B., Jendritzky, G. (2011). UTCI-Fiala multi-node model of human heat transfer and temperature regulation. International Journal of Biometeorology, 56 (3), 429–441. https://doi.org/10.1007/s00484-011-0424-7
  6. Castellani, M. P., Rioux, T. P., Castellani, J. W., Potter, A. W., Xu, X. (2021). A geometrically accurate 3 dimensional model of human thermoregulation for transient cold and hot environments. Computers in Biology and Medicine, 138, 104892. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2021.104892
  7. Katić, K., Li, R., Zeiler, W. (2016). Thermophysiological models and their applications: A review. Building and Environment, 106, 286–300. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.06.031
  8. Siepmann, C., Kowalczuk, P. (2021). Understanding continued smartwatch usage: the role of emotional as well as health and fitness factors. Electronic Markets, 31 (4), 795–809. https://doi.org/10.1007/s12525-021-00458-3
  9. Nazarian, N., Liu, S., Kohler, M., Lee, J. K. W., Miller, C., Chow, W. T. L. et al. (2021). Project Coolbit: can your watch predict heat stress and thermal comfort sensation? Environmental Research Letters, 16 (3), 034031. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abd130
  10. Havenith, G., Fiala, D. (2015). Thermal Indices and Thermophysiological Modeling for Heat Stress. Comprehensive Physiology, 6 (1), 255–302. https://doi.org/10.1002/cphy.c140051
  11. Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of heat stress using the predicted heat strain model (ISO/DIS 7933:2018).
  12. Human Thermal Audit Simulator. Available at: https://www.nicholasravanelli.ca/hutas/
  13. Błażejczyk, K. et al. (2010). UTCI-new index for assessment of heat stress in man. Przegląd geograficzny, 82 (1), 49–71. Available at: https://rcin.org.pl/igipz/Content/947/PDF/Wa51_10108_r2010-t82-z1_Przeglad-Geograficzny-Blazejczyk.pdf
  14. The Predicted Heat Strain Mobile Application. Available at: https://www.thethermalenvironment.com/the-predicted-heat-strain-mobile-application/
  15. Folkerts, M. A., Boshuizen, A. W., Gosselink, G., Gerrett, N., Daanen, H. A. M., Gao, C. et al. (2021). Predicted and user perceived heat strain using the ClimApp mobile tool for individualized alert and advice. Climate Risk Management, 34, 100381. https://doi.org/10.1016/j.crm.2021.100381
  16. Kingma, B. R. M., Steenhoff, H., Toftum, J., Daanen, H. A. M., Folkerts, M. A., Gerrett, N. et al. (2021). ClimApp – Integrating Personal Factors with Weather Forecasts for Individualised Warning and Guidance on Thermal Stress. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18 (21), 11317. https://doi.org/10.3390/ijerph182111317
  17. Market share of mobile operating systems worldwide from 2009 to 2023, by quarter. Available at: https://www.statista.com/statistics/272698/global-market-share-held-by-mobile-operating-systems-since-2009/
  18. Yermakova, I. Y. (2013). Informatsiyna platforma multykompartmentalnykh modelei termorehuliatsii liudyny. Kibernetyka ta obchysliuvalna tekhnika, 174, 81–91. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84497
  19. Potter, A. W., Yermakova, I. I., Hunt, A. P., Hancock, J. W., Oliveira, A. V. M., Looney, D. P., Montgomery, L. D. (2021). Comparison of two mathematical models for predicted human thermal responses to hot and humid environments. Journal of Thermal Biology, 97, 102902. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2021.102902
  20. Yermakova, I. I., Potter, A. W., Raimundo, A. M., Xu, X., Hancock, J. W., Oliveira, A. V. M. (2022). Use of Thermoregulatory Models to Evaluate Heat Stress in Industrial Environments. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19 (13), 7950. https://doi.org/10.3390/ijerph19137950
  21. Yermakova, I. I., Montgomery, L. D., Potter, A. W. (2022). Mathematical model of human responses to open air and water immersion. Journal of Sport and Human Performance, 10 (1), 30–45. Available at: https://jhp-ojs-tamucc.tdl.org/JHP/article/view/187
  22. Yermakova, I., Montgomery, L. D., Nikolaienko, A., Bondarenko, Y., Ivanushkina, N. (2021). Modeling Prediction of Human Thermal Responses in Warm Water. Medical Informatics and Engineering, 1, 51–60. Available at: https://ojs.tdmu.edu.ua/index.php/here/article/view/12190/11551
  23. Yermakova, I., Nikolaienko, A., Grigorian, A. (2013). Dynamic model for evaluation of risk factors during work in hot environment. Journal of Physical Science and Application, 3 (4), 238–243. Available at: http://www.davidpublisher.org/Article/index?id=38225.html
  24. Fogt, D. L., Henning, A. L., Venable, A. S., McFarlin, B. K. (2017). Non-invasive measures of core temperature versus ingestible thermistor during exercise in the heat. International journal of exercise science, 10 (2), 225–233. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5360367/
  25. Yuliia, K., Yaroslav, S. (2021). The transport layer of the iso/osi model in com­puter networks. The International Scientific-Practical Journal “Commodities and Markets,” 40 (4), 49–58. https://doi.org/10.31617/tr.knute.2021(40)05
  26. Heron, S. (2009). Advanced Encryption Standard (AES). Network Security, 2009 (12), 8–12. https://doi.org/10.1016/s1353-4858(10)70006-4
  27. Friedl, K. E. (2012). Predicting human limits-the special relationship between physiology research and the Army mission. Military Quantitative Physiology: Problems and Concepts in Military Operational Medicine: Problems and Concepts in Military Operational Medicine. Available at: https://medcoeckapwstorprd01.blob.core.usgovcloudapi.net/pfw-images/borden/mil-quantitative-physiology/QPchapter01.pdf
  28. Moran, D. S., DeGroot, D. W., Potter, A. W., Charkoudian, N. (2023). Beating the heat: military training and operations in the era of global warming. Journal of Applied Physiology, 135 (1), 60–67. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00229.2023
  29. Gonzalez, R. R., Cheuvront, S. N., Montain, S. J., Goodman, D. A., Blanchard, L. A., Berglund, L. G., Sawka, M. N. (2009). Expanded prediction equations of human sweat loss and water needs. Journal of Applied Physiology, 107 (2), 379–388. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00089.2009
  30. Casa, D. J. (1999). Exercise in the heat. I. Fundamentals of thermal physiology, performance implications, and dehydration. Journal of athletic training, 34 (3), 246–252. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16558572/
  31. Exercise and Fluid Replacement (2007). Medicine & Science in Sports & Exercise, 39 (2), 377–390. https://doi.org/10.1249/mss.0b013e31802ca597
Використання мобільного застосунку для прогнозування теплових реакцій людини в спекотних умовах середовища

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-30

Як цитувати

Єрмакова, І. Й., Ніколаєнко, А. Ю., Грицаюк, О. В., Тадеєва, Ю. П., & Кравченко, П. М. (2024). Використання мобільного застосунку для прогнозування теплових реакцій людини в спекотних умовах середовища. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(2 (128), 39–47. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.300784

Номер

Том 2 № 2 (128) (2024): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Інформаційні технології

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Irena Yermakova, Anastasiia Nikolaienko, Oleh Hrytsaiuk, Julia Tadeieva, Pavlo Kravchenko

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.