Определение неизвестного состояния пчелиной семьи и оценка степени её принадлежности к состояниям пчелиных семей пасеки путём анализа издаваемого ими акустического шума

Размещено на http://www.allbest.ru/

определение неизвестного состояния пчелиной семьи и оценка степени её принадлежности к состояниям пчелиных семей пасеки путём анализа издаваемого ими акустического шума

А.Ф. Рыбочкин, Д.А. Мелентьев, О.В. Шаталова

ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», Курск

e-mail: anat_ryboch mail.ru, d-melentev@mail.ru

Рассмотрена возможность построения классов состояний пчелиных семей, на основе анализа издаваемого им акустического шума в частотном диапазоне (60-600) Гц с использованием кодовых сообщений и установления степени принадлежности неизвестного состояния к состояниям пчелиных семей пасеки с использованием нечётких множеств.

Ключевые слова: акустический шум; спектральный анализ; пчела; образы форм спектров; оценка степени принадлежности.

пчелиный семья акустический шум

THE DETERMINATION OF THE UNKNOWN CONDITION OF THE BEE COLONIES AND THE ASSESSMENT OF ITS DEGREE OF BELONGING TO THE CONDITION OF BEE COLONIES OF THE APIARIES BY THE ANALYSIS THAT THEY PRODUCE ACOUSTIC NOISE

A.F. Rybochkin, D.A. Melent'yev, O.V. Shatalova

Southwest State University, Kursk, Russian Federation

e-mail: anat_ryboch @mail.ru, d-melentev@mail.ru

The possibility to build classes of condition of bee colonies, on the basis of an analysis of published acoustic noise in the frequency range (60-600) Hz with the use of code messages and in establishing the degree of membership of the unknown condition to the condition of bee colonies of the apiary using fuzzy sets.

Key words: acoustic noise; spectral analysis; bee; the images of the shape of the spectrum; assessment of the degree of affiliation.

Разработан вариант анализа акустического шума пчелиных семей [1] путём формирования образов форм спектров, с использованием устройства приведённого на рисунке 1 [2-4], которое можно применить для оценки состояния пчелиной семьи.

Структурная схема устройства состоит из следующих компонентов: 1-микрофон, 2-усилитель, 3-аттенюатор, 4-микроконтроллер с встроенным АЦП, 5- радиочастотный приёмо-передатчик, 6-слот SD-карты.

Принцип работы устройства состоит в том, что звук пчелиной семьи при помощи микрофона преобразуется в электрический сигнал, который нормируют при помощи автоматической регулировки усиления (АРУ) и фильтруют в выбранном диапазоне частот (от 60 до 600 Гц). Затем, полученный сигнал попадает в процессор, который программно реализует четыре фильтра (с наиболее информативными частотами 210-240Гц, 300-330Гц, 390-420Гц, 420-450Гц) и осуществляет цифровую фильтрацию. В результате микропроцессор выдает четыре числа, которые в дальнейшем ПЭВМ анализирует четыре числа соответствующие образам форм спектрам и их кодовым аналогам, таблица 1[2].

Рис. 1. Структурная схема устройства для анализа акустических шумов пчелиных семей путём формирования образов форм спектров.

1. Частоты появлений кодов и их виды для установленных состояний пчелиных семей

Дальнейшая работа с полученными данными может производиться двумя способами.

Способ №1. Отображение состояний пчелиных семей на двумерную плоскость с соблюдением ранжированного размещения кодов. Визуальное выявление принадлежности неизвестного состояния к классу состояний пчелиных семей пасеки, по рисунку двумерной плоскости

Таблица 1 делится пополам и в каждой половине вычисляются математические ожидания частот появлений по каждому Bj коду, затем вычисляются математические ожидания половин. Это и будет координатой для точки состояния, отображающей многомерный вектор признаков - кодов из пространства N!

Для того чтобы сформировать класс состояний пчелиных семей путём анализа издаваемого ими акустического шума, необходимо проанализировать акустический шум пчелиных семей с установленными экспертом состояниями. Для создания базы данных прослушивались пчелиные семьи с различными состояниями. Далее на двухмерной плоскости отображающего экрана построили координатные точки, которые характеризуют состояние пчелиной семьи (рис. 2).

Рис. 2. Состояния пчелиных семей пасеки.

Способ №2. Выявление степени принадлежности неизвестного состояния пчелиной семьи к состоянию пчелиных семей пасеки с применением решающих правил.

Для этого представим чёткое множество состояний пчелиной семьи в виде нечёткого множества (табл. 2) с применением отношений , где - максимальная частота появления кода I, - реализации Аi состояния пчелиной семьи [2].

2. Нечёткое представление принадлежности частот появлений кодов к установленным состояниям пчелиной семьи

Для принятия решения о принадлежности неизвестного состояния пчелиной семьи по анализируемому акустическому шуму необходимо иметь последовательность реализаций выпадающих кодов её состояния, при этом должна соблюдаться размерность количества реализаций, соответствующая эталонным значениям, а также последовательность кортежа. В ходе диагностирования с каждым Bj кодом проводят операции согласно выражения (1). По каждому Bj коду из N! выявляют степень принадлежности к эталонному состоянию Аi.

Далее составляются решающие правила:

1. Если код №1 есть м1 И код №2 есть м2 И код № 3 есть м3…………И код № N! есть мN!, то это состояние А1 с min степенью принадлежности м. (1)

Такие же решающие правила выполняют для состояния А2 и устанавливают минимальную степень принадлежности. Эти действия по определению минимальной степени принадлежности применяют ко всем реализациям эталонных Аi -х состояний. Далее выбирается максимальная принадлежность из минимальных анализируемых кодов.

Принадлежность неизвестного состояния пчелиной семьи к эталонным Аiм состояниям устанавливают следующим решающим правилом:

2. Если м А1 ИЛИ м А2 ИЛИ…ИЛИ м АN! max из всех min м Аi, то неизвестное состояние со степенью принадлежности м А1 ИЛИ м А2,ИЛИ …ИЛИ м АN! принадлежит А1 ИЛИ А2, ИЛИ…ИЛИ АN!. Состоянию (2)

Т.е. выбирается минимальная принадлежность из максимальных (2), неизвестное состояние принадлежит к эталонному состоянию с минимальной принадлежностью, любого из N! кода.

Полное распознавание состояния произойдёт, когда степень принадлежности по каждому коду станет равной единице, т.е. мi=1 (центр класса) или приблизится к этому значению. Можно заложить определённую степень принадлежности, например, от мi=0,7 до 1,0 по каждому коду, или необходимо для каждого состояния пчелиной семьи определить с использованием эксперимента образы форм спектров, характеризующие класс состояния, где степень принадлежности будет установлена экспериментально.

Вывод

Все состояния 2-х пчелиных семей имеют нулевую принадлежность с неизвестным состоянием пчелиной семьи. Неизвестное состояние пчелиной семьи соответствует третьему состоянию со степенью принадлежности =0,7.

Из рисунка 2 видно, что неизвестное состояние накладывается на третье состояние пчелиной семьи. Это говорит о том, что пчелиная семья с неизвестным состоянием имеет состояние близкое к состоянию третьей пчелиной семьи.

Таким образом, рассмотрена возможность построения классов состояний пчелиных семей, на основе анализа издаваемого им акустического шума в частотном диапазоне (60-600) Гц с использованием кодовых сообщений и установления степени принадлежности неизвестного состояния к состояниям пчелиных семей пасеки с использованием нечётких множеств.

Литература

1. Еськов, Е.К. Акустическая сигнализация общественных насекомых. - М.: наука, 1979. - 209 с.

2. Рыбочкин, А.Ф. Диагностика состояний пчелиных семей по издаваемому ими акустическому шуму / А.Ф. Рыбочкин, Шамсан Ахмед Исмаил Мохсен // Экологические системы и приборы. - 2015. - №5. - С. 9-20.

3. Рыбочкин, А.Ф. Системный анализ сигналов пчелиных семей с использованием кодовых сообщений / А.Ф. Рыбочкин, И.С. Захаров; КГУ. - Курск, 2009. - 400 с.

4. Кофман, А. Введение в теорию нечётких множеств / А. Кофман. - М: Радио и связь, 1982. - 432 с.

Размещено на Allbest.ru