Єльнікова Тетяна Олександрівна. Автоматизована система для вимірювань геометричних характеристик фітопланктону у водоймах

Короткий опис

Єльнікова Тетяна Олександрівна. Автоматизована система для вимірювань геометричних характеристик фітопланктону у водоймах : Дис... канд. наук: 05.11.01 2008

Єльнікова Т.О.Автоматизована система для вимірювань геометричних характеристик фітопланктону у водоймах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.01 Прилади та методи вимірювання механічних величин. Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут”, Київ, 2008.
В дисертації виконано дослідження методів і засобів вимірювань геометричних параметрів та маси фітопланктону у водоймах господарсько-побутового призначення. Ці дослідження спрямовані на розширення функціональних можливостей і підвищення швидкодії засобів вимірювань на основі введення в комп’ютер і алгоритмічної обробки відеозображень фітопланктону. Досліджено похибки перетворення вимірювальної відеоінформації в процесі вимірювань, визначено заходи по зменшенню і компенсації цих похибок.
Розроблено автоматизовану систему для вимірювань геометричних параметрів та маси фітопланктону. Для обробки вимірювальної відеоіфнормації запропоновано використовувати штучні нейронні мережі. Виконано експериментальні дослідження, які підтверджують отримані теоретичні результати.

Виконані в дисертаційній роботі дослідження дозволили вирішити важливу науково-технічну задачу розширити функціональні можливості і підвищити швидкодію засобів вимірювань ГПФ у водоймах господарсько-побутового призначення. Головні результати і висновки по роботі:
1. Встановлено, що дослідження і контроль за станом водойм господарсько-побутового призначення потребує вимірювань ГПФ у пробах води з цих водойм. Результати вимірювань використано для ідентифікації і розрахунку маси фітопланктону, для оцінки якості питної води.
2. Створено новий метод вимірювань ГПФ у водоймах на основі ШНМ. Цей метод базується на використанні технічних засобів формування цифрових відеозображень, що містять вимірювальну інформацію про стан фітопланктону, та на алгоритмічній обробці таких відеозображень.
3. Визначено, що перетворення відеоінформації в процесі вимірювань супроводжується виникненням похибок, які суттєво впливають на точність вимірювань ГПФ. Основною похибкою є похибка, пов’язана із дискретністю цифрового відеозображення. Вона дорівнює половині відстані між сусідніми дискретними точками цифрового відеозображення. Ця похибка визначає максимально можливу точність вимірювань.
4. Показано, що визначення ГПФ включає вимірювання його геометричних розмірів та площі, розрахунок морфометричних ознак та коефіцієнтів форми. Створено методику отримання вимірювальної відеоінформації про ГПФ, що полягає у наступному: відбір і підготовка проб води з фітопланктоном з контрольних точок водойми; формування цифрового відеозображення за допомогою мікроскопа та пристрою формування відеозображень; введення відеозображень в обчислювальне середовище цифрової ЕОМ; алгоритмічна обробка відеозображень з метою вимірювання геометричних параметрів, об’єму і маси фітопланктону; прогноз динаміки розвитку фітопланктону у водоймі.
5. Вперше запропоновано використання математичного апарату ШНМ для обробки вимірювальної інформації про ГПФ, вимірювання цих параметрів та контролю за станом фітопланктону у водоймах. Розроблено методику ідентифікації та розрахунку маси фітопланктону на основі вимірювань його геометричних параметрів. В результаті визначається належність кожного екземпляра фітопланктону до одного з видів і розраховуються маса та інші показники стану водойми. Отримані результати дозволяють здійснювати контроль за станом водойм господарсько-побутового призначення.
6. Створено автоматизовану систему для вимірювань ГПФ у водоймах господарсько-побутового призначення. Ця система має розширені функціональні можливості і підвищену швидкодію вимірювань у порівнянні із іншими відомими засобами вимірювань. Час вимірювань однієї проби води складає 5 сек. на відміну від відомих засобів вимірювань, що потребують на цю операцію 30 хвилин. Максимальна похибка визначення лінійних розмірів фітопланктонних водоростей дорівнює ± 2 дискретні точки. При використанні мікроскопа MICROS MC-200 з вбудованою цифровою відеокамерою CAM-2800 і збільшенні 400це забезпечує точність вимірювань лінійних розмірів фітопланктонних водоростей ± 1,0 мкм на відміну від відомих засобів вимірювань, у яких точність дорівнює 20 мкм в залежності від величини збільшення мікроскопу. Дані, отримані в результаті вимірювань, використано для ідентифікації та розрахунку маси фітопланктону і визначення показників, що характеризують стан водойми.
7. За допомогою розробленої автоматизованої системи вперше виявлено ряд особливостей процесів зміни геометричних параметрів і маси фітопланктону, характерних для водосховищ річки Тетерів. На основі отриманих результатів вимірювань розроблено комплекс практичних заходів по покращенню якості питної води для основних джерел водопостачання м. Житомира