Діагностика стану бджолиної сім`ї: нові підходи і методи вирішення

Пошук методів ефективного бджільництва ставить перед вітчизняними та зарубіжними фахівцями проблеми, серед яких найбільш актуальні:
- контроль і аналіз процесів життєдіяльності бджолиної сім`ї, що характеризуються великою кількістю об`єктивних і суб`єктивних параметрів;
- експрес-діагностика хвороб, в тому числі зі змішаною патологією, в прихованому періоді.

Бджолина сім`я - це складна система, яка діє за принципом єдиного біологічного організму. На сьогоднішній день при розробці методів діагностики стану складних систем не існує загальних і ефективних підходів до вирішення широкого кола завдань. Ця обставина змушує вести пошук локальних особливостей конкретних систем, а потім вибирати або розробляти метод вирішення проблеми. З цією метою для визначення захворювання і оцінки фізіологічних станів сімей бджіл використовували піки інтенсивності звукового спектра і дані температурних режимів (Е. Єськов, 1979).

Існуючі методи виявляються малопридатними для використання в конкретних умовах, тому теорія діагностики розбивається на частини, які з великими труднощами інтегруються в цілісну наукову дисципліну. Пропонований нами підхід до вирішення вищеназваної проблеми ґрунтується на загальних властивостях складних систем, які складають клас систем з випадково-подібною поведінкою. До нього відносяться всі организмические системи, а випадково-подібна траєкторія їх поведінки характеризується динамічними параметрами, які, з одного боку, визначаються верхнім рівнем ієрархії системи (електроенцефаллограмми, реограми, ентропія пульсограмм, електрокардіограми і т. Д.), А з іншого боку, відображають в собі індивідуальні властивості досліджуваних складних систем. Таким чином, дослідження випадково-подібних траєкторій поведінки виділеного класу систем з метою діагностики їх станів органічно поєднує в собі і спільність, і індивідуальність параметрів.

Основна передумова вибору систем з випадково-подібною поведінкою, яке часто називають детермінованим хаосом, - це масовість поширення досліджуваного явища в реальній дійсності, а також наукові та практичні досягнення в його вивченні. Математичний образ траєкторій поведінки вище розглянутих систем - це дивні атрактори (strange attraktor - СА), які мають такі специфічні особливості.

Для будь-якого дивного аттрактора існує і визначена область тяжіння і область значень траєкторії у фазовому просторі поведінки системи. Це означає, що будь-яка точка траєкторії, що потрапила в область тяжіння, через кінцевий час приведе її в область значень СА, з якої вона без зовнішніх збуджень ніколи не вийде.
Геометричний образ СА в фазовому просторі має шарувату структуру, згустки і розрідження значень траєкторії.
СА дуже чутливі до початкових значень траєкторії, тобто при малих варіаціях початкових значень або виникла заваді, що належать області тяжіння, спостерігаються експоненціально наростаючі в часі відмінності траєкторій і їх властивостей, зазначених у пункті 2.
Феноменальним властивістю СА є його восстанавливаемость, як багатовимірного геометричного об`єкта, всього по єдиною проекції фазового простору. Наприклад, в тривимірному фазовому просторі xyz, маючи тільки значення координати х, можна відновити тривимірний геометричний образ СА. Таким чином, в кожній проекції СА міститься інформація про цілісний його геометричному образі.
Траєкторії СА і всі їхні проекції відносяться до строго нестаціонарних процесів і мають слабо виражену варіацію спектра, що забороняє використовувати апарат теорії ймовірностей і апарат спектрального аналізу при дослідженні систем з випадково-подібною поведінкою.

Тут перераховані тільки такі властивості СА, які необхідні для підтвердження сформульованої нижче гіпотези.

Діагноз захворювання сім`ї бджіл ставиться на основі епізоотологічних даних, ознак захворювання і лабораторного дослідження. Діагностувати хвороби бджіл вкрай важко. Цей процес ускладнюється подібністю ознак ураження, змішаними патологіями і прихованим перебігом захворювання.

Контроль за зміною фізіологічного стану сім`ї, що характеризується великою кількістю параметрів, призводить до великих витрат часу і праці. Для отримання конкретної інформації необхідно розбирати гніздо, порушувати мікроклімат сім`ї, що в зимовий час просто неможливо. Бджоляр, який має велику пасіку, не в змозі виконувати це регулярно.

В останні десятиліття проведені численні дослідження у нас в країні (Е. Єськов, 1979- А. Рибочкін, 1990 і ін.) І за кордоном по використанню інструментальних методів діагностики і контролю за станом бджолиної сім`ї. Однак проблема діагностики стану сім`ї бджіл досі залишається відкритою, що й обумовлює необхідність пошуку нестандартних підходів до розробки нових методів.

Гіпотеза, що акустичний шум сім`ї не що інше, як випадково-подібна траєкторія, властивості якої можуть ефективно застосовуватися для вирішення завдань діагностики і дослідження динаміки процесів її життєдіяльності - лягла в основу нашої роботи.

З метою її підтвердження вимірювали акустичні шумограмми сім`ї (Ашс) карпатської породи бджіл в літньо-осінній період в широкому діапазоні частот (40 Гц - 44 кГц) при різних параметрах вологості, температури і тиску, але без урахування повільно змінюються екологічних умов. Знімали Ашс здорових сімей в стандартних вуликах з маткою і без неї, а також сімей, хворих аскосферозом і американським гнильцом.

Строго встановлено, що Ашс відноситься до нестаціонарним процесам, які мають слабко виражені варіацію спектра, і є проекцією багатомірного геометричного образу потенційно існуючого аттрактора. Використання відомого алгоритму його відновлення призводить до істинності висновку про існування аттрактора високої розмірності, який відповідає кожній Ашс з названого різноманіття. Визначено, що геометричні образи СА локалізуються в фазовому просторі і не перетинаються, що дає можливість зробити обґрунтований висновок про існування чіткої межі, що розділяє всі пари геометричних образів. Отже, при природній інтерпретації кожного відновленого СА як функціонального стану бджолиної сім`ї діагностика здійснюється зі стовідсотковим позитивним результатом в фазовому 850-вимірному просторі при довжині вимірюваного оцифрованого сигналу Ашс в 1000 байт. Настільки висока рівномірність фазового простору обумовлена створеним нами методом відображення багатомірного декартова простору в двомірне простір дисплея.

Використання наведеного вище методу діагностики вимагає організації діалогового режиму взаємодії особи, яка приймає рішення, з комп`ютером, що, в свою чергу, пред`являє високі вимоги до якості апаратних засобів. Крім того, зазначений метод містить об`єктивну складову, яка виникає при прийнятті остаточного рішення для малих значень мірності фазового простору.

Слід особливо наголосити таку обставину. Авторським колективом розроблений на основі хаотичної динаміки Ашс ще один метод діагностики, який базується на вищезгаданій другому фундаментальну властивість СА (пункт 2). Встановлено, що кожний стан сім`ї бджіл характеризується строго розрізняються специфічними кривими щільності заповнення фазового простору. Алгоритм і метод обчислення значень цих кривих носять характер ноу-хау. При цьому мірність фазового простору, щодо якого приймається діагностичне рішення, знижується на порядок в порівнянні з мірність, необхідної при використанні першого методу. Процес прийняття діагностичних рішень реалізується автоматично, в результаті чого усувається суб`єктивний фактор і знижуються вимоги до апаратних засобів. Ця обставина відкриває шляхи створення портативних спеціалізованих пристроїв експрес-діагностики стану сімей бджіл в польових умовах для масового застосування.

Важливий результат проведених досліджень полягає в тому, що об`єктивно відновлена инвариантность області значень відновлених СА від параметрів зовнішнього середовища.

Розроблені методи алгоритмізовані, створені програмні засоби, орієнтовані на масову обчислювальну техніку.

Відео: Що робити з бджолиного Сім`єю Яка Гине

На закінчення слід зазначити, що другий, розроблений нами метод має високу прогностичну значимість, оскільки діагностика станів може бути реалізована в прихований період захворювання бджолиної сім`ї. Такого роду латентні стану також мають строго індивідуальну криву щільності заповнення фазового простору.

Використовуваний авторами підхід універсальний і може ефективно застосовуватися для вирішення завдань діагностики в медицині і ветеринарії.

Проведені авторами статті дослідження дали принципово нові результати.

Відкрито, що всі процеси життєдіяльності в бджолиної сім`ї підкоряються законам детермінованого хаосу.
Характеристикою нестаціонарного процесу в бджолиної сім`ї є область значень траєкторії дивного аттрактора в 850-вимірному фазовому просторі.
Динаміка траєкторії дивного аттрактора має високу прогностичну значимість, що також підтверджує новизну пропонованого підходу.
Для діагностики всіх станів бджолиної сім`ї необхідно і достатньо виміряти один і тільки один інтегральний динамічний параметр.
Створено програмні засоби, що дозволяють різко скоротити арсенал дорогих систем збору інформації.
Значне зниження вимог до апаратних засобів відкриває шляхи створення портативних пристроїв експрес-діагностики стану бджолиної сім`ї.

Відео: Як підселити рій до бджолиної сім`ї

Е.Н.БОЛОТСКІЙ

ОПХ ВНІІІМТ МОЗ РФ, Курська обл.

В.М.ДОВГАЛЬ, А.В.ХІЖІНКОВ

Держ. тих ун-т, м Курськ

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Схожі