projekt system wspomagania decyzji dla pa

Transkrypt

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
SYSTEMY INTELIGENTNE WE
WSPOMAGANIU DIAGNOSTYKI
MEDYCZNEJ – PROJEKT
SYSTEM WSPOMAGANIA DECYZJI DLA PARALOTNIARZY
Prowadzący:
dr inż. Edward Puchała
Projekt wykonali:
Piotr Blachnik
Marek Bugiel
Specjalność:
IMT – rok akademicki 2002/2003
SYSTEMY INTELIGENTNE WE WSPOMAGANIU DIAGNOSTYKI MEDYCZNEJ – PROJEKT
2
1. Cel, założenia i ogólna tematyka projektu
Celem niniejszego projektu jest nabycie umiejętności tworzenia systemu
wspomagającego decyzję. Jako problem decyzyjny wybrano rozpoznawanie miejsca
startu na paralotni w zależności od bieżących warunków atmosferycznych dla a-priori
określonego zestawu startowisk na terenie Dolnego Śląska oraz czeskiej części
Karkonoszy. System jest przeznaczony dla początkujących pilotów o niewielkim
doświadczeniu i wiedzy z zakresu dostępnych startowisk, jak również dla osób
zamieszkałych poza obszarem objętym niniejszym projektem i chcących latać nad
dolnośląskimi zboczami, bez wiedzy o wszystkich dostępnych miejscach i ich
specyfice.
Założenia wstępne:
• system musi być prosty w obsłudze dla każdego użytkownika,
• wymagane informacje wejściowe powinny być proste w akwizycji (pomiar
prędkości i kierunku wiatru, podstawowe informacje prognostyczne dostępne np.
w wielu serwisach www),
• system ma minimalizować prawdopodobieństwo popełnienia błędu podjętej przez
pilota paralotniowego decyzji, przez co może pozytywnie wpłynąć na ilość
wypadków powstałych na skutek nieprawidłowego wyboru miejsca startu,
• system musi generować jednoznaczny i zrozumiały dla użytkownika wynik,
• wynikiem działania powinna być najlepsza możliwa dla pilota decyzja przy danym
stanie atmosfery, określonych umiejętnościach i innych czynnikach wpływających
na proces rozpoznawania,
• projekt ten powinien być dostępny bez ograniczeń dla szerokiego grona
zainteresowanych nim odbiorców. Aby zrealizować to założenie, po fazie testów
projekt zostanie opublikowany w postaci ogólnodostępnej strony www w miejscu
o adresie http://www.paralotnie.republika.pl oraz zareklamowany w wybranych
tytułach polskojęzycznej prasy lotniczej. Projekt został opracowany tak, aby
mogły z niego korzystać osoby nie mające komputera lub dostępu do internetu,
jednakże taki sposób korzystania z informacji wymaga elementarnej biegłości w
posługiwaniu się strukturami drzewiastymi (należy „ręcznie” analizować przejścia
w załączonym do projektu drzewie decyzyjnym).
2. Krótki opis problemu
Jedną z najważniejszych rzeczy w amatorskim lotnictwie ultralekkim
uprawianym w terenie górzystym jest umiejętność podjęcia właściwej decyzji
odnośnie miejsca startu przy danych warunkach atmosferycznych (głównie kierunek
wiejącego wiatru). Prawidłowa decyzja wpływa nie tylko na długość i rodzaj lotu, ale
również na bezpieczeństwo pilota. W ekstremalnym przypadku błędne rozpoznanie
warunków może spowodować wypadek i obrażenia (ze śmiercią włącznie) u
startującego. Skąd bierze się to podstawowe niebezpieczeństwo? Wiatr opływa góry
podobnie jak woda kamienie w rzece. Przepływający płyn spiętrza się po nacierającej
stronie i wznosi wzdłuż powierzchni przeszkody (kamienia, góry), opadając po drugiej
stronie, gdzie tworzą się wiry o osi poziomej. Taka turbulencja jest największym
zagrożeniem w lotnictwie, gdyż aparat latający lub statek powietrzny, który dostanie
się w taki obszar, staje się niesterowny aż do całkowitej utraty kontroli włącznie.
Zazwyczaj sytuacja taka kończy się awaryjnym lądowaniem lub wypadkiem.
3
Opisywane zjawisko można zilustrować następującym rysunkiem:
Zabroniony obszar turbulencji
Obszar lotów
Ki
er
un
ek
ar
St
ru
at
w
i
to w
isko
c
Sz
t
zy
g
ór
sk
i
Wybór właściwego startowiska jet zdeterminowany przez szereg czynników
zewnętrznych. Jest to problem decyzyjny, którego rozwiązanie jest bardzo proste dla
eksperta w tej dziedzinie i jednocześnie dość trudne dla pilota nie mającego wiedzy o
miejscach do latania na danym obszarze oraz ich specyfice. Niniejszy projekt jest
próbą algorytmicznego zapisu wiedzy posiadanej przez eksperta po to, aby ułatwić
innym podjęcie decyzji bez kontaktu z osobą posiadającą dużą wiedzę w tym
temacie.
Baza wiedzy została stworzona przez jednego z współautorów projektu
(Piotra Blachnika – licencja sportowa „A płn”), który zajmuje się paralotniarstwem od
1995 roku i posiada dostateczną praktykę i wiedzę, aby móc podjąć właściwą decyzję
wyboru miejsca do latania na dolnośląskich startowiskach.
3. Etapy powstawania projektu
W poniższych punktach przedstawiono proces tworzenia
wspomagającego decyzję wraz z omówieniem poszczególnych kroków.
3.1.
systemu
Wybór startowisk jako klas przestrzeni decyzyjnej.
Poniżej zestawiono wybrane miejsca do latania na terenie górskiej części
Dolnego Śląska i czeskiej części Karkonoszy. Startowiska wybrano tak, aby pokryć
nimi wszystkie możliwe kierunki oraz siły wiatru. Odrzucono miejsca, w których
latanie może być niebezpieczne ze względu na mało korzystne warunki terenowe
(bardzo małe startowiska, problemy z osiąganiem lądowisk). Do każdego miejsca
dołączono zakres kierunków wiatru, przy których można z niego bezpiecznie
wystartować i wykonać loty.
3.2.
4
Nr klasy
(decyzja)
1
Dzikowiec - wyciąg
2
Dzikowiec – „łysa”
0 – 60
3
Dzikowiec - ESE
80 – 115
4
Bukowiec – „półka”
325 – 35
5
Bukowiec
300 – 330
6
Rybnica Leśna
315 – 350
8
Mieroszów
180 – 240
9
Żmij
200 – 250
10
Czeszka
0 – 90
11
Łysiec
225 – 270
12
Czarna Góra
0 – 90
13
Rudnik
290 – 340
14
Czoło
70 – 110
15
Wołowa Góra
315 – 360
16
Cerna Hora (CZ)
155 – 225
17
Miedviedin (CZ)
135 – 180
18
Brak miejsca do lotów
-
19
Srebrna Góra
70 – 110
Nazwa startowiska
Dopuszczalny kierunek
wiatru [O]
60 – 75
Wybór cech rozdzielających przestrzeń decyzyjną
Aby system mógł wybrać najlepsze w danych warunkach miejsce do latania,
należy wprowadzić cechy o wartościch mierzalnych, za pomocą których można
przeprowadzić wnioskowanie. Poniżej zestawiono wszystkie cechy wraz z hierarchią
ich ważności:
• X0 – meteorologiczny kierunek wiatru (skąd wieje wiatr). Należy go zmierzyć i
podać na wejście systemu z jak największą dokładnością. Kierunek wiatru mierzy
się na równym i otwartym terenie. Jest to najważniejsza z cech, gdyż w drzewie
decyzyjnym (opis w dalszej części opracowania) za pomocą cechy X0 dokonuje
się rozróżnienia na najwyższym poziomie. Od dokładności tego parametru zależy
w dużej mierze jakość generowanych przez system wyników,
• X1 – siła wiatru [m/s]. Należy ją mierzyć w miarę możliwości jak najdokładniej na
równym i odsłoniętym terenie,
• X2 – doświadczenie pilota. Tutaj do wyboru są dwie możliwości: duże (a) i małe
(b) (oznaczenia w nawiasach w punkcie bieżącym i poniższym są użyte w
przedstawionym w dalszej części drzewie decyzyjnym). Duże doświadczenie w
rozumieniu systemu to brak problemów ze startem na wymagających (stromych,
krótkich, wąskich) startowiskach, opanowana umiejętność lądowania na
wymagających lądowiskach (tłok przy podejściu, mała powierzchnia, spadek
terenu) oraz umiejętność latania wśród wielu obiektów latających. Każdy, kto nie
jest objęty powyższą definicją, jest traktowany jako pilot o małym doświadczeniu,
• X3 – przewidywana zmiana kierunku wiatru: wzrost wartości w stopniach (‘+’),
spadek (‘-’) i brak przewidywanych zmian (‘0’). Z cechy tej korzysta się jedynie
przy zmianach kierunku wiatru o wartościach do +/- 200. W przypadku większych
spodziewanych zmian należy dokonać rozpoznania wielokrotnego, czyli
przeprowadzić cały proces od początku podając różne kierunki wiatrów. Dane o
•
•
•
5
przewidywanej zmianie kierunku wiatru należy zaczerpnąć z prognozy meteo lub z
własnych obserwacji i doświadczeń,
X4 – przewidywana zmiana siły wiatru: wzrost (‘+’), spadek (‘-‘) i brak
przewidywanej zmiany (‘0’). Dane o przewidywanej zmianie siły wiatru należy
zaczerpnąć z prognozy meteo lub z własnych obserwacji i doświadczeń. Zmiany o
wartości +/- 2 m/s należy traktować jako brak zmian,
X5 – preferowany rodzaj stoku: wzgórze dla początkujących i stok dla
zaawansowanych. Wzgórze dla początkujących powinni wybrać piloci stawiający
pierwsze samodzielne kroki lub szkolący do stopnia „L” instruktorzy,
X6 – możliwość wyjazdu za granicę państwa. Cecha ważna w przypadku, gdy
dobre warunki do lotów są po czeskiej stronie.
Hierarchia ważności cech:
• X0 (najważniejsza)
• X1, X5, X6 (cechy równie istotne),
• X2,
• X3, X4.
3.3.
Konstrukcja drzewa decyzyjnego
Wiedzę eksperta w dziedzinie wyboru właściwego miejsca do startu na
paralotni postanowiono zapisać w postaci drzewa decyzyjnego (rozpoznawanie
wieloetapowe). W pierwszym kroku dokonano podziału zakresów kierunków wiatru,
aby można było uzyskać zróżnicowanie przestrzeni za pomocą cechy X0. Problem
zachodzących na siebie wartości rozwiązano w następujący sposób:
o
0
45
B
A
60
o
o
75
o
Załóżmy, że na zboczu A lata się w zakresie kierunków wiatru od 00 do 600, a
na górze B od 450 do 750. W takim przypadku wydzielono następujące przedziały:
Symbol przedziału
Granice przedziału [0]
a
A1
b
c
0 – 44
45
46 - 59
60 - 75
Możliwa decyzja (wynik
pracy systemu)
A
A lub B
A lub B
B
Zastosowanie przedziału „A1” leżącego na granicy nowo powstałych
przedziałów uzasadnione jest tylko w nielicznych przypadkach. Decyzja „A lub B” jest
rozpatrywana podczas dalszego procesu rozpoznawania dzięki pomiarowi innych
cech. W niektórych przypadkach ostateczna decyzja może być wieloelementowa,
gdyż przy danych warunkach na dwóch lub więcej szczytach można uzyskać zbliżone
rezultaty (np. „A / B”). Ostateczny wybór zostaje w takim przypadku pozostawiony
6
użytkownikowi systemu, który może zdecydować się np. na najbliższe mu w danej
chwili miejsce.
Wynik dzielenia startowisk w zależności od kierunku zbocza zestawiono w
poniższej tablicy (przetłumaczenie numeru decyzji na nazwę miejsca znajduje się w
tabeli w punkcie 3.1.):
Symbol przedziału
Granice przedziału [0]
A
a
b
B
c
d
e
f
g
i
j
k
l
C
m
n
D
o
p
q
r
s
t
u
x
y
z
0
1 - 34
35 - 59
60
61-69
70 - 74
75 - 79
80 - 89
90 - 109
110 - 114
115 - 134
135 - 154
155 - 179
180
181 - 199
200 - 224
225
226 - 239
240 - 249
250 - 269
270 - 289
290 - 299
300 - 314
315 - 329
330 - 339
340 - 349
350 - 359
Możliwa decyzja (wynik
pracy systemu)
2, 4, 10, 12, 15
2, 4, 10, 12
2, 10, 12
1, 2, 10, 12
1, 10, 12
1, 10, 12, 14, 19
10, 12, 14, 19
3, 10, 12, 14, 19
3, 14
3
18
17
16, 17
8, 16, 17
8, 16
8, 9, 16
8, 9, 11, 16
8, 9, 11
9, 11
11
18
13
5, 13
5, 6, 13, 15
4, 6, 13, 15
4, 6, 15
4, 15
Powyższe dane posłużyły do konstrukcji korzenia drzewa decyzyjnego o
następującej strukturze:
7
Korzeń (węzeł główny)
W0
a
Wa1
b
Wb1
...
...
X0
z
Wz1
A
...
WA
D
...
WD
Korzystając z wiedzy eksperta stworzono natępujące poddrzewa (węzły
terminalne zostały pogrubione):
8
A
WA1
X5
b
WA2
a
X2
4
a
b
12
WA3
+
WA4
-
X1
0
15
(7-8)
(0-2)
X3
WA6
(3-6)
WA5
+
X4
2 / 10
15
0
WA7
+
-
2 / 10
(7-8)
(0-2)
(3-6)
12
X1
X4
2 / 10
0
-
12
12
2 / 10
15
15
9
a
Wa1
b
a
Wa2
(0-2)
X5
X1
4
(7-8)
(3-6)
b
12
Wa3
b
X2
2 / 10
Wb1
a
12
Wa4
+
2 / 10
b
X4
-
12
0
a
Wb2
(0-2)
12
12
X1
18
(7-8)
(3-6)
Wb3
b
X2
2 / 10
a
12
Wb4
X4
+
2 / 10
-
12
X5
0
12
10
B
WB1
X5
b
WB2
a
X2
18
a
b
WB3
X3
-
+,0
WB4
WB4
X1
+
12
WB5
(7-8)
(0-2)
X3
X1
(7-8)
(0-2)
(3-6)
(3-6)
0
12
WB5
X4
1
12
WB6
X4
1 / 10
-
+
0
+
-
0
-
1
12
WB9
12
1 / 10
12
12
X1
WB7
(3-6)
12
(7-8)
(0-2)
WB10
(3-6)
1/2/
10
X4
12
+
WB8
X4
2 / 10
0
-
1/2/
10
X1
(7-8)
(0-2)
+
0
-
12
12
2 / 10
12
12
11
c
Wc1
X5
b
Wc2
a
X2
18
a
b
Wc3
X1
Wc4
(7-8)
(0-2)
(3-6)
Wc5
+
X4
1
12
0
Wc6
+
-
1
(7-8)
(0-2)
(3-6)
12
X1
X4
1 / 10
0
-
12
12
1 / 10
12
12
12
d
Wd1
X5
b
Wd2
X2
18
a
b
Wd3
a
X1
Wd5
(7-8)
(0-2)
(3-6)
Wd4
+
X4
19
12 / 14
0
Wd6
+
-
1 / 19
(7-8)
(0-2)
(3-6)
12
X1
X4
19
0
-
12
12
1 / 10
12 / 14
12 / 14
13
e
We1
X5
b
We2
a
X2
18
a
b
We3
X1
We5
(7-8)
(0-2)
(3-6)
We4
+
X4
19
12 / 14
0
We6
+
-
19
(7-8)
(0-2)
(3-6)
12
X1
X4
19
0
-
12
12
10
12 / 14
12 / 14
14
f
Wf1
X5
b
Wf2
a
X2
18
a
b
Wf3
X1
Wf5
(7-8)
(0-2)
(3-6)
Wf4
+
X4
19
12 / 14
0
Wf6
+
-
19
(7-8)
(0-2)
(3-6)
12
X1
X4
3 / 19
0
-
12
12
10
12 / 14
12 / 14
15
g
Wg1
X5
b
Wg2
a
X2
18
a
b
18
Wg3
X1
(0-6)
(7-8)
14
3
i
Wi1
b
Wi2
b
18
X5
a
X2
18
a
3
j
18
16
k
Wk1
X5
b
Wk2
0
a
X6
1
18
Wk3
b
Wk4
(0-3)
Wl1
b
a
X6
0
18
1
18
Wl3
X2
b
a
18
Wl4
(0-3)
X1
(6-8)
(4-5)
17
16
X1
(4-8)
X5
17
Wl2
X2
a
18
l
18
18
Uwaga! Niebezpieczny
start przy tych
warunkach !
18
17
C
WC1
X5
b
WC2
0
a
X6
8
1
8
WC3
X2
b
a
8
WC4
X3
0
-
+
WC7
(0-3)
17
WC5
+
8
-
16
16
WC8
(6-8)
18
(0-6)
16
X1
start przy tych
warunkach !
(8)
(0-7)
WC6
(4-5)
X1
X4
8
0
16
X1
(7-8)
8
18
m
Wm1
X5
b
a
Wm2
X6
0
8
1
8
Wm3
b
X2
a
8
Wm4
X1
(8)
(0-7)
Wm5
+
X4
8
0
-
8
16
16
19
n
Wn1
X5
b
Wn2
a
X6
1
0
Wn3
b
X2
Wn5
a
8
Wn4
(0-6)
9
8
b
X1
(7-8)
8
X2
a
8
Wn6
(0-7)
16
X1
(8)
8
20
D
WD1
X5
b
a
WD2
X2
a
8
b
8
WD3
X6
0
WD4
(0-6)
WD5
+
11
-
9
1
X1
WD6
(0-6)
(7-8)
X3
8
WD7
0
+
9
9 / 11
-
16
X1
(7-8)
X3
8
0
16
21
o
Wo1
X5
b
Wo2
a
X2
b
p
8
Wp1
X5
a
b
8
Wo3
X1
(7-8)
Wp2
(0-6)
8
X2
b
Wo4
X3
+
a
18
a
18
Wp3
X1
0
(7-8)
-
11
9
9
(0-6)
18
Wp4
+
11
Wq1
b
b
0
-
q
Wq2
9
9
X5
a
X2
18
a
18
Wq3
(0-6)
11
X3
X1
(7-8)
18
r
18
22
s
Ws1
X5
b
Ws2
(0-2)
a
X1
t
18
(3-8)
13
Wt1
start przy tych
warunkach !
13
b
Wt2
u
Wu2
(7-8)
(7-8)
X2
13
6
a
X1
Wu4
X1
(7-8)
(0-3)
(0-6)
(4-6)
6
13
15
Wu5
+
X4
6
0
-
5
13
13
X1
(0-6)
5
a
b
Wu3
Wt3
X5
b
18
a
13
Wu1
a
X2
b
X5
23
x
Wx1
X5
b
Wx2
a
X2
4/6
a
b
Wx3
(7-8)
X1
Wx4
X1
(0-3)
(0-6)
(7-8)
(4-6)
6
13
15
13
6
y
Wy1
X5
b
Wy2
b
a
X2
4
a
6
Wy3
(0-3)
15
X1
(4-8)
6
24
z
Wz1
X5
b
Wz2
b
a
X2
4
a
18
Wz3
(0-5)
15
X1
(6-8)
18
4. Implementacja
Projekt został zrealizowany jako strona WWW napisana w języku HTML ze
wstawkami w języku Java Script i docelowo będzie się znajdował na stronie
http://www.paralotnie.republika.pl. Język skryptowy Java Script umożliwił wybór
parametrów wejściowych w postaci „combobox`ów”, oraz zrealizowanie drzewa
decyzyjnego. Realizacja projektu jako strony WWW pozwoliła między innymi na
zamieszczenie linków do stron z dodatkowymi informacjami o wskazanym jako wynik
pracy systemu stoku (stokach). Projekt ten jako strona WWW jest o wiele bardziej
dostępny niż w formie programu wykonywalnego „*.exe”. Po wyborze aktualnych
warunków pogodowych oraz własnych umiejętności należy nacisnąć przycisk „Podaj
miejsce startu”. Na podstawie drzewa decyzyjnego zostanie wybrany stok (lub stoki)
z których można startować i jest otwierana określona podstrona z dodatkowymi
informacjami o stoku, jak:
• fotografia startowiska, całej góry lub charakterystycznego punktu,
• współrzędne geograficzne miejsca startu gotowe do wprowadzenia do odbiornika
nawigacji satelitarnej GPS,
• link do innej strony zawierającej rozszerzony opis miejsca do latania.
25
5. Wnioski
Wnioski jakie nasunęły się podczas realizacji niniejszego projektu:
• próba zalgorytmizowania chociaż części wiedzy eksperta jest czynnością trudną i
czasochłonną. Ilość czynników zewnętrzynych, jakie bierze się pod uwagę w życiu
przy podejmowaniu decyzji jest bardzo duża, a próba uwzględnienia w systemie
większości z nich powoduje znaczną rozbudowę i skomplikowanie systemu
wspomagającego decyzję. Mając świadomość trudności w realizacji dobrego i
poprawnie wnioskującego systemu wspomagania decyzji, autorzy projektu
dołożyli wszystkich starań, aby projekt działał bez zastrzeżeń, jednakże nie
odpowiadają za jakiekolwiek wypadki powstałe na skutek błędnej lub
prawidłowej decyzji podjętej przez system! Jak sama nazwa mówi, jest to
program jedynie wspomagający decyzję i nigdy nie może do końca zastąpić
eksperta w tej dziedzinie. System służy jedynie do sugestii w które miejsce należy
się udać. Należy również pamiętać o instrukcji wykonywania lotów na każdym
zboczu i stosować się do ogólnie panujących przepisów regulujących zasady
ruchu powietrznego. Korzystanie z systemu oznacza zgodę na wyżej wymienione
warunki! Dokumentacja systemu stanowi jego integralną część.
• często podczas podejmowania decyzji pilot kieruje się intuicją, której nie da się
zamodelować w żaden sposób za pomocą drzewa i innych przeznaczonych do
tego środków.

projekt system wspomagania decyzji dla pa

Transkrypt

Podobne dokumenty

ZESPÓŁ REDAKCYJNY • Prof. dr hab. n. med. Marian Zembala

PREMII J`CJV/AME

specjalizacja - inteligentne budynki

sapioseksualny Zobacz w grafice Google

Dom Pomocy Społecznej „Na Przedwiośniu” Ul. Przedwiośnie 1, 04

Niezależny Partner Biznesowy S7 Medical Company

Elektroniczna dokumentacja medyczna

5.7. PODSUMOWANIE Podsumowując ten aplikacyjny rozdział

CANNABIS LECZY. Przyszłość medycznej marihuany w Polsce.