Желязков Є. О. Система адаптивного освітлення на базі визначення циркадних ритмів людини

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U001794

Здобувач

Спеціальність

  • 171 - Електроніка

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.002.138; ID 5461

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Анотація

Дисертація присвячена розробці системи адаптивного освітлення, яка на основі даних про фізіологічні параметри людини та параметри світла у приміщенні, виконує функцію регулювання та підтримки комфортних умов перебування людини у приміщенні, шляхом адаптації під її циркадні ритми, що запобігає погіршенню стану здоров’я. Адаптація світла під циркадні ритми людини передбачає урахування фізіологічних даних та мікрокліматичних параметрів приміщення, в якому перебуває людина. Реєстрація фізіологічних сигналів містить як переваги, так і недоліки: перевага – наявність додаткової інформації та можливість підлаштувати режим освітлення під конкретного користувача; недолік – конструктивна складність реєстрації сигналів. При реалізації адаптивного освітлення необхідно враховувати також геометричні та світлові характеристики приміщенні. В більшості випадків основними вимогами, що висуваються до систем адаптивного освітлення, є: 1) колірна температура, що має відповідати часу доби та фізіологічним параметрам людини; 2) відсутність пульсацій світлового потоку; 3) енергетичні параметри – залежності енергії випромінювання від довжини хвилі випромінювання – мають бути узгодженими з колірною температурою у конкретні моменти часу доби. Основним завданням роботи є дослідження впливу різних за параметрами типів світла на циркадні ритми людини та розробка системи, здатної адаптуватися під особисті фізіологічні характеристики людини та мікрокліматичні параметри в конкретний момент часу. На практиці використовують системи, що знімають та аналізують дані про циркадні ритми людини за допомогою натільних біологічних сенсорів. Разом з тим наявні системи, які за допомогою фотосенсорів реєструють, аналізують та відповідним чином змінюють світлові параметри – освітленість і корельовану колірну температуру. Існуючі системи адаптивного освітлення забезпечують регулювання світлових параметрів відповідно до часу доби та заданих алгоритмом керування значень, не враховуючи фізіологічні параметри людини. Додаткове врахування фізіологічних сигналів дозволяє забезпечити підлаштування під індивідуальні особливості, керування освітленням за індивідуально підібраними сценаріями, та зменшити шкідливий вплив додаткових світловипромінюючих пристроїв. Таким чином, в роботі запропоновано систему адаптивного освітлення, яка враховує внутрішні та зовнішні світлові показники приміщення та автоматично адаптується до фізіологічних даних людини. У дисертаційній роботі на основі теоретичних і експериментальних досліджень забезпечується підвищення точності вимірювання світлових характеристик завдяки створенню нових і вдосконаленню існуючих методів вимірювання фотометричних характеристик. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та двадцяти двох додатків. Науковою новизною роботи є: 1. Підхід щодо визначення інтегрованого показника зв‘язку між фізіологічними параметрами людини, світловими та електричними параметрами системи адаптивного освітлення, який дозволив керувати світловими параметрами середовища, в якому перебуває людина. 2. Підхід щодо моделювання роботи серця людини у вигляді електричної схеми Ван дер Поля, яка відрізняється врахуванням трансмісійного ефекту між серцем та тканинами організму, що дозволило імітувати роботу серця людини задля уникнення шумів та завад у елементах еквівалентного електричного кола з подальшим та точним визначенням параметрів циркадних ритмів людини. 3. Математична модель оточуючого середовища, яка відрізняється від відомих представленням залежностей параметрів мікроклімату та фізіологічних параметрів людини у вигляді нечітких логічних висловлювань. 4. Електрична принципову схему сенсорів вимірювання фізіологічних параметрів для визначення циркадних ритмів людини та параметрів оточуючого середовища, яка відрізняється від відомих можливістю визначення та підлаштування параметрів світла та мікроклімату під особисті фізіологічні параметри людини. Практичним значенням роботи є: 1. Технічні рішення ІоТ-системи адаптивного освітлення, які інтегрують дані про індивідуальний стан людини та умови оточуючого середовища для автоматичного регулювання освітлення, що дозволило покращити якість життя людей і підвищити енергоефективність освітлення на 10%. 2. На базі запропонованих математичних моделей та методів розроблено програмне забезпечення для вимірювання біологічних сигналів та параметрів оточуючого середовища, зокрема для підтримки функціонування електричної принципової схеми сенсорів, що дозволяє підлаштовуватися під фіксовані фізіологічні потреби конкретної людини, адаптуватися у конкретний момент часу під їх зміни, а також підтримувати комфортні умови перебування людей. 3. Практичне впровадження розробленої ІоТ-системи адаптивного освітлення у проектах "KUEHA" та "CeTi" в ТУ м. Дрезден

Публікації

Yehor Zheliazkov, “Researching the efficiency of buck converter synchronous rectifier”, “Technology audit and production reserves”, Kharkiv, №4/1(54), pp. 44-50, 2020. ISSN 2523-4455. DOI: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.207893

Yehor Zheliazkov, Circuit design of buck-voltage converter with digital control system. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(52), 46–50, 2020. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.202024

Єгор Желязков. Вплив джерел синього світла в освітлювальних установках на циркадні ритми людини. Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал. – 2021. – Т. 26, № 2(118). – С. 237533-1-237533-10. – ISSN 2523-4455. DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.237533

Bondarenko, O., Kozhushko, Y. V., Karbivska, T., Zheliazkov, Y., & Safronov, P. S. Stability Analysis Of Hybrid Energy Storage Based On Supercapacitor And Battery. Electrical Engineering and Electromechanics, 0(5), 31–37, 2020. https://doi.org/10.20998/2074-272x.2020.5.05

Zheliazkov, Y., Yamnenko, J. Smart Ergonomic Lighting for Circadian Rhythm. In: Emerging Networking in the Digital Transformation Age. TCSET 2022. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 965. Springer, Cham. 2023. ISSN: 1876-11119, ISBN: 978-3-031-24963-1, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-24963-1_27

Yehor Zheliazkov, Joachim Seifert, Julia Yamnenko, Maximilian Beyer, Lars Schinke "System of adaptive lighting in the building based on determination of human circadian rhythms". Proceedings of 16th International Conference TCSET. February 22-26, 2022, 886 p. IEEE. DOI: 10.1109/TCSET55632.2022.9766921

Ю. С. Ямненко, Є. О. Желязков. «Дискретні спектральні перетворення Уолша та Адамара та їх застосування для систем розширення спектру». Дванадцята міжнародна науково-практична конференція "Математичне та імітаційне моделювання систем МОДС-2017", с. 420–424, 26-29 червня 2017.

Y. Zheliazkov, J. Yamnenko, “Impact of lighting parameters on human comfortable feeling”, 2022 IEEE. 63th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), pp. 1-10, 2022. DOI: 10.1109/RTUCON56726.2022.9978745.

Y. Zheliazkov, “System of Circadian Lighting Based on Determination of Human Thermal Comfort Level”, International Conference on Applied Innovations in IT (ICAIIT) 2023, pp. 247-258, 2023. DOI: 10.25673/101945

Y. Zheliazkov, L. Globa, I. Yamnenko, "System of Comfortable Live Level Improvement," 2023 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT), pp. 7-20, 2023. DOI: 10.1109/IDT59031.2023.10194427

Є. О. Желязков, Ю. В. Кожушко, Т. О. Карбівська, та О. Ф. Бондаренко, «Покращення характеристик безпровідних зарядних пристроїв для медичних застосувань», 22-га міжнародна науково-практична конференція «Сучасні інформаційні та електронні технології», с. 50–51, 2020.

Є. Желязков, Є. Карплюк, О. Бондаренко, «Цифровий пульсоксиметр комбінованої дії», Сучасні інформаційні та електронні технології, с. 91-92, 28 травня - 1 червня 2018.

Схожі дисертації