میدان الکتریکی هواپیما: شناسایی با تحلیل خوشه‌ای

خلاصه

پیشرفت‌های فناوری منجر به افزایش مقیاس میدان الکترومغناطیسی شده است. در این مقاله برای شناسایی این میدان از روش تحلیل خوشه‌ای استفاده شده‌ایم.

کلیدواژه‌ها

• میدان الکترومغناطیسی
• هواپیما
• درآخت نورون (exposure)
• DBSCAN (به نتیجهٔ خوشه‌ای مبتنی بر چگالی)
• تحلیل خوشه‌ای

مقدمه

پیشرفت‌های فناوری باعث شده‌اند که نگرانی عمومی درباره بازتاب‌های الکترومغناطیسی هم در میان مسافران و هم در میان مهندسان compañía هواپیماها افزایش یابد.

به‌دلیل فناوری‌های پیشرفتهLAYERهای امنیتی، نارداهای این میدان به‌طور مداوم رخ می‌دهد و در این مقاله، به‌عنوان یک نقطهٔ اصلی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

سینوپتیک الکترومغناطیسی می‌تواند به‌صورت یونییک یا غیریونیک دسته‌بندی شود. بازتاب یونییک می‌تواند منجر به شکست شیمیایی شوک شود که ممکن است بافت‌های زیستی را تغییر دهد. در هواپیماها، بازتاب یونییک از فضاهای طبیعی ناشی می‌شود و شدت آن بستگی به عرض جغرافیایی، ارتفاع پرواز، طول مسیر و فصلی دارد.

در بازتاب‌های غیریونیک، اثرات حرارتی مشاهده می‌شود. مطالعاتی محدود دربارهٔ نعره‌های میدان الکترومغناطیسی طی پروازها نشان می‌دهد که این میدان نه تنها می‌تواند بدن را گرم کند بلکه می‌تواند عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی هواپیما را تحت تأثیر قرار دهد.

روش و مواد

برای تعیین تأثیر کلی میدان الکتریکی بر انسان‌ها و دستگاه‌ها در حین پرواز، آزمایش‌های میدانی انجام شد و نتایج آن‌ها به‌عنوان داده‌کاوی برای ساخت مدل تحلیل خوشه‌ای با بهره‌گیری از الگوریتم DBSCAN جمع‌آوری شد.

این الگوریتم وظیفه دارد که داده‌های مشابه را به‌هم گروه‌بندی کند و در عین حال تفاوت‌های واضحی را بین گروه‌ها حفظ کند.

داده‌ها شامل چهار نوع هواپیما بودند: Aero AT3 R100، Cessna C152، Robinson R44 Raven و Tecnam P2006T؛ این هواپیماها پایهٔ آموزشی مرکز آموزش پروازی دانشگاه لابک (University College of Applied Science in Chelm) را تشکیل می‌دهند.

نتیجه‌های اندازه‌گیری با استفاده از میکرو راد NHT3DL از شرکت Microrad با سوندای 01E انجام شد (شکل 1).

شکل 1. میکرو راد NHT3DL پارامتر میدان الکتریکی با سوندای 01E نصب‌شده در هواپیما Aero AT3.

داده‌های اندازه‌گیری برای هر نوع هواپیما در شکل 2 ارائه شده است.

شکل 2. نمودار نقطه مقادیر ERMS و EPEAK حوزهٔ الکتریکی برای چهار نوع هواپیما.

الگوریتم DBSCAN (به‌زبان انگلیسی: Ion Density-Based Spatial Clustering Application with Varying Applications and Noise) با پارامتر تطبیقی ϵ به کار رفته است.

پارامتر ϵ که حداکثر فاصله مجاز بین نمونه‌ها برای قرار گرفتن در یک گروه را تعیین می‌کند، برای هر نوع هواپیما از یک معادله‌ی معین محاسبه می‌شود.

ERMS و EPEAK میانگین مقادیر اندازه‌گیری هستند

شکل ۳. مثالی از نحوه عملکرد الگوریتم DBSCAN

در همان شکل (شکل ۳) نقاط C نشانگر نقاط کانونی هستند، در حالی که A و B به‌عنوان نقط‌های لبه‌ای شناخته می‌شوند و نقطهٔ N یک نویز (پرت) محسوب می‌شود. برای هر دسته از هواپیماها، پارامتر ϵ را با استفاده از فرمول (۱) تعیین می‌کنیم. سپس با این مقدار ϵ، الگوریتم DBSCAN را به‌صورت جداگانه برای هر گروه اجرا می‌کنیم. الگوریتم خوشه‌ها و داده‌هایی را که به‌عنوان نویز شناخته می‌شوند شناسایی می‌کند؛ نویز را از داده‌های اصلی حذف می‌کند و برای باقی‌مانده داده‌ها مقادیر مورد نیاز را در جدول ۱ جمع‌آوری می‌نماید.

شکل ۴. نمودار فرآیند فیلتر کردن داده‌ها

تعداد نمونه‌های حداقل به‌صورت ثابت و برابر با ۶۰ تعیین می‌شود.

نتیجه‌گیری و بحث

نتایج تحلیل جمعی برای هر یک از هواپیماها، بدون استفاده از تحلیل خوشه‌ای، در جدول ۱ przedstaw شده است.

جدول ۱. نتایج تحلیل جمعی برای هر یک از هواپیماها

جدول ۲. داده‌ها پس از اعمال تحلیل خوشه‌ای نمایش داده شده است.

شکل ۴. نتایج تحلیل خوشه‌ای برای اندازه‌گیری‌های میدان الکتریکی هواپیماها: a) آیرو AT3، b) سسنا C152، c) رابینسون R44، d) تکنام P2006T

نتیجه‌گیری

تحلیل خوشه‌ای امکان می‌دهد تا تأثیر تعمیم‌یافته میدان الکتریکی بر کاربر در طول عملیات‌های هوایی بسته به نوع هواپیما قابل مشاهده باشد. بالاترین مقدار متوسط E_RMS برابر با ۰.۳۶ ولت بر متر در هواپیمای سسنا C152 است و بالاترین نسبت لحظه‌ای E Peak به E_RMS برابر با ۱۲.۵ ولت بر متر، در پرواز با تکنام P2006T ثبت شده است. در مقابل، مقادیر میدان الکتریکی در آیرو AT3 بین ۰.۱۴ تا ۵.۰۱ ولت بر متر متغیر هستند و تنها برای سسنا C152 داده‌ها به سه خوشه تقسیم می‌شوند؛ در سایر موارد تنها یک خوشه مشاهده می‌شود. شناسایی میزان مواجهه با میدان الکترومغناطیسی RFEMF می‌تواند نشان دهد که در کدام نوع هواپیما مقادیر میدان الکترومغناطیسی کم‌ترین را دارد. نتایج به‌دست‌آمده با حدود مجاز مقایسه می‌شوند: دستورالعمل 2013/35/EU، مقررات مربوط به سطوح مجاز میدان‌های الکترومغناطیسی در محیط، و مقررات وزیر بهداشت مورخ ۱۷ دسامبر ۲۰۱۹، تا تعیین کنیم آیا مقادیر استاندارد میدان الکترومغناطیسی فراتر رفته‌اند یا نه.

منابع
[1] C e l a y a – E c h a r r i M . , e t a l ., 5G Spatial Modeling of Personal RF-EMF Assessment within Aircrafts Cabin, IEEE Acces, 10:78860 – 78874, (2022), Doi: 10.1109/ACCESS.2022.3193681
[2] P i c a l l o I . , e t a l . , Deterministic Wireless Channel Characterization towards the Integration of Communication Capabilities to Enable Context Aware Industrial Internet of Thing Environments, Springer, (2022), Doi: 10.1007/s11036-022-01993-9
[3] Gas P., Temperature inside Tumor as Time Function in RF Hyperthermia, Przegląd Elektrotechniczny, (2010), vol. 86, no.12, 42 – 45.
[ 3 ] M i c h a ł o w s k a J . , e t a l . , Assessment of Training Aircraft Crew Exposure to Electromagnetic Field caused by Radio Navigation Devices, Energies, (2021), vol. 14, no. 1
[ 3 ] M i c h a ł o w s k a J . , e t a l ., Monitoring the Risk of the Electric Component Imposed on a Pilot During Light Aircraft Operations in a High-Frequency Electromagnetic Field, Sensors, (2019), vol.19, no. 24,
[5] K i e l i s z e k J . , e t . a l ., Assessment of the Electromagnetic Field Exposure during the Use of Portable Radios in the Context of Potential Health Effects, Energies, (2020), vol. 13, no. 23,
[6] M i c h a ł o w s k a J . , e t a l ., Monitoring of the Specific Absorption Rate in Terms of Electromagnetic Hazards, Journal of Ecological Engineering, vol. 21, issue. 1, (2020)
[7] S a r m a A . , e t a l ., An Exact Scalable DBSCAN Algorithm for Big Data Exploiting Spatial Locality, IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER), (2019) Doi: 10.1109/CLUSTER.2019.8891020
[8] K r a w c z y k A . , e t . a l ., Electromagnetic Field in Social Perception – Myths and Conspiracy Theories, (2020), IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), Doi: 10.1109/PAEP49887.2020.9240831
[9] E s t e r M . , e t . a l .,. A Density-Based Algorithm for Discovering Clusters in Large Spatial Databases with Noise, Institute for Computer Science, University of Munich. Proceedings of 2nd International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD-96), (1996)
[10] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP). Guidelines for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (100 kHz to 300 GHz). Health Phys. 2020, 118, 483–524
[11] Zubrzak B., et.al Methods for controlling the levels of electromagnetic fields in the environment. Przegląd Elektrotechniczny, (2019), 96, 94–99
[12] Michałowska J., et al., Aviation training safety assessment in the context of electromagnetic field exposure, Przegląd Elektrotechniczny, (2021), R. 97 NR 12/2021, doi:10.15199/48.2021.12.27
[13] Pytka, J., Budzyński P., Tomiło P., Michałowska J., Gnapowski E., Błażejczak D., Łukaszewicz A., IMUMETER—A convolution neural network-based sensor for measurement of aircraft ground performance, Sensors, (2021), 21(14), 4726
[14] Michałowska J., et al., Identification of the Electromagnetic Field Strength in Public Spaces and During Travel,. Applications of Electromagnetics in Modern Engineering and Medicine (PTZE), (2019), 121-124

مرجع‌ها:

1. Mazurek P. و همکاران، شدت میدان‌های الکتریکی در پوشش شبکه‌های GSM 900, GSM 1800 DECT, UMTS, WLAN در مناطق مسکونی، کاربردهای الکترومغناطیس در مهندسی و پزشکی مدرن (PTZE)، 2018، صفحات 159-162.
2. Jun S. و همکاران، ترموکوپل‌هایی با قابلیت تست خودکار داخلی، مجله بین‌المللی ترموفیزیک، جلد 37، شماره 4، صفحات 1-9، 2016.
3. Pater Z. و Tofil A.، شبیه‌سازی فرآیند نورد لوله در نورد Diescher با روش المان محدود، مجله پیشرفت‌های علوم و تکنولوژی-تحقیق، جلد 8، شماره 22، صفحات 51-55، 2014، DOI: 10.12913/22998624.1105165.
4. Xu, H. و همکاران، یک استراتژی ترکیبی برای انتخاب ویژگی بر اساس الگوریتم بهینه‌سازی یکپارچه و همسایه وزن‌دار k-نزدیک برای بهبود عملکرد سیستم تشخیص نفوذ شبکه، الکترونیک، جلد 9، شماره 8، مقاله 1206، 2020.
5. Mazurek P. و همکاران، شدت میدان‌های الکتریکی در دامنه فرکانسی GSM 900, GSM 1800 DECT, UMTS, WLAN در مناطق مسکونی، Przeglad Elektrotechniczny، جلد 94، شماره 12، صفحات 202-205، 2018، DOI: 10.15199/48.2018.12.45.
6. Pytka J.، اندازه‌گیری مسافت غلت زمینی هواپیما در حین برخاست و فرود در باند چمنی، اندازه‌گیری، 2022، DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111130.
7. Kochan O. و همکاران، اندازه‌گیری دمای اد-هواکی با استفاده از دماسنج مقاومتی، مجموعه مقالات دوازدهمین کنفرانس بین‌المللی اندازه‌گیری (MEASUREMENT)، صفحات 228-231، 2019، DOI: 10.23919/measurement47340.2019.8780010.
8. Pytka J.، سیستم دینامومتر چرخ برای آزمایش چرخ‌گره فرود هواپیما، اندازه‌گیری، جلد 148، 2019، DOI: 10.1016/j.measurement.2019.106918.

نویسندگان:

• دکتر اینژ. یوانا میخاووفسکا، مؤسسه علوم و فناوری و هوانوردی، دانشکده علوم کاربردی خلم، خیابان پوچتوا 54، 22-100 خلم، ایمیل: jmichalowska@panschelm.edu.pl
• کارشناسی‌ارشد اینژ. پاوئل تومیلو، دانشگاه فناوری، دانشکده مدیریت، خیابان نادبیستژیتسکا 38، 20-618 لوبلین، ایمیل: p.tomilo@pollub.pl
• دکتر هاب. اینژ. آرکادیوش توفیل، مؤسسه علوم و فناوری و هوانوردی، دانشکده علوم کاربردی خلم، خیابان پوچتوا 54، 22-100 خلم، ایمیل: atofil@panschelm.edu.pl
• کارشناسی‌ارشد اینژ. لوکاش پوزیو، مرکز هوانوردی، دانشگاه دولتی عالی خلم، خیابان پوچتوا 54، 22-100 خلم، ایمیل: lpuzio@panschelm.edu.pl
• دکتر هاب. اینژ. یاروسواف پیتکا، دانشکده وسایل نقلیه موتوری، دانشگاه فناوری لوبلین، خیابان نادبیستژیتسکا 36، 20-618 لوبلین، ایمیل: j.pytka@pollub.pl

شناسه منبع و ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY، ISSN 0033-2097، R. 99 NR 2/2023. DOI: 10.15199/48.2023.02.43

منتشر شده توسط PQBlog

مهندس برق

مشاهده پست‌های بیشتر

پرسش‌های متداول

الگوریتم DBSCAN چگونه در شناسایی میدان الکتریکی استفاده می‌شود؟

این الگوریتم با تعیین نقاط مرکزی و دسته‌بندی نقاط مشابه به یکدیگر می‌تواند داده‌های ناپایدار مانند میدان‌های الکترومغناطیسی را شناسایی کند.

هدف از اندازه‌گیری میدان الکتریکی در پروازهای هواپیما چیست؟

اندازه‌گیری به منظور ارزیابی تأثیرات بر سیستم‌های الکترونیکی، اطمینان از ایمنی و بهبود کیفیت برق در مسیرهای پرواز می‌باشد.

چه نوع هواپیماها در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته‌اند؟

چارچوب مطالعه شامل هواپیماهای Aero AT3 R100، Cessna C152، Robinson R44 Raven و Tecnam P2006T بوده است.

منبع: powerquality.blog