РАЗДЕЛ 2.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ УГЛОВ ИЗГИБА
В СУСТАВАХ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
2.1. Биомеханическая информация в структуре биотехнической системы
Разработка структурной и информационной моделей биотехнической системы (БТС)
(рис. 2.1) упирается в выбор набора подсистем и определение их взаимосвязей,
необходимых и достаточных для выполнения заданных целевых функций – ее
назначения. Это можно сделать, опираясь на основные принципы системного
подхода: целостность, организованность и сложность [14].
Измерительно-вычислительная система биотехнического типа в общем случае
представляет собой совокупность следующих основных функциональных комплексов:
измерительного, вычислительного, отображающего [15].
Эти комплексы входят в состав основного контура управления, в котором они
объединены вместе с объектом исследования или управления и человеком-оператором
общими процессами информативных преобразований – сбором, передачей, хранением,
приемом, обработкой, анализом измерительной (осведомительной) информации и
генерированием командной (управленческой) информации.
Основной задачей измерительного комплекса БТС является получение информации о
параметрах объекта – источника измерительной информации, о значениях
воздействий, прикладываемых к объекту, о параметрах функционирования самой БТС.
Поэтому в состав измерительного комплекса входят входные измерительные
преобразователи, устройства первичной обработки сигналов, устройства коммутации
и синхронизации.
Рис. 2.1. Измерительно-вычислительная биотехническая система
Вычислительный комплекс предназначен для накопления, хранения и вторичной
обработки информации и содержит накопители измерительной информации,
запоминающее устройство ОЗУ, блоки программ и устройства вторичной обработки.
Измерительная информация до этапа предъявления ее человеку проходит ряд
преобразований, последовательность которых целесообразно изучать с помощью
обобщенной структурно – информационной модели измерительно-вычислительной
системы биотехнического типа. Здесь следует прежде всего выделить основные
потоки информации: Fх – поток информации, отибираемый от объекта; – поток на
выходе измерительного комплекса; – поток информации на выходе вычислительного
комплекса; – поток на выходе отображающего комплекса; – потоки командной
информации, формируемые оператором. Кроме них разнообразные потоки информации
циркулируют внутри отдельных комплексов системы.
Наиболее важные из потоков, циркулирующие в вычислительном комплексе БТС, – это
потоки Fпо , Fпх управленческой информации с блока программ на блоки обработки
и хранения измерительной информации и , – потоки измерительной информации между
блоками хранения и обработки. В вычислительном комплексе БТС закладывается
также некоторая постоянная начальная (априорная) информация Iв. нач ,
содержащая значения коэффициентов, констант, предельные значения измеряемых
параметров, и информация Iпр о программах проведения исследований и обработки
потока.
В отображающий комплекс поступают потоки информации или (и) . Функционально они
связаны с потоком измерительной информации , но количественно могут отличаться,
причем , . Поток с блока хранения должен нести всю информацию, которая
поступает к блоку как определенная доля потока . Кроме того, отсюда может
поступать и накопленная информация, предварительно изученная в блоках вторичной
обработки. Так как входной поток в ВК ВТС будет подвергаться информационным
преобразованиям, то последние могут привести к уменьшению абсолютного потока
(его уплотнению), при этом доля полезной (релевантной [16]) информации может
даже возрасти. Потоки , могут поступать по программе (это определяется потоками
, командных сигналов), в ритме обработки или по вызову оператора через
исполнительный комплекс. Поток предъявляемый оператору, не совпадает с потоками
и ; обычно он межет изменяться в процессе функционирования БТС, , .
Информационные преобразования в отображающем комплексе предназначены для
согласования предъявляемой информации с психофизиологическими характеристиками
человека и задачами операторской деятельности. Такое согласование достигается с
помощью специальной организации размещения и кодирования на носителях системы
отображения, а также путем формирование потоков командной информации по
управлению процессом отображения. Предусматривается также введение некоторой
начальной информации, связанной с характером размещения ее на носителях,
выбором масштабных сеток, указателей, типа и параметров реперных отметок и
т.д.
Поток информации Fy является входным для оператора; он оказывает на него
основное воздействие, передавая информацинную модель исследуемого объекта. Если
воздействие на оператора происходит через зрительный анализатор, то этот поток
формируется в канале информационного взаимодействия оптического типа. Для
осуществления рабочих функций на основании анализа потока Fy, полученных
инструкций, накопленного опыта и приорных сведений в сознании оператора
формируется концептуальная модель, в соответствии с которой он и выполняет
командные действия [15, 16].
2.2. Информативные параметры биомеханических процессов
Для количественной оценки параметров движения должны учитываться следующие
параметры: зависимость от времени угла изгиба в тазобедренном , коленном и
голеностопном суставах, сила и временная зависимость контакта нога – пол,
уровень электрической активности мышц.
В процессе движения человека характеристики и , для левой и правой конечности
относительно симметричны. Если одна из конечностей ампутирована, эти
характеристики различны. Следо