Innovation and entrepreneurship, ISSN Volume V, number 2, 2017

Размер: px
Започни от страница:

Download "Innovation and entrepreneurship, ISSN Volume V, number 2, 2017"

Препис

1 Innovation and entrepreneurship, ISSN Volume V, number 2,

2 ИНСТИТУТ ЗА ИНОВАЦИИ И ПРЕДПРИЕМАЧЕСТВО INSTITUTE FOR INNOVATION AND ENTREPRENEURSHIP ИНОВАЦИИ И ПРЕДПРИЕМАЧЕСТВО НАУЧНО-ПРИЛОЖНО СПИСАНИЕ ГОДИНА VII БРОЙ 4, 2019 INNOVATION AND ENTREPRENEURSHIP СЪДЪРЖАНИЕ / CONTENTS ЕНЕРГЕТИКА / ENERGETICS APPLIED SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME VII NUMBER 4, 2019 Универсален вентилационен стенд за лабораторни упражнения по Механика на флуидите Петко Цанков, Виктор Станев, Красимир Иванов 205 Universal ventilation stand for laboratory exercises of "Fluid mechanics" Petko Tsankov, Viktor Stanev, Krasimir Ivanov Анализ на данни от енергоспестяващи мерки в обществени сгради Иван Бинев 215 Analysis of data from energy saving measures in public buildings, Ivan Binev ТЕХНИЧЕСКИ НАУКИ / TECHNICAL SCIENCES Подобряване работата на автоматизирана водна баня за получаване на нанофибрили, Сивелина Делчева, Тончо Колев, Златин Златев Improving the operation of an automated water bath to obtain nanofibrils, Sivelina Delcheva, Toncho Kolev, Zlatin Zlatev 224 Приложение на спектрални характеристики за анализ на воден стрес при краставици Мирослав Василев, Сивелина Делчева, Геновева Милушева 237 Application of spectral characteristics for water stress analysis of cucumbers Miroslav Vasilev, Sivelina Delcheva, Genoveva Milusheva ДИЗАЙН / DESIGN Автоматизирана обработка и анализ на данни от фолклорни елементи Теодора Иванова, Лилиана Индрие, Геновева Милушева Automated processing and analysis of folklore elements data Teodora Ivanova, Liliana Indrie, Genoveva Milusheva 250 СОФИЯ SOFIA,

3 ИНОВАЦИИ И ПРЕДПРИЕМАЧЕСТВО НАУЧНО-ПРИЛОЖНО СПИСАНИЕ Издател: Институт за иновации и предприемачество Адрес на издателството: София жк Красно село,бл. 192 тел е-mail: Списанието излиза 4 пъти годишно Главен редактор: доц. д-р Иванка Шивачева Редакционна колегия: проф. DSc Наталия Ткаченко, Украйна проф. DSc Предраг Дашич, Сърбия проф. DSc Румяна Ценкова, Япония проф. д-р Васка Сандева, Македония проф. Geeta Mahale, India проф. д-р Гордана Колович, Сърбия проф. д-р Елсайед А. Елнашар, Египет проф. д-р Kaтерина Деспот, Македония проф. д-р Нина Котева доц. д-р Здравка Джандармова доц. д-р Златин Златев доц. д-р Иван Лазаров доц. д-р Majlinda Fetaji, Македония доц. д-р Николай Пенев INNOVATION AND ENTREPRENEURSHIP APPLIED SCIENTIFIC JOURNAL Publisher: Institute for innovation and entrepreneurship Publishing House Address: Sofia Krasno selo, bl. 192 tel е-mail: Printout: four issues per year Editor in Chief: Assoc.prof. Ivanka Shivacheva, Ph.D. Editorial Board: Рrof. D.Sc. Nataliіa Tkachenko, Ukraine Рrof. D.Sc. Predrag Dašiс - Serbia Рrof. Roumiana Tsenkova, DSc - Japan Рrof. ElSayed A. ElNashar, PhD Egypt проф. Geeta Mahale, India Рrof. Gordana Сoloviс, PhD - Serbia Рrof. Katerina Trajce Despot, PhD - Macedonia Prof. Nina Koteva, Ph.D. Рrof. Vaska Metodi Sandeva, PhD - Macedonia Assoc.prof. Ivan Lazarov, Ph.D. Assoc. prof. Majlinda Fetaji, PhD -Macedonia Assoc.prof. Nikolay Penev, Ph.D. Аssoc.prof. Zdravka Dzhandarmova, Ph.D. Аssoc.prof. Zlatin Zlatev, Ph.D. ISSN Индексиране в международни бази данни: The articles appearing in this journal are included, reviewed and listed in: Scientific Indexing Services (SIS) Open Academic Journals Index (OAJI) The European Reference Index for the Humanities (ERIH) to NSD 204

4 ЕНЕРГЕТИКА / ENERGETICS УНИВЕРСАЛЕН ВЕНТИЛАЦИОНЕН СТЕНД ЗА ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ ПО МЕХАНИКА НА ФЛУИДИТЕ Петко Цанков, Виктор Станев, Красимир Иванов Резюме: В настоящата статия е показан един подход за създаване на универсален стенд по Механика на флуидите за изследване на линейни и местни хидравлични загуби, измерване на дебит, скоростен профил на флуидно течение. Приведени са и примерни резултати от изследвания доказващи вярност на методиката и нагледност на теоретични изводи за линейните и местни загуби - Δp л = f(q); λ оп = f(re); Δ p м = f (Q, d др ); ζ= f (Re; d др ). Ключови думи: лабораторен стенд по Механика на флуидите, методика на хидравлични изследвания, линейни и местните хидравлични загуби 1. Въведение Изучаването на основните зависимости в Механика на флуидите уравнение за непрекъснатост, уравнение за енергиен баланс, разбирането на параметрите на флуидно течение налягане, скорост, дебит се постига най-добре в практически упражнения, изследвания и демонстрации [1,2,3,9,10]. Актуалността на задачата днес се определя и от изискванията за оптимизация на проектирането, за енергийната ефективност на хидравличните съоръжения и тяхното оразмеряване, за намаляване на хидравличните и топлинни загуби [7,8,9]. UNIVERSAL VENTILATION STAND FOR LABORATORY EXERCISES OF "FLUID MECHANICS" Petko Tsankov, Viktor Stanev, Krasimir Ivanov Abstract: This article shows an approach to create a "Fluid Mechanics" universal bench for the study of linear and local hydraulic losses, flow rate measurement, fluid flow velocity profile. Also, exemplary results from studies proving the correctness of the methodology and the visibility of theoretical conclusions about linear and local losses Δp L = f(q); λ op = f(re); Δp м = f (Q, d dr ); ζ= f (Re; d dr ). Key words: Laboratory bench in Fluid Mechanics, Hydraulic Research Methods, Linear and Local Hydraulic Losses 1. Introduction The study of the basic dependencies in Fluid Mechanics - continuity equation, equilibrium equilibrium equation, understanding the parameters of fluid flow - pressure, velocity, flow is best achieved in practical exercises, researches and demonstrations [1,2,3,9,10]. The urgency of the task today is also determined by the requirements for optimization of design, energy efficiency of hydraulic installations and their sizing, reduction of hydraulic and heat losses [7,8,9]. 205

5 2. Разработване на лабораторен 2. Design of laboratory stand for стенд за упражнения по Механика exercises in "fluid mechanics" на флуидите The purpose of the work is to build Целта на работата е изграждане на a complex laboratory bench for a комплексен лабораторен стенд за цикъл cycle of laboratory exercises in fluid от лабораторни упражнения по механика mechanics, to determine: на флуидите, за определяне на: - linear losses in a straight cylindrical - линейни загуби в права цилиндрична tube; тръба; - coefficient of linear resistance of the - коефициента на линейно cylindrical tube съпротивление на права цилиндрична - charging characteristic of a throttle тръба; flowmeter - aperture type; - тарировъчна характеристика на - coefficient of local resistance (knee, дроселен дебитомер тип бленда ; extension, throttle, etc.); - коефициент на местно съпротивление - a velocity of the air flow in a round (коляно, разширение, дросел и др.); tube. - скоростен профил на въздушно The requirements to be met by the течение в кръгла тръба. stand are: Изискванията, на които трябва да - multifunctionality and отговаря стенда са : - многофункционалност и компактност compactness of the laboratory на лабораторния стенд; bench; - простота и нагледност на - Simplicity and visibility of провежданите изследвания и conducted research and демонстрации; demonstrations - възможност за доработване и - Opportunity to work and relative относителна мобилност на стенда. mobility of the stand. След анализ на няколко методики After analyzing several methods [3,4,5,6] и практически реализации на [3,4,5,6] and practical лабораторни изследвания в областта на implementations of laboratory tests механика на флуидите, като са отчетени in the field of fluid mechanics, taking целите и изискванията към лабораторния into account the objectives and the стенд, е предложена принципна схема - requirements for the laboratory фиг. 1 и идея за конструктивна схема - stand, a schematic diagram is фиг. 2 на лабораторната уредба. proposed - fig. 1 and an idea for a Хидравличните изследвания ще се construction scheme - fig.2 of the реализират с работен флуид въздух и laboratory plant. Hydraulic tests will за целта ще се използва високонапорен be carried out with a working fluid - вентилатор. Предвижда се възможност за air and a high-pressure fan will be работа основно в смукателния участък на used for this purpose. It is possible системата поради по-облекчения метод to work mainly in the suction area of за измерване на обемния дебит със the system - due to the easier смукателна еталонна дюза. method of measuring the volume Принципната схема на стенда и flow with suction reference nozzle. конструктивното изпълнение дават The principle scheme of the stand and the construction design allow for 206

6 възможност за вариативност: на различно включване на изследвани елементи (местни съпротивления), добавяне на допълнителни устройства (дроселен дебитомер 8, регулиращо устройство на скоростомерна тръба 5). Предвижда се и дроселно устройство 9 за плавно изменение на дебита на въздуха в работните участъци. variation: different inclusion of the studied elements (local resistors), addition of additional devices (throttle flow meter 8, speedometer 5 regulating device). A throttle device 9 is also provided for smoothly varying the air flow rate in the working sections. Фиг.1. Принципна схема на лабораторната уредба 1 - смукателна дюза; 2, 6, 7, 11,12 - диференциален манометър; 3 - тръбопровод; 4 - коляно; 5 - тръба на Пито; 8 - дроселен дебитомер (бленда); 9 - регулиращо устройство; 10 вентилатор Fig.1. The basic scheme of the laboratory system 1 - suction nozzle; 2, 6, 7, 11, 12 - differential pressure gauge; 3 - pipeline; 4 - knee; 5 - Pitot tube; 8 - throttle flowmeter; 9 - adjusting device; 10 - fan 207

7 Фиг.2. Конструктивна схема на лабораторен стенд 1 - смукателна дюза; 2 -тръбопровод; 3 - работен стелаж; 4 - дроселен дебитомер; 5 - коляно; 6 - регулиращо устройство; 7 гъвкав маркуч; 8 вентилатор Лабораторният стенд е оборудван със следните измервателни устройства (фиг.3): - за налягане - диференциални микроманометри - Testo 510 (5 kpa) и HD755 (7 kpa); - за дебит - еталонна смукателна дюза (конусен дифузор); - термометър и барометър за измерване на температурата на работния флуид - въздух и атмосферното налягане. Fig.2. Construction drawing of a laboratory stand 1 - suction nozzle; 2-pipeline; 3 - work rack; 4 - throttle flowmeter; 5 - knee; 6 - adjusting device; 7 - flexible hose; 8 fan The laboratory stand is equipped with the following measuring devices (fig.3): - differential pressure micrometers - Testo 510 (5 kpa) and HD755 (7 kpa); - for flow - reference suction nozzle (cone diffuser); - termometer and barometer - for measuring the temperature of the working fluid - air and atmospheric pressure. 208

8 Фиг.3. Измервателни устройства манометри и дебитомер 3. Методика за провеждане на лабораторните изследвания Методиката на лабораторните хидравлични изследвания включва: - измерване на Δp Q - пада на налягането в смукателната дюза, необходим за определяне на дебита в тръбопровода; - измерване на Δp л пада на налягането (загуби на налягане) в изследвания елемент (примерно - линейния участък с дължина l); - определяне (изчисляване) на: а) обемния дебит в тръбопровода 2 d d p Q Q 2 4 където: μ коефициент на дебита на еталонната смукателна дюза, μ = f (Re); d d диаметър на дюзата; ρ плътност на въздуха, ρ = f (t; p бар ) б) средната скорост на въздуха в тръбопровода 4. Q V m 2. d диаметър на тръбо- където d провода. в) числото на Рейнолдс: V m.d Re където: ν кинематичния коефициент на Fig.3. Measuring devices - manometers and flowmeter 3. Methodology for conducting laboratory studies The methodology of laboratory hydraulic tests includes: - measurement of Δp Q - pressure drop in the suction nozzle required to determine the flow rate in the pipeline; - measurement of Δp L - pressure drop (loss of pressure) in the research element (approximately - the linear section with length l); - distribution of: a) the volume flow in the pipeline (1) where μ - the flow rate of the reference suction nozzle, μ = f (Re); d d - nozzle diameter; ρ - density of air, ρ = f (t; p bar ). b) the average air velocity in the pipeline: (2) d - diameter of the pipeline. c) the number of Reynolds: (3) ν - kinematic coefficient of air viscosity, ν = f (t). 209

9 вискозитета на въздуха, ν = f (t). г) уточняване на коефициента на дебит на еталонната смукателна дюза: μ = f (Re) по методика [3,5]. д) опитния и теоретичния коефициенти на линейно съпротивление: d l 8 Q 5 2 оп p 2 л d) specification of the reference flow rate of the reference suction nozzle: μ = f (Re) according to the method [3,5]. e) the experimental and theoretical coefficients of linear resistance: (4) 68 k 0,11. Re d 0.25 където: l дължина на изследвания линеен участък; к еквивалентна грапавост на тръбопровода; λ Т - теоретичен коефициент на линейно съпротивление - по методика за определяне на зависимостта [2,3,4,5] - λ = f (Re; k/d). 4. Експериментални резултати и анализ На така разработения стенд са направени няколко начални проверочни експеримента, с цел уточняване на диапазон на изследванията и коректност, стабилност на конструкцията, измерванията и методиката на изследванията. Конкретно са проведени изследвания за: определяне на линейните загуби и характеристики на права цилиндрична тръба; определяне на дебитната характеристика на дроселен дебитомер тип бленда ; определяне на местни хидравлични загуби и характеристики на местно съпротивление тип дросел. Резултати от тези изследвания са приведени в графичен вид съответно на фиг. 4 и 5; фиг. 6 ; фиг. 7 а, б. Анализ на резултатите: T (5) l - length of the examined linear plot; k - equivalent roughness of the pipeline; λ T - theoretical coefficient of linear resistance - by the method of determination of dependence [2,3,5] - λ = f (Re; k/d). 4. Experimental results and analysis Several initial verification experiments were performed on the stand that was designed so as to specify the range of studies and correctness, stability of the structure, measurements and methodology of the research. Specific studies have been conducted to: determine the linear losses and characteristics of a straight cylindrical tube; Determination of debit characteristic of throttle flowmeter - diaphragm type; determining local hydraulic losses and local resistance characteristics - throttle type. The results of these studies are plotted in Fig. 4 and 5; Fig. 6; 7a, b Analysis of results: 1. The precision of the so-called bench and the accuracy of the 210

10 1. Прецизността на така изработения стенд и верността на използваните методики за провеждане на посочените изследвания са доказани с експерименталните резултати. methodologies used to conduct the above-mentioned studies have been proven by the experimental results. Фиг.4. Линейни загуби в тръбопровода в зависимост от дебита - Δp л = f (Q) Fig.4. Linear losses in the pipeline depending on the flow - Δp L = f (Q) Фиг.5. Коефициент на линейно съпротивление в зависимост от числото на Рейнолдс λ оп = f (Re) Fig.5. Coefficient of linear resistance according to the number of Reynolds λ op = f (Re) Фиг.6. Тарировъчни характеристики на дроселен дебитомер тип бленда Δp бл = f (Q) за три типоразмера бленди Fig.6. Characterization characteristics of throttle flow diaphragm - Δp bl = f (Q) for three dimensional blends 211

11 а) Δ p м = f (Q, d др ) a) Δ pм = f (Q, d dr ) Фиг.7. Характеристики на местни съпротивления тип дросели 2. Получената зависимост за линейните хидравлични загуби в тръбопровода от дебита има точно доказан квадратичен характер, потвърден от избраната аналитична зависимост (линия на тренда) описваща Δp л = f (Q) фиг.4; б) ζ = f (Re; d др ) b) ζ = f (Re; d dr ) Fig.7. Characteristics of local resistors type "throttles" 2. The dependence on the linear hydraulic losses in the flow line has a precisely proven quadratic character confirmed by the chosen analytical dependence (trend line) describing Δp L = f (Q) - fig.4; y = x ,22.x 3. Опитната логаритмична характеристика на зависимостта на коефициента на линейно съпротивление от критерия на Рейнолдс λ оп = f (Re) потвърждава класическата зависимост при турбулентно течение в преходна област когато коефициента зависи както от числото на Re, така и от относителната грапавост k/d - λ = f (Re; k/d) фиг. 5. Това практически е част от класическата диаграма на Moody Никурадзе [2,3,4,5]. 4. При определянето на местните хидравлични загуби в хидравлично съпротивление дросел тип бленда във функция от обемния дебит отново са получени квадратични зависимости Δp м =f(q) и за трите типоразмера дросели, което категорично доказва коректността на изследванията и верността на измерванията (дебит, налягане) фиг. 7а. Много ясно са очертават различията в 3. The experimental logarithmic characteristic of the linear coefficient dependence on the Reynolds criterion λ op = f (Re) confirms the classical dependence on the turbulent flow in the transition area when the coefficient depends on both the number of Re and the relative roughness k/d - λ=f (Re; k/d) Fig. 5. This is practically part of the classic Moody - Nikuradze chart [2,3,4,5]. 4. In determining the local hydraulic losses in hydraulic resistance, a diaphragm throttler in function of the volumetric flow is again obtained quadratic dependencies Δp m = f (Q) for all three type of throttle sizes, which conclusively proves the correctness of the studies and the accuracy of the measurements (flow rate, pressure) - Fig. 7a. The differences in the characteristics of the different throttle are very clear 212

12 характеристиките на различните дросели при увеличаването на съпротивленията (намаляване диаметъра на дросела): when increasing resistances (reducing the diameter of the throttle): Δp м20 = f ( Q ) ; Δ p м25 = f ( Q ) ; Δ p м35 = f ( Q ) И за трите дросела, коефициента на местно съпротивление ζ при развито турбулентно течение показва устойчива тенденция за приемане на постоянна стойност фиг. 7б, съответстващо на теоретичните постановки от класическите изводи [1,3,4] и специфични за конкретните съпротивления. Това отново точно съответства на очаквания резултат за ζ = f (Re). Тези постоянни стойности за различните дросели са съответно (фиг. 7б): ζ 20 = 7 ; ζ 25 = 18 ; ζ 30 = Резултатите отнасящи се до тариривъчните характеристики на дроселните дебитомери тип бленда Δp бл =f (Q) фиг. 6, също потвърждават очаквания квадратичен характер на зависимостите и за трите дебитомера с очертана линейна работна зона. 5. Заключение Настоящата работа е едно обобщение по проектирането, изработването и изпитването на лабораторен стенд за упражнения по Механика на флуидите. Този стенд притежава качествата на универсален вентилационен стенд защото на него могат да се реализират няколко упражнения и демонстрации: - за определяне на линейни и местни хидравлични загуби; - за определяне на коефициентите на линейно и местно хидравлични съпротивления; - за тариране на дроселен дебитомер тип бленда по еталонен; - за снемане на скоростен профил на въздушно течение в кръгъл тръбопровод For the three thrusters, the local resistance coefficient ζ in the developed turbulent flow shows a steady tendency to accept a constant value Fig.7b, corresponding to the theoretical statements of the classical conclusions [1, 3, 4] and specific to the concretely resistances. This again corresponds exactly to the expected result for ζ = f (Re). These constant values for the various throttle are respectively (fig.7b): 5. The results concerning the charging characteristics of throttle diaphragm type diaphragms Δp bl =f(q) Fig. 6 also confirms the expected quadratic nature of the dependencies for all three flow meters with a "linear working zone" outlined. 5. Conclusion The present work is a summary of the design, development and testing of a laboratory bench for exercises in "Fluid Mechanics". This bench has the qualities of a universal ventilation bench because it can perform several exercises and demonstrations: - for determining linear and local hydraulic losses; - for determining the coefficients of linear and local hydraulic resistances; - for tare calibration of a standard diaphragm flow meter; - for removing the velocity profile of the air flow in a circular pipeline 213

13 и др. Резултатите от изследванията показват много добро потвърждение на теоретичните зависимости от Механика на флуидите относно линейните и местни хидравлични съпротивления коефициенти и загуби. Стендът има възможност за доработване, надграждане и провеждане на допълнителни хидравлични изследвания. and the like. The results of the studies show very good confirmation of the theoretical dependences on Fluid Mechanics regarding linear and local hydraulic resistances - coefficients and losses. The stand has the opportunity to refine, upgrade and carry out additional hydraulic tests. 6. Литература 6. References [1] Young, D., B. Munson, T. Okiishi, W. Huebsch. (2011). A Brief Introduction to Fluid Mechanics Fifth Edition. John Wiley & Sons, Inc., pp.523. ISBN [2] Shaughnessy, E. Jr., I.Katz, J. Schaffer. (2005). Introduction to Fluid Mechanics. New York Oxford, Oxford University press, pp ISBN [3] White, F. (1991). Viscous Fluid Flow - Second Edition. McGraw-Hill, Inc., pp.638. ISBN [4] Stankov, P., I. Antonov. (1986). Manual for Exercises and Collection of Problems in Fluid Mechanics. Publishing house "Tehnika" , pp.233 (in Bulgarian) [5] Zheleva, I., G. Popov et al. (2006). Manual for Fluid Mechanics Exercises. Publishing house of University of Russe A. Kanchev, pp.158. (in Bulgarian) [6] Antonov, I., V. Yankov. (1990). Manual for Exercises in Fluid Mechanics. National publishing house Yambol, Bulgaria, pp.167. (in Bulgarian) [7] Georgieva, N., Z. Zlatev, I. Binev. (2013). Experimental study of heat and environmental characteristics of gas burner operating under water-heating installations. Applied research on technics, technologies and education ARTTE, 1 (1), pp [8] Binev, I. (2018). Possibilities for ground water use for conditioning of the faculty "Technics and technology" building in Yambol. ARTTE, 6 (2), pp ISSN (print), ISSN (online) [9] Vasile, A. (2012). Simulation of hydraulic load in pipes, using the working medium Adina. Acta technica corviniensis Bulletin of Engineering, Fascicule 3 [July September], pp ISSN [10] Virtual labs - Fluid Mechanics labs, (available on ) Контакти доц. д-р инж. Петко Цанков инж. Виктор Станев ас. инж. Красимир Иванов Тракийски университет Стара Загора Факултет Техника и технологии Ямбол, България Contacts Asooc. Prof. Petko Tsankov, PhD, eng. Eng. Viktor Stanev Assist. Prof. Krasimir Ivanov Trakia University Stara Zagora Faculty of Technics and Technologies Yambol, Bulgaria 214

14 АНАЛИЗ НА ДАННИ ОТ ЕНЕРГОСПЕСТЯВАЩИ МЕРКИ В ОБЩЕСТВЕНИ СГРАДИ Иван Бинев Резюме: При извършване на анализ на резултатите, чрез сравняване на реалните параметри, отчитащи състоянието на обществени сгради е необходима оценка на енергийните спестявания след изпълнение на енергоспестяващи мерки. Представен е комплексен сравнителен анализ, на методи за обработка на данни, въз основа на който се прави оценка на настъпилите промени в процеса на приложение на енергоспестяващи мерки за сгради, в неговата цялост и в частност енергийните проекти в два български града, с оглед тяхната динамика и бъдещо развитие. Ключови думи: енергийна ефективност, обществени сгради, енергоспестяващи мерки, клъстерен анализ, анализ на съответствията 1. Увод Програмируемите логически контролери (PLC) са разпространени в различни области на индустриалното призводство, заменяйки релейните логически схеми като по-лесно и поевтино решение и се е превърнало в стандарт за индустриална автоматизация. Топлинните загуби на сградите през отоплителния период зависят в найголяма степен от топлофизичните свойства на външните ограждащи елементи, изградени от няколко слоя от различни материали. Тези загуби се получават вследствие на преминаване на топлината от по-топлата страна на ограждащия елемент към по-студената и се наричат загуби от топлопреминаване. За намаляване на тези загуби, най-голямо ANALYSIS OF DATA FROM ENERGY SAVING MEASURES IN PUBLIC BUILDINGS Ivan Binev Abstract: In an analysis of the results, by comparing the actual parameters, taking into account the condition of public buildings, it is necessary to evaluate the energy savings after implementation of energy saving measures. A complex comparative analysis of data processing methods is presented, on the basis of which an assessment of the changes in the process of application of energy saving measures for buildings, in its entirety, and in particular the energy projects in two Bulgarian cities, in view of their dynamics and future development. Keywords: energy efficiency, public buildings, energy saving measures, cluster analysis, correspondence analysis 1. Introduction The thermal losses of buildings during the heating period depend to a large extent on the thermalphysical properties of the outer enclosures, made up of several layers of different materials. These losses are due to the transfer of heat from the warmer side of the enclosure to the colder one and are called heat transfer losses. To reduce these losses, the thermal insulation materials used, their thermal properties and thickness are of main importance. [2,4,9]. 215

15 значение имат използваните топлоизолационни материали, техните топлофизични характеристики и дебелина [2,4,9]. При извършване анализ на резултатите, чрез сравняване на реалните параметри, отчитащи състоянието на една сграда и нормативните стойности на същите параметри е открит потенциал за намаляване на разходите с въвеждане на енергоспестяващи мерки, целящи повишаване на термичното съпротивление на ограждащите елементи на сградата [5,7,9]. Оценката на енергийните спестявания след изпълнение на енергоспестяващи мерки има за цел да определи количеството спестена енергия в сградите спрямо предишно базово състояние, вследствие на въведени мерки за повишаване на енергийната ефективност и да докаже степента на постигане на индивидуалните цели за енергийни спестявания. Количеството спестена енергия е равно на разликата между енергията преди въвеждането на мерките за подобряване на енергийната ефективност и използваната енергията за отопление след изпълнение на тези мерки, при поддържане на температура според нормативните изисквания [1,6,8]. Съответствието на обследвана сграда с изискванията за енергийна ефективност е изпълнено, когато стойността на енергийната характеристика на сградата е по-малка или равна на еталонната ѝ стойност. Тези предпоставки и анализ на данни от тяхното изпълнение са цел на настоящата работа. 2. Материал и методи Използвани са изходни данни за обществени сгради в град Сливен България [3]. Данните са при оценка на When analyzing the results, by comparing the actual parameters, taking into account the condition of a building and the normative values of the same parameters, the potential for cost reduction was discovered by introducing energysaving measures aimed at increasing the thermal resistance of the surrounding building elements. [5,7,9]. The assessment of energy savings after implementation of energy saving measures aims to determine the amount of energy saved in buildings compared to the previous baseline, as a result of the introduced energy efficiency measures and to prove the degree of achievement of the individual energy savings goals. The amount of energy saved is equal to the difference between the energy before the introduction of the energy efficiency improvement measures and the energy used for heating after the implementation of these measures, while maintaining the temperature according to the regulatory requirements [1,6,8]. The conformity of an inspected building with the requirements for energy efficiency is fulfilled when the value of the energy performance of the building is less than or equal to its reference value. These prerequisites and the analysis of data from their implementation are the purpose of this work. 2. Material and methods Source data for public buildings in the city of Sliven Bulgaria were used [3]. The data is in the assessment of the implementation 216

16 изпълнението на препоръчаните мерки в енергийните обследвания, включващи разход на енергия от фактури за три последователни години след реновирането на сградите. За оценка на влиянието на предвидените енергоспестяващи мерки за повишаване на термичното съпротивление на ограждащите елементи на сградите е направен анализ в зависимост от очакваните спестявания на енергия. На първи етап е използван клъстерен анализ. Той представлява класификация, чиято цел е да се оформят естествени групи въз основа на различни признаци. При клъстерният анализ n на брой обекта се групират в k (k>1) на брой групи, наречени клъстери, като се използват p (p>0) на брой признаци (променливи) [11]. Анализът на съответствията е графична техника, при която се разкриват зависимости между качествени признаци. Използва се за откриване на основни характеристики с помощта на карти и графични изображения [10]. Извършва се с т.нар. таблици на съответствията, които отразяват сходствата и взаимодействията между изследваните признаци, разположени по редовете и колоните. Представлява инструмент за сравнителен анализ чрез графично представяне на факторите, които обуславят основните различия. При него липсва критерий за проверка на статистическата значимост на получените резултати. Целта е изходните данни да се представят в опростен вид. Ако редовете и колоните в таблицата са напълно независими, елементите в таблицата могат да се получат с помощта на сумите по редове и колони. В такъв смисъл анализът на съответствията може да се разглежда като метод чиято цел е определяне на пространство от of the recommended measures in the energy audits, including energy consumption from invoices for three consecutive years after the renovation of the buildings. In order to assess the impact of the envisaged energy saving measures for increasing the thermal resistance of the building envelope elements, an analysis was made in relation to the expected energy savings. In the first stage, cluster analysis was used. It is a classification whose purpose is to form natural groups based on different features. In cluster analysis, n numbers of objects are grouped into k (k>1) by number of groups called clusters, using p (p>0) by number of characters (variables) [11]. Correspondence analysis is a graphical technique that reveals relationships between quality traits. Used to detect key features using maps and graphics [10]. It is performed with the so-called correspondence tables that reflect the similarities and interactions between the traits studied, arranged in rows and columns. It is a tool for benchmarking by graphically presenting the factors that determine the main differences. It lacks a criterion for verifying the statistical significance of the results obtained. The purpose is to present the raw data in a simplified form. If the rows and columns in the table are completely independent, the elements in the table can be obtained by summing the rows and columns. In this sense, correspondence analysis can be seen as a method aimed at defining 217

17 минимална размерност. Този факт наподобява задачите на факторния анализ, при който се осъществява разлагане на общата вариация с цел намаляване броя на променливите с минимални загуби в изходната матрица. 3. Резултати и дискусия На фигура 1 са показани резултати от клъстерен анализ на предвидените енергоспестяващи мерки за повишаване на термичното съпротивление на ограждащите елементи за сградите в обшина Ямбол. a space of minimum dimension. This fact resembles the tasks of factor analysis in which the total variation is decomposed in order to reduce the number of variables with minimal losses in the output matrix. 3. Results and discussion Figure 1 shows the results of a cluster analysis of the envisaged energy-saving measures for increasing the thermal resistance of the enclosing elements for buildings in the Yambol municipality. Фиг.1. Клъстерен анализ на предвидените енергоспестяващи мерки за сградите в община Ямбол От графиката се вижда, че енергоспестяващите мерки се групират в два клъстера. В първият е мярката "Топлинното изолиране на външни стени". Другите две мерки за подобряване на енергийната ефективност "Подмяна на дограма с PVC" и "Топлинно изолиране на покрив" Fig. 1. Cluster analysis of the envisaged energy saving measures for buildings in Yambol municipality The graph shows that energy saving measures are grouped into two clusters. The first is the measure "Thermal insulation of exterior walls". The other two measures for improving energy efficiency - "Replacement of windows with PVC" and "Thermal insulation of the roof" are grouped in a 218

18 се групират в общ клъстер. Резултатите от очакваното спестяване на енергия при тези две мерки са близки. На фигура 2 са показани резултати от клъстерен анализ на предвидените мерки за енергийна ефективност на ограждащите елементи за сградите в община Сливен. Тук също се формират два клъстера. Като в този случай основно влияние върху подобряването на енергийната ефективност на сградите оказва мярката "Подмяната на дограмата с PVC". Останалите две мерки - "Топлинно изолиране на външни стени" и "Топлинно изолиране на покрив" се групират в общ клъстер, тъй като резултати от определените спестявания на енергия са близки. common cluster. The results of the expected energy savings under these two measures are close. Figure 2 shows the results of a cluster analysis of the envisaged energy efficiency measures of the enclosing elements for the buildings in Sliven Municipality. Two clusters are also formed here. In this case, the measure "Replacement with PVC joinery" has a major influence on improving the energy efficiency of buildings. The other two measures - "Thermal insulation of exterior walls" and "Thermal insulation of roof" - are grouped into a common cluster, as the results of the specified energy savings are close. Фиг.2. Клъстерен анализ на предвидените енергоспестяващи мерки за сградите в община Сливен Направеният клъстерен анализ показа, че върху подобряването на енергийната ефективност на сградите основно влияние оказва мярката "Подмяна на Fig.2. Cluster analysis of the envisaged energy saving measures for the buildings in Sliven municipality The cluster analysis showed that the measure "Replacement with PVC windows" for buildings in Sliven municipality and "Thermal insulation 219

19 дограмата с PVC" за сградите в община Сливен и "Топлинно изолиране на външните стени" за сградите в община Ямбол. От този анализ не става ясно, при кои от изследваните сгради е найзначимо влиянието на тези мерки за подобряване на енергийната ефективност. Това е основен недостатък на клъстерния анализ. За определяне на влиянието на отделните енергоспестяващи мерки върху подобряване на енергийната ефективност на сградата, подходящ и доказан метод е анализа на съответствията. На фигура 3 са показани резултати от Анализ на съответствията на предвидените мерки за енергийна ефективност на ограждащите елементи в сградите, обект на анализа в община Ямбол. of exterior walls" for buildings in Yambol has a major influence on improving the energy efficiency of buildings. From this analysis it is not clear which of the buildings under study is most significant for the impact of these energy efficiency improvement measures. This is a major drawback of cluster analysis. To determine the impact of individual energy-saving measures on improving the energy performance of a building, a suitable and proven method is conformity analysis. Figure 3 shows the results of the Correspondence Analysis of the envisaged energy efficiency measures of the enclosing elements in the buildings subject to analysis in Yambol Municipality. Фиг.3. Анализ на съответствията на предвидените енергоспестяващи мерки на сградите в община Ямбол Fig. 3. Correspondence analysis of the envisaged energy saving measures of the buildings in Yambol municipality 220

20 Резултатите от клъстерния анализ показаха, че енергоспестяващата мярка "Топлинното изолиране на външните стени" оказва значимо влияние върху енергийната ефективност на изследваните сгради. След направения Анализ на съответствията може да се направи извод че, най-голямо влияние на тази мярка върху енергийната ефективност е за сградата на ГПЧЕ "В. Карагьозов". На фигура 4 са представени резултати от Анализ на съответствията на предвидените енергоспестяващи мерки на сградите в община община Сливен. The results of the cluster analysis showed that the energy saving measure "Thermal Insulation of Exterior Walls" had a significant impact on the energy efficiency of the buildings under study. After the Conformity Analysis has been made, it can be concluded that the greatest impact of this measure on energy efficiency is for the building of foreign language school "V. Karagyozov". Figure 4 presents the results of the Correspondence Analysis of the envisaged energy saving measures of the buildings in Sliven Municipality. Фиг.4. Анализ на съответствията на предвидените енергоспестяващи мерки на сградите в община Сливен При клъстерния анализ беше констатирано, че енергоспестяващата Fig.4. Correspondence analysis of the envisaged energy saving measures of the buildings in Sliven municipality In the cluster analysis, it was found that the energy saving measure 221

21 мярка "Подмяната на дограма с PVC" оказва значимо влияние върху подобряването на енергийната ефективност на сградите. В случая тази мярка е довела до най-голямо намаляване на енергийните разходи в сградите на XI СОУ "Константин Константинов", II ОУ "Христо Ботев" и X СОУ "Йордан Йовков". 4. Заключение Адаптирани са програмни средства за анализ на данни от изпълнение на енергоспестяващи мерки в обществени сгради. Сравнителният анализ на двата използвани метода за обработка на данни къстерен анализ и анализ на съответствията показва, че за определяне на влиянието на отделните енергоспестяващи мерки върху подобряване на енергийната ефективност на сградите, подходящ и доказан метод е анализа на съответствията. Представен е комплексен сравнителен анализ, на методи за обработка на данни, въз основа на който се прави оценка на настъпилите промени в процеса на приложение на енергоспестяващи мерки за сгради, в неговата цялост и в частност енергийните проекти в два български града, с оглед тяхната динамика и бъдещо развитие. Бъдещите изследвания могат да се насочат към използване на предложените методи и създаване на нови такива, за анализ на енергийната ефективност при изпълнение на енергоспестяващи мерки за обществени сгради. "Replacement with PVC windows" has a significant impact on improving the energy efficiency of buildings. In this case, this measure led to the greatest reduction of energy costs in the buildings of XI Secondary School "Konstantin Konstantinov", II Primary School "Hristo Botev" and X Secondary School "Yordan Yovkov". 4. Conclusion Software tools have been adapted to analyze data from the implementation of energy-saving measures in public buildings. A comparative analysis of the two data processing methods used - cluster analysis and correspondence analysis shows that to determine the impact of individual energy-saving measures on improving the energy performance of buildings, a suitable and proven method is correspondence analysis. A complex comparative analysis of data processing methods is presented, on the basis of which an assessment of the changes in the process of application of energy saving measures for buildings, in its entirety, and in particular the energy projects in two Bulgarian cities, in view of their dynamics and future development. Future research may focus on the use of proposed methods and the creation of new ones to analyze energy efficiency in implementing energy-saving measures for public buildings. 5. Литература 5. References [1] Alam, M., P. Zou, R. Stewart, E. Bertone, O. Sahin, C. Buntine, C. Marshall. (2019). Government championed strategies to overcome the barriers to public building energy efficiency retrofit projects. Sustainable Cities and Society, vol. 222

22 44, pp [2] Asere, L., A. Blumberga. (2018). Energy efficiency indoor air quality dilemma in public buildings. Energy Procedia, vol. 147, pp [3] Binev, I. (2019). Analysis of energy efficiency in public buildings after implementation of energy saving measures. International Conference on Technics, Technologies and Education ICTTE 2019 October 16-18, 2019, Yambol, Bulgaria, pp ISSN X [4] Dimitrov, D., N. Dyulgerova. (2012). Energy a puzzle in approach to Eurasian security. International Scientific and Practical Conference Formation of the Eurasian Union in the post-soviet space: problems and prospects of legal Regulation, Moscow, RosNOU, (in Russian) [5] Dimitrova, A. (2019). Analysis of the operation of pumping unit under a range of different loads. International Conference on Technics, Technologies and Education ICTTE 2019, pp ISSN X [6] Pehlivanova, T., Z. Zlatev, A. Dimitrova. (2016). Improvement of energy efficiency of a small household appliance. International conference Automatics and informatics, 4-5 October 2016, pp ISSN [7] Tsankov, P., K. Ivanov, S. Atanasov. (2019). Air heating in centrifugal fans - research and analysis. International Conference on Technics, Technologies and Education ICTTE 2019 October 16-18, 2019, Yambol, Bulgaria, pp ISSN X [8] Valchev, G., N. Kaloyanov, V. Rasheva, M. Minchev, S. Tasheva. (2014). Energy Efficiency and Environmental Protection. Installations, No. 2, pp.4-7. (in Bulgarian) [9] Valchev, G., N. Kaloyanov, V. Rasheva, M. Minchev, S. Tasheva. (2013). Analysis of Energy Savings Obtained as a result of the Implementation of Energy-Saving Measures in Training Building 4 of UFT. Food science, engineering and technology, 60th Jubilee scientific conference with international participation, vol. 60, pp (in Bulgarian) ISSN [10] Zlatev, Z., L. Indrie, J. Ilieva, T. Ivanova. (2019). Analysis on colors of folk costume and their application in contemporary textile design. Annals of the university of Oradea Fascicle of textiles, leatherwork, vol. 20, No. 1, pp [11] Zlatev, Z., S. Baycheva. (2017). Application of optical device in methodology for teaching analysis of essential oils. In International conference of virtual learning, ICVL Romania, Контакти гл. ас. д-р инж. Иван Георгиев Бинев Тракийски университет Стара Загора Факултет Техника и технологии, Ямбол България Contacts Cheaf assist. Prof. Ivan Georgiev Binev, PhD, eng. Trakia University faculty of Technics and technologies Yambol, Bulgaria 223

23 ТЕХНИЧЕСКИ НАУКИ / TECHNICAL SCIENCES ПОДОБРЯВАНЕ РАБОТАТА НА АВТОМАТИЗИРАНА ВОДНА БАНЯ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА НАНОФИБРИЛИ Сивелина Делчева, Тончо Колев, Златин Златев Резюме: Нанофибрилите се използват при функционалните и диетичните храни като носители на биологично активни вещества за потребителите. В зависимост от денатурираният белтък, се изисква поддържане на желаната температура да бъде с минимални отклонения, което не може да бъде постигнато с използване на по-често използвания двупозиционен метод на регулиране на температура. Предложен е прецизен метод за регулиране на температурата във водна баня за получаване на нанофибрили. Разработен е симулационен стенд, чрез който могат да бъдат анализирани резултатите от различни методи за настройка на пропорционално-интегралнодиференциални (ПИД) регулатори и реализация на класически управляващи алгоритми за регулиране на температура. Разработените метод и инструменти могат да бъдат използвани при проектиране на системи за управление на водни бани за получаване на нанофибрили. Ключови думи: Нанофибрили, целулоза, пшеница, денатурация, ПИД регулатор, температура, технологичен процес 1. Въведение Програмируемите логически контролери (PLC) са разпространени в различни области на индустриалното призводство, IMPROVING THE OPERATION OF AN AUTOMATED WATER BATH TO OBTAIN NANOFIBRILS Sivelina Delcheva, Toncho Kolev, Zlatin Zlatev Abstract: Nanofibrils are used in functional and dietary foods as carriers of biologically active substances for consumers. Depending on the denatured protein, deviations of the desired temperature is required to be minimized, which cannot be achieved using the more commonly used two-position temperature control method. A precise method for regulating the temperature in a waterbath to produce nanofibrils is proposed. A simulation stand has been developed through which the results of various methods for tuning proportional-integral-differential (PID) controllers and the implementation of classical control algorithms for temperature control can be analyzed. The developed method and tools can be used in the design of water bath control systems for the production of nanofibrils. Keywords: Nanofibrils, cellulose, wheat, denaturation, PID controller, temperature, process 1. Introduction Nanofibrils are obtained from protein isolates. They are used in 224

24 заменяйки релейните логически схеми като по-лесно и по-евтино решение и се е превърнало в стандарт за индустриална автоматизация. Нанофибрилите се получават от протеинови изолати. Те се използват при функционалните и диетичните храни като носители на биологично активни вещества за подобряване на здравословното състояние на консуматора [1,5]. Като източници на протеин се използват соевия и пшеничния. При тях, процесът на получаване изисква поддържане на температура от 80 о C за 16h във водна баня. Тези фибрили се получават във високо киселинна среда (ph 2). Неправилно подбраният температурен режим при процеса на получаване на нанофибрили, води до недостатъчна денатурация на молекулната структура на белтъците, под влияние на висока температура, налягане, киселини и основи. При белтъците се засягат четвъртичната, третичната, вторичната пространствена структура [10,15]. Warji и колектив [19] предлагат портативна водна баня за получаване на нанофибрили. Предимство на предложеното устройство е, че основния съд на ваната е изработен от немагнитен материал и авторите използват магнитна бъркалка за поддържане на хомогенна температура в съда. Основен недостатък на устройството е, че е използван термостат с релеен принцип на управление, при което се получава отклонение от желаната температура 6-10 o C. Съдът не е изолиран и системата е податлива на температурни смущения, което би довело до значителни отклонения от желаната стойност на регулируемата величина температура. В свое изследване Noji и колектив [12] установяват, че температурата на загряване има важна роля при появата на functional and dietary foods as carriers of biologically active substances to improve the health of the consumer [1,5]. Soybeans and wheat are used as protein sources. In this process, the preparation process requires maintaining a temperature of 80 o C for 16h in a water bath. These fibrils are produced in high acidic medium (ph 2). Incorrectly selected temperature regime in the process of nanofibrils production leads to insufficient denaturation of the molecular structure of proteins, under the influence of high temperature, pressure, acids and bases. Proteins affect the quaternary, tertiary, secondary spatial structure [10,15]. Warji et al. [19] offer a portable water bath to produce nanofibrils. The advantage of the proposed device is that the main vessel of the bath is made of non-magnetic material and the authors use a magnetic stirrer to maintain a homogeneous temperature in the vessel. The main disadvantage of the device is that a thermostat with a relay control principle is used to obtain a deviation from the desired temperature of 6-10 o C. The vessel is not insulated and the system is susceptible to temperature disturbances, which would lead to significant deviations from the desired value of the adjustable temperature value. In their study, Noji at al. [12] found that warming temperature played an important role in the emergence of dialysis-related amyloidosis and related amyloidosis. Ohhashi et al. [13] 225

25 свързана с диализа амилоидоза и свързаните с нея амилоидози. Ohhashi и колектив [13] предлагат подобряване процеса на денатурация на белтъци чрез ултразвуково третиране на пробите. От направения анализ на достъпните литературни източници [1,4,8,12,14,18] се установи, че в досега известните разработки на водни бани за получаване на нанофибрили основна тенденция е добавянето на разбъркващ елемент с цел хомогенизиране на загряваната среда. Основен проблем при тези вани е използването на термостат, работещ с двупозиционен принцип на регулиране. В зависимост от денатурираният белтък, се изисква поддържане на желаната температура да бъде с минимални отклонения. Това не може да бъде постигнато при използване на двупозиционен принцип на регулиране. Целта на статията е да се предложи прецизен метод за регулиране на температурата във водна баня за получаване на нанофибрили. 2. Материал и методи В настоящата работа са използвани изходни данни от портативна вана за получаване на нанофибрили, предложена от Warji и колектив [19]. Системата се състои от вана, нагревател, електрически превключвател, термостат, индикаторна лампа, стекер и кабел. За получаване на нанофибрили е използван соев протеинов изолат, НСl 37% и двойно дестилирана вода. На фигура 1 е представена работата на системата под управлението на двупозиционен регулатор. propose to improve the protein denaturation process by sonication of the samples. From the analysis of the available literature sources [1,4,8,12,14,18], it was found that in the known water baths for the preparation of nanofibrils, the main tendency is the addition of a stirring element in order to homogenize the heated medium. The main problem with these tubs is the use of a thermostat operating with a twoposition control principle. Depending on the denatured protein, maintaining the desired temperature is required with minimum variations. This cannot be achieved by using a two-position regulation principle. The purpose of the article is to propose a precise method for temperature control in a water bath to produce nanofibrils. 2. Material and methods In the present work, portable water bath raw data were used to obtain nanofibrils proposed by Warji et al. [19]. The system consists of a bath, heater, electrical switch, thermostat, indicator lamp, stacker and cable. Soy protein isolate, HCl 37% and double distilled water were used to prepare the nanofibrils. Figure 1 shows the operation of the system under the control of a two-position controller. 226

26 Фиг.1. Работа на системата с двупозиционен регулатор За получаване модел на обекта за управление е използван метод, представен от Atherton и колектив [3]. При този метод са използвани данни от характеристиката, получена при двупозиционно регулиране на обекта. По този метод обекта е апроксимиран към апериодично звено от първи ред с чисто закъснение (FOPDT). Резултатите от обобщената апроксимация и получените параметри на модела са: Fig.1. Operation of the system with a two-position controller The method presented by Atherton et al. [3] was used to obtain a model of the control object. This method uses data from the characteristic obtained from the twoposition control of the object. By this method, the object is approximated to a first-order process with time delay (FOPDT). The results of the generalized approximation and the obtained model parameters are: G(s) = k o 0,74 T o s + 1 e τs = 1400s + 1 e 57s (1) където k o е коефициент на обекта, o C/%ХРО (ХРО ход на регулиращия орган); T o времеконстанта на обекта, s; τ времезакъснение, s. Преходната характеристика е получена при 100%ХРО. Подобряване на работата на системата е реализирано с приложение на ПИД (Пропорционално-интегралнодиференциален) регулатор. За настройка на този регулатор са използвани три метода [2,6,9]: Метод 1 към част от преходната характеристика е прекарана допирателна. От пресичането й на хоризонталната ос е отчетен where ko is the process gain, o C/%AS (AS-actuator stroke); To is the time constant of the object, s; τ - time delay, s. The transient response was obtained at 100%AS. Improvement of the system performance is realized with the use of PID (Proportional-integraldifferential) controller. Three methods were used to adjust this controller [2,6,9]: Method 1 - A tangent is applied to a part of the transient characteristic. From its intersection on the horizontal axis 227

27 параметър T, а от пресечната точка към вертикалната ос е отчетен параметър a; Метод 2 използвани са данни от работата на системата под управление на двупозиционен (релеен) регулатор. Отчетени са параметър T, представляващ периодът на характеристиката при включване и изключване на нагревателя. Параметър a, отчетен от амплитудата на горната полувълна на релейната характеристика; Метод 3 за определяне на параметрите за настройка на регулатора е използван програмен инструмент. Използваните методи 1 и 2, за настройка на ПИД регулатор са представени на фигура 2. parameter T is taken into account, and from intersection to the vertical axis parameter a is taken into account; Method 2 - Data from the operation of the system under the control of a two-position (relay) controller are used. The parameter T, representing the period of the characteristic when switching the heater on and off, is reported. Parameter a, calculated from the amplitude of the upper half wave of the relay characteristic; Method 3 - A programming tool is used to determine the parameters for adjusting the controller. Methods 1 and 2 used to set the PID controller are shown in Figure 2. а) метод 1 a) method 1 Фиг. 2. Получаване на изходни данни за настройка на регулатор В таблица 1 е посочен начина за изчисляване настройките на ПИД регулатор. При първия метод се използват данни от част от преходната характеристика на обекта, а при втория параметри, определени от характеристиката на обекта, получена при управление с двупозиционен регулатор. б) метод 2 b) method 2 Fig. 2. Obtaining data for controller setup Table 1 shows how the PID controller settings are calculated. In the first method, data from a part of the transient characteristic of the object is used, and in the second parameter, determined by the characteristic of the object obtained by control with a two-position controller. 228

28 Таблица 1. Определяне настройките на ПИД регулатор Table 1. Defining PID controller settings Параметър Parameter Метод Method Метод 1 Method 1 Метод 2 Method 2 Kp Ti 1,2 a 2T 0,6a T 2 Td 0,5T T 8 За прецизиране настройката на регулатора (Метод 3) е използвано приложението PID Tuner в програмна система Matlab (The Mathworks Inc.). На фигура 3 са представени параметрите на предавателната функция, по които се сравнява работата на системата при различни настройки на регулатора: Ts е времето за достигане на зададената стойност; To е време на първия екстремум; Tp е време на регулиране; Tr е време за нарастване на характеристиката; yref е зададената стойност; ye е първия екстремум. The PID Tuner application in the Matlab software system (The Mathworks Inc.) was used to refine the controller setting (Method 3). Figure 3 shows the parameters of the transmission function, which compares the performance of the system at different controller settings: Ts is the time to reach the setpoint; Ts is the time of the first extreme; Tp is the adjustment time; Tr is the time to increase the characteristic; yref is the setpoint; ye is the first extreme. Фиг. 3. Параметри за оценка работата на регулатора Освен по параметрите на преходната характеристика, работата на системата при различни настройки на управляващото устройство е сравнена по Fig. 3. Parameters for evaluating the controller performance Apart from the parameters of the transient characteristic, the performance of the system at different settings of the control unit 229

29 пререгулирането σ,%; Интеграл от абсолютната стойност на грешката (IAE); интеграл от квадрата на грешката (ISE); интеграл от времето и абсолютната грешка (ITAE). Грешката на регулиране ε, която е разлика между зададената стойност и тази, получавана на изхода на системата (ε=y yref). is compared by the overshot σ,%; Integral absolute error (IAE); integral squared error (ISE); Integral time absolute error (ITAE). Adjustment error ε, which is the difference between the setpoint and that obtained at the system output (ε = y yref). σ = y e y ref y ref (2) t IAE = ε(t) dt. 100% (3) 0 t ISE = ε 2 (t)dt 0 t ITAE = t. ε(t) dt 0 Фиг. 4. Приложение на разработените упражнения в курс от Електронно обучение (4) (5) Fig. 4. Application of the developed exercises in the elearning course 3. Резултати и дискусия В резултат на направените проучвания е разработен симулационен стенд за анализ на работата на обекта за управление водна баня. Определени са настройките на ПИД регулатор по трите горепосочени метода. Чрез сравнителен анализ са оценени показателите за качество на преходните характеристики. За анализ на работата на системата за управление на водна баня е разработена симулационна опитна постановка, представена на фигура 4. Използвани са следните блокове от вградените в Simulink библиотеки: Constant чрез него се задава температурата, която да бъде поддържана от регулатора; PID ПИД регулатор; Transfer Fcn и Transport Delay за дефиниране на предавателната функция на обекта с неговото чисто закъснение; Band-Limited White Noise за внасяне на шум в системата, с малка амплитуда, представляващ 3. Results and discussion As a result of the studies, a simulation stand was developed to analyze the operation of the controlled object - water bath. The settings of the PID controller have been determined using the three methods mentioned above. The quality of the transitional characteristics was assessed. To analyze the performance of the water bath temperature control system, a simulation test set-up is presented in Figure 4. The following blocks from the Simulink libraries are used: Constant via it sets the temperature to be maintained by the controller; PID - PID controller; Transfer Fcn and Transport Delay - to define the transfer function of an object with its time delay; Band- Limited White Noise - for introducing noise into the system, with small 230

30 измервателен шум, който е сигнал от случаен тип и се появява в реалните системи за управление в измервателния канал на системата; Scope за визуализиране на резултата; To Workspace за записване на изходните данни като променливи в работната отбласт на Matlab; Clock за генериране на стойностите на променливата за времето на симулация t,s. Чрез съответстващите им блокове за математически изчисления са реализирани схеми за определяне на грешките ITAE, IAE, ISE. amplitude, representing measurement noise, which is a signal of a random type and appears in the actual control systems in the measuring channel of the system; Scope - to display the result; To Workspace - to save output as variables in the Matlab workspace; Clock - to generate the values of the variable for the simulation time t, s. Through their corresponding blocks for mathematical calculations, ITAE, IAE, ISE error determination schemes have been implemented. Фиг.4. Опитна постановка за анализ на работата на ПИД регулатор В таблица 2 са представени изчислените по известни инженерни методи настройки на П, И и Д съставките на регулатора. Най-ниски стойности на параметрите за настройка на регулатора са получени при метод 1. След прецизиране на настройките по метод 3, параметрите на регулатора са с повисоки стойности, в сравнение с останалите два метода. Времето на интегриране Ti е почти двойно поголямо, но времето за диференциране е Fig.4. Experimental simulation stand for analysis of PID controller performance Table 2 shows the settings of the regulator's P, I and D components calculated by known engineering methods. The lowest values for the controller tuning parameters were obtained from method 1. After refining the settings according to method 3, the controller parameters have higher values than the other two methods. The integration time Ti is almost twice as long, but the differentiation time is 231

31 значително по-малко т.е. след прецизиране, регулатора работи като ПИ (Пропорционално-Интегрален). Таблица 2. Параметри за настройка на ПИД регулатор significantly less, i.e. after refinement, the controller operates as a PI (Proportional-Integral). Table 2. Parameters for setting the PID controller Параметър Parameter Метод K p T i, s T d, s Method Метод 1/ Method 1 0, Метод 2/ Method 2 1, Метод 3/ Method 3 1, ,1 Резултатите от работата на обекта под управлението на сравняваните методи за регулиране са показани на фигура 5. Наблюдава се голямо пререгулиране при използване на настройките на регулатора по метод 1. Близка е характеристиката, получена по метод 2. При достигане на заданието при методите 1 и 2 преходните характеристики съответстват на тази, получена при двупозиционното регулиране на обекта. При метод 3 се наблюдава по-бавно достигане на заданието, но с по-малко пререгулиране, в сравнение с останалите методи, включително и двупозиционния. The results of the operation of the object under the control of the compared control methods are shown in Figure 5. A large overshoot is observed when using the controller settings according to method 1. The characteristic obtained by method 2 is close. the transient characteristics correspond to that obtained with the two-position control of the object. Method 3 results in slower reaching the set point, but with less overshoot than other methods, including the twoposition one. Фиг. 5. Работа на системата с ПИД и двупозиционен регулатори Fig. Operation of the system with PID and two-position controllers 232

32 В таблица 3 са представени параметри на преходните характеристики в зависимост от използвания метод на регулиране. При метод 1 и 2, както и при двупозиционния метод на регулиране се наблюдава бързо достигане на заданието. При използване на метод 2 се наблюдава намаляване стойностите на грешките, в сравнение с тези, получени след настройка на регулатора по метод 1. След прецизиране на настройките се наблюдава малко пререгулиране в сравнение с останалите методи за настройка, но се увеличават времената за достигане на заданието и установяване. Таблица 3. Параметри на преходни характеристики Table 3 presents the parameters of the transient characteristics depending on the adjustment method used. Methods 1 and 2, as well as the two-position control method, show fast reaching the reference value. Using method 2, there is a decrease in the error values compared to those obtained after adjusting the controller according to method 1. After refining the settings, a slight overshot is observed compared to other adjustment methods, but the times for reaching the set point are increased. Table 3. Parameters of the transient characteristics Параметър Parameter Метод Tr, s Ts, s To, s Tp, s σ, % IAE ISE ITAE Method Метод 1/ Method Метод 2/ Method Метод 3/ Method Релеен/ Relay Параметрите на ПИД регулатора могат да бъдат донастройвани по опитен път [7]. Процесът на регулиране може да бъде подобрен чрез използване на комбинация от релеен и ПИД регулатори [11]. При този метод, в първоначалния момент системата работи в двупозиционен режим, а при достигане на определена стойност на регулираната величина се преминава към управление с ПИД закон. По този начин може да бъде компенсирано побавното достигане на заданието, при самостоятелното използване на ПИД регулатор. Получените резултати потвържвадават тези на Tan и колектив [16], според които, при настройката на ПИД регулатори се The parameters of the PID controller can be adjusted in a manual way [7]. The adjustment process can be improved by using a combination of relay and PID regulators [11]. In this method, at the initial moment the system operates in a two-position mode, and upon reaching a certain value of the controlled value, it switches to PID control. In this way, slower performance can be compensated instead using the PID controller alone. The results confirmed the findings of Tan et al. [16], who, in setting up PID regulators, seek a 233

33 търси компромисено решение между устойчивост и производителност на управляваната система. 4. Заключение Установено е, че близки до прецизираните настройки на ПИД регулатор се получават при метод с използване на данни от характеристика на обекта за управление с двупозиционен регулатор. При този метод са получени ниски стойности на грешките, по-малко пререгулиране, в сравнение с останалите, използвани тук, методи за настройка. Разработен е симулационен стенд, чрез който могат да бъдат анализирани резултатите от различни методи за настройка на ПИД регулатори и реализация на класически управляващи алгоритми за регулиране на температура във водни бани за получаване на нанофибрили. Предложен е прецизен метод за регулиране на температурата във водна баня за получаване на нанофибрили. Разработените метод и инструменти могат да бъдат използвани при проектиране на системи за управление на водни бани за получаване на нанофибрили, чрез което да се отстранят недостатъците на двупозиционния принцип на регулиране, защото в зависимост от денатурирания белтък, се изисква поддържане на желаната температура с минимални отклонения. compromise solution between the stability and performance of the controlled system. 4. Conclusion It has been found that close to the precise settings of the PID controller are obtained by a method using data from the characteristics of the control object with a twoposition controller. This method produces low error values, less oversot than the other setup methods used here. A simulation stand has been developed through which the results of various methods for tuning PID controllers and the implementation of classic control algorithms for temperature control in water baths for nanofibrils production can be analyzed. A precise method for temperature control in a waterbath to produce nanofibrils is proposed. The developed method and tools can be used in the design of water bath control systems for the production of nanofibrils, thereby eliminating the disadvantages of the two-position control principle, because depending on the denatured protein, maintaining the desired temperature with minimal deviations is required. 5. Литература 5. References [1] Akkermans, C., A. Goot, P. Venem, E. Linden, R. Boom. (2008). Formation of fibrillar whey protein aggregates: Influence of heat and shear treatment, and resulting rheology. Food Hydrocolloids, 22 (7), pp [2] Åström, K., R. Murray. (2008). Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers. Princeton University Press, ISBN [3] Atherton, D., S. Majhi. (1998). Plant parameter identification under relay control. Proceedings of the 37th IEEE Conference on Decision & Control Tampa, Florida USA December 1998, WP07 17:00, pp

34 [4] Binev, I. (2018). Possibilities for ground water use for conditioning of the faculty "Technics and technology" building in Yambol. ARTTE, 6 (2), pp ISSN [5] Dimov, M., K. Georgieva, Y. Denev, K. Dobreva, A. Stoyanova. (2018). Analysis of the chemical composition of dill essential oils (Anethum graveolens L.) by the method of infra-red spectroscopy. Scientific works of University of food technologies, 65 (1), pp [6] Draganova, Ts. (2011). Implementation of the modified PID controllers for the management of invariable systems in precision farming using programmable controller. Proceedings of University of Ruse, vol. 50, ser. 3.1, pp (in Bulgarian) [7] Kuyvenhoven, N. (2002). PID Tuning Methods, An Automatic PID Tuning Study with MathCad. Calvin College, ENGR [8] Lu, J., W. Zhu, L. Dai, C. Si, Y. Ni. (2019). Fabrication of thermo- and phsensitive cellulose nanofibrils-reinforced hydrogel with biomass nanoparticles. Carbohydrate polymers, vol. 215, pp [9] Nachev, V., T. Titova, P. Nikovski. (2016). Laboratory stand for experiments in real time with applications in training on control non-linear systems. International Scientific Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies ICEST 2016, pp [10] Nakov, G. V. Jankuloska, M. Georgieva-Nikolova. (2019). Influence of food byproducts addition on the spectral characteristics of bakery products. Innovation and entrepreneurship, 7 (3), pp ISSN [11] Nikolova, P., D. Rahneva. (2017). Development of system for temperature control in dryer. International Conference on Technics, Technologies and Education ICTTE 2017, pp ISSN [12] Noji, M., K. Sasahara, K. Yamaguchi, M. So, K. Sakurai, J. Kardos, H. Naiki, Y. Goto. (2019). Heating during agitation of β 2 -microglobulin reveals that supersaturation breakdown is required for amyloid fibril formation at neutral ph. The Journal of Biological Chemistry, 294 (43), pp [13] Ohhashi, Y., M. Kihara, H. Naiki, Y. Goto. (2005). Ultrasonication-induced amyloid fibril formation of β 2 -microglobulin. The Journal of Biological Chemistry, vol. 280, pp [14] Sestrimska, M., T. Titova, V. Nachev, Ch. Damyanov. (2016). Multicomponent Analysis of Basic Physico-chemical Parameters of Bulgarian Yoghurt. International Scientific Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies ICEST 2016, pp [15] Taneva, I., G. Dimitrovska. (2019). Study on the acidification dynamics and syneresis of yoghurt enriched in goji berry fruits (Licium Barbarum L.). ARTTE, 7 (1), pp ISSN [16] Tan, W., J. Liu, T. Chen, H. Marquez. (2006). Comparison of some well-known PID tuning formulas. Computers and Chemical Engineering, vol. 30, pp [18] Tsankov, P., I. Binev, N. Marazov. (2019). Complex stand for testing of a gear pumps and investigation of the influence of the hydraulic oil temperature on the 235

35 pump characteristics. ICTTE, pp ISSN X [19] Warji, N. Purwanti, Sutrisno, S. Yuliani. (2019). Portable Water Bath to Support Nanofibrils Processing. The 3rd International Symposium on Agricultural and Biosystem Engineering, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 355 (2019), art. No Контакти ас. инж. Сивелина Делчева ас. инж. Тончо Колев доц. д-р инж. Златин Златев Тракийски университет факултет Техника и технологии, Ямбол България Contacts assist. prof. Sivelina Delcheva, eng. assist. prof. Toncho Kolev, eng. assoc. prof. Zlatin Zlatev, PhD, eng. Trakia University Faculty of technics and technologies Yambol, Bulgaria 236

36 ПРИЛОЖЕНИЕ НА СПЕКТРАЛНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗА АНАЛИЗ НА ВОДЕН СТРЕС ПРИ КРАСТАВИЦИ Мирослав Василев, Сивелина Делчева, Геновева Милушева Резюме: При настъпване на воден стрес при краставиците се създават условия за изменения, свързани с цветовата повърхностна текстура по листата им. Търсенето на връзки между данни, получени от спектрални характеристики и такива от определяне на физиологични показатели на краставици е цел на настоящата работа. Установено е, че разделимостта на отделните етапи от развитието на воден стрес при краствици не зависиси от избора на метод за редуциране на обема от данни на спектрални характеристики, а от използваните разделящи функции на дискриминатния анализ. При използване на линейни разделящи функции, общата грешка на класификация достига стойности над 10%, което прави използването на тези функции нецелесъобразно. Оценена е възможността за прогнозиране на физиологични показатели на краставици чрез използване на редуцирани данни от спектрални характеристики. Получените резултати като цяло остават незадоволителни. Необходими са допълнителни изследвания, които да направят предложените в настоящата работа методи и инструментариум подходящи за използване в практиката. Ключови думи: Краставици, воден стрес, спектрални характеристики, дискриминантен анализ, прогнозиране 1. Увод Водният стрес представлява важно ограничение на условията за отглеждане APPLICATION OF SPECTRAL CHARACTERISTICS FOR WATER STRESS ANALYSIS OF CUCUMBERS Miroslav Vasilev, Sivelina Delcheva, Genoveva Milusheva Abstract: When water stress occurs in cucumbers, it creates conditions for changes related to the color surface texture of their leaves. The purpose of this work is to search for relationships between data obtained from spectral characteristics and those from determining physiological indices of cucumbers. It is established that the separation of the different stages of the development of water stress in cucumbers does not depend on the choice of a method for reducing the amount of data of spectral characteristics, but on the used separation functions of discriminant analysis. When using linear separator functions, the total classification error reaches values above 10%, which makes the use of these functions inappropriate. The ability to predict physiological parameters of cucumbers by using reduced spectral data was evaluated. The results obtained are generally unsatisfactory. Further research is needed to make the methods and tools proposed in this paper suitable for use in practice. Keywords: Cucumbers, water stress, spectral characteristics, discriminant analysis, prediction 1. Introduction Water stress is an important 237

37 на краставици [11]. Различните сортове краставици се адаптират към това неблагоприятно състояние по различни начини. Някои растения могат да завършат жизнения си цикъл при оптимални условия. Други да намалят загубата на вода чрез намаляване на размера на листата или порите им [7]. Поради повърхностно разположената си коренова система и голяма изпаряваща повърхност на листата, краставиците се явяват едни от найчесто засегнатите от воден дефицит. Различните сортове се адаптират към това неблагоприятно състояние по различни начини. Някои растения могат да завършат жизнения си цикъл при оптимални условия [1,2]. При настъпване на воден стрес при краставиците се създават условия за изменения, свързани с цветовата повърхностна текстура по листата им. Ето защо при насажденията с краставици, като алтернатива на посочените по-горе методи за сигнализиране на дефицита на вода по време на целият период на вегитация, могат да бъдат използвани съвременни оптични техники [3,14,17]. Такива са анализът на визуални изображения и спектралните характеристики във видимата и близка инфрачервена област [6,9,10,20]. За реализиране на задачата за анализ на водния стрес при краставици са необходими предварителни изследвания, свързани с възможността за безконтактно определяне степента на воден стрес по спектрални характеристики. Тези данни са подходящи за използване при разработване на математически модели, описващи развитието на водния стрес. Чрез тях може да се търси връзка и да се правят съпоставки с процеси, които влияят върху развитието на водния стрес limitation of cucumber growing conditions [11]. Different varieties of cucumbers adapt to this disadvantage in different ways. Some plants can complete their life cycle under optimal conditions. Others reduce water loss by reducing leaf size or pores [7]. Due to its superficial root system and large evaporating surface of the leaves, cucumbers are among the most commonly affected by water deficiency. Different varieties adapt to this disadvantage in different ways. Some plants can complete their life cycle under optimal conditions [1,2]. When water stress occurs, cucumbers create conditions for changes related to the color surface texture of their leaves. Therefore, modern optical techniques can be used in cucumber plantations as an alternative to the above methods for signaling water shortages throughout the growing season [3,14,17]. Such are the analysis of visual images and spectral characteristics in the visible and near infrared region [6,9,10,20]. To perform the task of analyzing water stress in cucumbers, preliminary studies are needed related to the possibility of contactless determination of the degree of water stress by spectral characteristics. These data are suitable for use in the development of mathematical models describing the development of water stress. Through them, relationships can be sought and compared with processes that influence the development of water stress in cucumbers. The search for relationships between data obtained 238

38 при краставици. Търсенето на връзки между данни, получени от спектрални характеристики и такива от определяне на физиологични показатели е цел на настоящата работа. 2. Материал и методи Като изходни данни за изменението на външни характеристики и физиологични показатели на листа на краставици при воден стрес, са използвани тези, представени от Sun и колектив [15] и Barickman и колектив [5]. Използваните данни за физиологични показатели на краставици, са представени в таблица 1. Таблица 1. Показатели на листа на краставици при воден стрес from spectral characteristics and those from the determination of physiological parameters is the purpose of this work. 2. Material and methods As input data for changes in external characteristics and physiological parameters of cucumber leaves under water stress, those presented by Sun et al. [15] and Barickman et al. [5] were used. The data used for physiological parameters of cucumbers are presented in Table 1. Table 1. Water stress cucumber leaf parameters Период, h Period, h Показател Мерна единица Parameter Measurement unit Нетна фотосинтеза A, μmol/m 2 s 19,5±1,29 16,5±1,29 12,75±1,26 10±1,41 Net photosyntesis Съдържание на CO 2 C CO 2 content i, μmol/m 2 s 363,5±1,29 351,25±2,75 354,25±1,71 360,5±2,65 Транспирация E, mmol Transpiration H 2 O/m 2 8,75±0,96 6,5±0,58 6,5±0,58 7,5±0,58 s От горната страна от листната петура на всяко листо са опрeделени спектрални характеристики, както е показано на фигура 1. Измерванията обхващат частите близо до ръба на листната петура и в нейната средна част. Spectral characteristics are defined on the upper side of the leaf blade on each leaf, as shown in Figure 1. The measurements cover the parts near the edge of the leaf blade and in its middle part. Фиг.1. Схема за получаване на спектрални данни от листа на краставици Fig. 1. Scheme for obtaining spectral data from cucumber leaves 239

39 Преобразуването на стойностите от XYZ модел в спектри на отражение във VIS областта, в обхвата nm е направено по математически зависимости като преобразуването е възможно и в двете посоки на равенството [8]. Математическите зависимости за преобразуване от RGB към спектри във видимата спектрална област са: The transformation of the values from the XYZ model into reflection spectra in the VIS region, in the range nm, is made by mathematical dependencies, and conversion is possible in both directions of equality [8]. The mathematical dependencies for the conversion from RGB to spectra in the visible spectral region are: XYZ = RGB. M XYZ (1) 0,5767 0,2974 0,027 M XYZ = [ 0,1855 0,6273 0,0707] (2) 0,1882 0,0753 0,9911 X = 780 A(λ)X (λ)dλ ; Y = A(λ)Y (λ)dλ ; Z = A(λ)Z (λ)dλ 380 (3) където М е матрица за преобразуване при посочените условия за наблюдател и осветеност. А(λ) е матрица за преобразуване на цвят към спектри на отражение във VIS областит, според използваните наблюдател и осветеност. Тези матрици са налични в [12] за VIS областта. Използвана е разликата между отделните компоненти ΔЕ. На фигура 2 са показани спектрални характеристики на краставици в период от 72h, при възникване на воден стрес. Дефинирани са 4 класа, в зависимост от етапа на развитие на водния стрес. E VIS = X 2 + Y 2 + Z 2 (4) where M is the transformation matrix under the specified observer and illumination conditions. A(λ) is a matrix for converting color to reflection spectra in the VIS region, according to the observer and illumination used. These matrices are available in [12] for the VIS area. The difference between the individual components ΔE was used. Figure 2 shows the spectral characteristics of cucumbers over a period of 72h in the event of water stress. There are 4 classes defined, depending on the stage of water stress development. Клас 1/ Class 1 Клас 2/ Class 2 0h 24h Фиг.2. Спектрални характеристики на листа от краставици Клас 3/ Class 3 Клас 4/ Class 4 48h 72h FIG.2. Spectral characteristics of cucumber leaves 240

40 Оценката на възможността за определяне на степента на водния стрес при краставици е направена чрез дискриминантен анализ. Използвани са редуцирани данни от спектралните характеристики. За редуциране обема от данни на спектралните характеристики са използвани главни компоненти, получени по метод Анализ на главните компоненти и латентни променливи, получени по метод Частична регресия на най-малките квадрати [6,16]. За класификация е използван метод дискриминантен анализ [4,14,18]. Дискриминантният анализ е многомерен анализ на данни, който се използва, когато има нужда от прогнозиране стойностите на групираща променлива. Целта е да се получи правило за причисляване на едно ново наблюдение към даден клас. Причисляването или разпределянето към определен клас характеристики е необходимо и относно настоящата разработка. При дискриминантният анализ са използвани следните разделящи функции: Linear линейна разделяща функция, разпределя данни с многовариантна нормална плътност чрез изчисление на ковариацията и ги събира в група; DiagLinear подобен е на linejnata разделяща функция, но използва изчисляване на диагонал на ковариационна матрица (диагонална линейна разделяща функция); Quadratic квадратична разделяща функция (от втора степен), разпределя данни с многовариантна нормална плътност чрез изчисление на ковариацията и ги събира в група; Diagquadratic подобен е на квадратичната разделяща функция, но използва изчисляване на диагонал на The assessment of the possibility of determining the degree of water stress in cucumbers was made by discriminant analysis. Reduced spectral data are used. To reduce the amount of data of the spectral characteristics, principal components obtained by the principal component analysis and latent variables obtained by the method of partial least squares regression were used [6,16]. The discriminant analysis method was used for classification [4,14,18]. Discriminant analysis is a multidimensional data analysis that is used when it is necessary to "predict" the values of a grouping variable. The goal is to get a rule for assigning a new observation to a class. The assignment or "allocation" to a particular class of characteristics is also necessary in relation to the present development. The discriminant analysis uses the following separating functions: Linear - linear separation function, distributes data with multivariate normal density by calculating covariance and collecting them in a group; DiagLinear - is similar to a linear dividing function, but uses the calculation of the diagonal of a covariance matrix (diagonal linear separating function); Quadratic - a quadratic separating function (second degree), distributes data with multivariate normal density by calculating the covariance and grouping them; Diagquadratic - similar to the quadratic separating function but using the calculation of the diagonal of a covariance matrix 241

41 ковариационна матрица (диагонална нелинейна разделяща функция); Mahalanobis разделя данните в групи чрез разстояние на Махалонобис като определя ковариацията в данните. Оценката на работата на използваните класификатори е направена е чрез обща грешка на класификация [20], която се описва с формулата: (diagonal nonlinear separating function); Mahalanobis - splits data into groups by Mahalonobis distance by determining the covariance in the data. The performance of the classifiers used is estimated by a common classification error [20], which is described by the formula: n n k=1 ) е = i=1 ( y ik y ii n n y ik i=1 k=1. 100, % (5) където у ik е брой проби от клас i, класифицирани от класификатора в клас k; у ii брой правилно разпознати проби; k=1...n брой неправилно отнесени в даден клас i спрямо общият брой проби; n брой класове. Прогнозирането на физиологични показатели на листа от краставици по спектрални характеристики е реализирано с методите регресия на главните компоненти (PCR) и частична регресия на най-малките квадрати (PLSR) [13]. Използвани са критерии за оценка Коефициент на определеност (R 2 ), сума от квадрата на грешките (SSE) и корен от средноквадратична грешка (RMSE). Всички анализи са направени с програмна среда Matlab 2013 (The MathWorks Inc.). 3. Резултати и дискусия Редуцирането на данните от спектралните характеристики е направено чрез представянето им с латентни променливи и главни компоненти. Установено е, че за описание на спектралните характеристики са необходими две латентни променливи и две главни компоненти. Използването на по-голям where yik is the number of samples in class i classified by the classifier in class k; y ii number of correctly identified samples; k=1...n - number incorrectly assigned to a class i relative to the total number of samples; n - number of classes. The prediction of physiological indices of cucumber leaves by spectral characteristics has been realized using principal component regression (PCR) and partial least squares regression (PLSR) methods [13]. The criteria used were the coefficient of determination (R 2 ), sum of squared errors (SSE) and root mean squared error (RMSE). All analyzes were performed with the Matlab 2013 program environment (The MathWorks Inc.). 3. Results and discussion The reduction of spectral characteristics data is done by presenting them with latent variables and principal components. It has been found that two latent variables and two principal components are required to describe the spectral characteristics. The use of a larger number of these coefficients does not 242

42 брой на тези коефициенти не променя получените резултати. При използване на главни компоненти се наблюдава видимо доближаване на опитните данни, докато при използване на латентни променливи, данните от първото измерване ясно се отличават от останалите измервания, както е показано на фигура 3. change the results obtained. With the use of principal components, a visible overlap of the experimental data is observed, while when using latent variables, the data from the first measurement are clearly different from the other measurements, as shown in Figure 3. а) главни компоненти a) principal components Фиг.3. Редуциране на обема от данни на спектрални характеристики В таблица 2 са нанесени резултати от класификация с дискриминантен класификатор. Използвани са редуцирани данни от спектралните характеристики чрез латентни променливи и главни компоненти. Най-високи стойности на общата грешка на класификация (10-16%) се получава при използване на линейни разделящи функции и функция на Махаланобис. При използване на нелинейни разделящи функции, независимо от използвания метод за редуциране на обема от данни на спектрални характеристики се получават по-ниски стойности на общата грешка на класификация. б) латентни променливи b) latent variables Fig.3. Reducing the amount of data of spectral characteristics Table 2 shows the results of the classification with the discriminant classifier. Reduced spectral characteristics data using latent variables and principal components were used. The highest values of the total classification error (10-16%) are obtained using linear separation functions and Mahalanobis function. When using nonlinear separation functions, regardless of the method used to reduce the amount of data of spectral characteristics, lower values of the total classification error are obtained. 243

43 Таблица 2. Резултати от класификация с дискриминантен анализ Table 2. Results of classification by discriminant analysis МРД DRM PC LV РФ DF Клас L DL Q DQ M L DL Q DQ M Class % 10% 0% 0% 16% 0% 0% 0% 0% 0% % 13% 0% 0% 14% 0% 0% 0% 0% 0% % 15% 0% 0% 16% 0% 0% 0% 0% 0% % 13% 0% 0% 13% 0% 0% 0% 0% 0% % 15% 0% 0% 14% 0% 0% 0% 0% 0% % 15% 0% 0% 13% 0% 0% 0% 0% 0% МРД-метод за редуциране обема от данни; PC-главни компоненти; LV-латентни променливи; РФ-разделящи функции: L-линейна; DL- диагонално-линейна; Q-квадратична; DQ-диагонално-квадратична; M-Махаланобис DRM-data reduction method; PC-principal components; LV-latent variables; DF discriminant functions: L-linear; DL-diagonal-linear; Q-quadratic; DQ-diagonal-quadratic; M-Mahalanobis На фигура 4 е показан пример за частична регресия на най-малките квадрати при прогнозиране на транспирация. Figure 4 shows an example of partial least squares regression in predicting transpiration. Фиг.4. Прогнозиране на транспирация по метод PLSR Fig.4. Transpiration prediction by PLSR method 244

44 Вижда се, че при използване на две латентни променливи прогнозирането е с R 2 =0,82, грешките SSE и RMSE са сс стойности 0,5. Това показва, че 82% от изменението в транспирацията на листата на краставици може да бъде описано с изменението на латентните променливи, получени от спектралните им характеристики. В таблица 3 са представени резултатите от прогнозирането на физиологични показатели на изследваните листа от краставици, чрез използване на редуцирани данни от спектрални характеристики. От данните е видно, че с точност от 61-81% могат да бъдат прогнозирани физиологичните показатели на листата по метод PCR. При използване на редуцирани данни от спектрални характеристики, чрез латентни променливи, по метод PLSR, с точност от 66-84% могат да бъдат прогнозирани физиологичните показатели. Високи стойности за коефициента на регресия R 2 при прогнозиране на физиологичните показатели по спектрални характеристики, са получени при прогнозиране на нетната фотосинтеза. В този случай прогнозирането е с точност над 80%, независимо от използвания метод. Найниски стойности на грешките SSE и RMSE, се получават при прогнозиране на транспирация. Таблица 3. Резултати от PCR и PLSR Метод Method Прогнозиран показател Predicted parameter Нетна фотосинтеза, Net photosyntesis A Съдържание на CO 2 CO 2 content C i Транспирация Transpiration E Критерий Criterion It can be seen that when using two latent variables, the prediction is R 2 =0,82, the SSE and RMSE errors are 0,5. This indicates that 82% of the change in transpiration of cucumber leaves can be described by the change in the latent variables obtained from their spectral characteristics. Table 3 presents the results of the prediction of physiological indices of the cucumber leaves examined using reduced spectral data. It is evident from the data that the physiological parameters of the leaves by the PCR method can be predicted with an accuracy of 61-81%. When using reduced spectral characteristics data, latent variables using the PLSR method, physiological parameters can be predicted to an accuracy of 66-84%. High values for the regression coefficient R 2 for the prediction of physiological parameters by spectral characteristics were obtained for the prediction of net photosynthesis. In this case, the prediction is more than 80% accurate, regardless of the method used. The lowest SSE and RMSE error values are obtained when predicting transpiration. Table 3. PCR and PLSR results PCR PLSR SSE R 2 RMSE SSE R 2 RMSE 8,08 0,81 2,01 7,18 0,84 1,89 22,71 0,61 3,37 21,31 0,66 3,26 0,58 0,78 0,54 0,52 0,81 0,51 245

45 Оценката на възможността за класификация и прогнозиране на физиологични показатели на краставици чрез използване на редуцирани данни от спектрални характеристики не показва добри резултати. Използването на спектрални характеристики ефективно е използвано при анализ на болести по краставиците [4]. Както болестите по растението, така и водния стрес са важни показатели при екологичното отглеждане на краставици [19]. Получените в настоящата работа резултати като цяло остават незадоволителни. Необходими са допълнителни изследвания, които да направят предложените в настоящата работа методи и инструментариум подходящи за използване в практиката. 4. Заключение Направено е сравнително изследване на дискриминантен класификатор, базирани на линейни и нелинейни разделящи функции, за разпознаване на етапи на развитие на воден стрес при краставици. В резултат на анализ на емпирични данни е установено, че споменатите класификационни процедури, в комбинация с методи за редуциране обема от данни на спектрални характеристики, извършват разпознаване с най-голяма точност при използване на нелинейни разделящи функции. Установено е, че разделимостта на отделните етапи от развитието на воден стрес при краствици не зависиси от избора на метод за редуциране на обема от данни на спектрални характеристики, а от използваните разделящи функции. При използване на линейни разделящи функции, общата грешка на класификация достига стойности над 10%, което прави използването на тези функции нецелесъобразно. The evaluation of the ability to classify and predict physiological parameters of cucumbers using reduced spectral data does not show good results. The use of spectral characteristics has been effectively used in the analysis of cucumber diseases [4]. Both plant diseases and water stress are important indicators in the ecological cultivation of cucumbers [19]. The results obtained in this paper are generally unsatisfactory. Further research is needed to make the methods and tools proposed in this paper suitable for use in practice. 4. Conclusion A comparative study of a discriminant classifier based on linear and nonlinear separating functions was performed to identify stages of water stress development in cucumbers. As a result of the analysis of empirical data, it has been found that the mentioned classification procedures, in combination with methods for reducing the amount of data of spectral characteristics, make the most accurate recognition using non-linear separation functions. It is established that the separation of the different stages of the development of water stress in cucumbers does not depend on the choice of a method for reducing the amount of data of spectral characteristics, but on the used separation functions. When using linear separator functions, the total classification error reaches values above 10%, which makes the use 246

46 Оценена е възможността за прогнозиране на физиологични показатели на краставици чрез използване на редуцирани данни от спектрални характеристики. Тази оценка не показва добри резултати при прогнозиране на съдържание на CO 2. Коефициентът R 2 достига максимална стойност 0,66. При прогнозиране на нетна фотосинтеза и транспирация, коефициентът на регресия достига стойности над 0,8, но от друга страна стойностите на грешките SSE и RMSE са 0,5-8. Получените резултати като цяло остават незадоволителни. Необходими са допълнителни изследвания, които да направят предложените в настоящата работа методи и инструментариум подходящи за използване в практиката. of these functions inappropriate. The ability to predict physiological indices of cucumbers by using reduced spectral data was evaluated. This estimate does not show good results in predicting CO 2 content. The coefficient R 2 reaches a maximum value of 0,66. When predicting net photosynthesis and transpiration, the regression coefficient reaches values above 0,8, but on the other hand, the SSE and RMSE error values are 0,5-8. The overall results remain unsatisfactory. Further research is needed to make the methods and tools proposed in this paper suitable for use in practice. 5. Литература 5. References [1] Al-Harbi, A., A. Al-Omran, K. Alharbi. (2018). Grafting improves cucumber water stress tolerance in Saudi Arabia. Saudi Journal of Biological Sciences, 25 (2), pp [2] Alsaeedi, A., H. El-Ramady, T. Alshaal, M. El-Garawany, N. Elhawat, A. Al- Otaibie. (2019). Silica nanoparticles boost growth and productivity of cucumber under water deficit and salinity stresses by balancing nutrients uptake. Plant Physiology and Biochemistry, vol. 139, pp [3] Aragua, A., V. Mabayo. (2018). A cost-effective approach for chicken egg weight estimation through computer vision. Internatonal Journal of Agrculture, Envronment and Food Scences, 2 (3), pp ISSN [4] Atanassova, S., P. Nikolov, N. Valchev, S. Masheva, D. Yorgov. (2019). Early detection of powdery mildew (Podosphaera xanthii) on cucumber leaves based on visible and near-infrared spectroscopy. AIP Conference Proceedings 2075, pp [5] Barickman, T., C. Simpson, C. Sams. (2019). Waterlogging Causes Early Modification in the Physiological Performance, Carotenoids, Chlorophylls, Proline, and Soluble Sugars of Cucumber Plants. Plants 2019, 8 (6), art. 160, pp [6] Bosakova-Ardenska, A., A. Danev, H. Andreeva, Tz. Gogova. (2018). Bread porosity evaluation by histogram analysis. CompSysTech'18 Proceedings of the 19th International Conference on Computer Systems and Technologies Ruse, Bulgaria - September 13-14, pp ISBN [7] Bressan, R., P. Hasegawa, R. Locy. (2002). Stress physiology. In: Plant physiology, 3rd edited by Taiz, L., Zeiger, E., Sunderland, MA: Sinauer 247

47 Associates Inc, pp [8] Glassner, A. (1989). How to derive a spectrum from an RGB triplet. IEEE Computer Graphics and Applications 9, 4 (July 1989), pp [9] Indrie, L, D. Oana, I. Marin, D. Ilieș, A. Lincu, A. Ilies, S. Baias, G. Herman, A. Onet, M. Costea, F. Marcu, L. Burta, I. Oana. (2019). Indoor air quality of museums and conservation of textiles art works. Case study: Salacea Museum House, Romania. Revista Industria Textilă, 70 (1), pp ISSN [10] Komitov, G., V. Rasheva, I. Binev. (2016). Innovation technology for using of disposals automobile tyres. European Journal of Technical and Natural Sciences, 4, Vienna, pp ISSN [11] Li, S., Y. Li, X. He, Q. Li, B. Liu, X. Ai, D. Zhang. (2019). Response of water balance and nitrogen assimilation in cucumber seedlings to CO 2 enrichment and salt stress. Plant Physiology and Biochemistry, vol. 139, pp [12] Mather, J. (2010). Spectral and XYZ Color Functions, (available on ) [13] Mladenov, M., S. Penchev, M. Deyanov, M. Mustafa. (2015). Automatic classification of grain sample elements based on color and shape properties. University Politechnika of Bucharest, Scientific Bulletin, Series C, 73 (4), pp [14] Nakov, G. V. Jankuloska, M. Georgieva-Nikolova. (2019). Influence of food byproducts addition on the spectral characteristics of bakery products. Innovation and entrepreneurship, 7 (3), pp ISSN , [15] Sun, Y., Y. Li, M. Wang, C. Wang, N. Ling, L. Mur, Q. Shen, S. Guoa. (2018). Redox imbalance contributed differently to membrane damage of cucumber leaves under water stress and Fusarium infection. Plant Science, vol. 274, pp [16] Taneva, I., M. Dimov, Z. Zlatev, S. Baycheva. (2018). Determination of the coefficient of diffusion of extracts from goji berry (Lycium Barbarum) fruits. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 24 (2), pp ISSN X [17] Titova, T., V. Nachev, Ch. Damyanov, N. Bozukov, H. Dinkov. (2012). Determining the freshness of eggs using spectral data and wavelet network model. Zbornik radova 56. Konferencije za ETRAN, Zlatibor, juna 2012, VI [18] Tsankov, P., I. Binev, N. Marazov. (2019). Complex stand for testing of a gear pumps and investigation of the influence of the hydraulic oil temperature on the pump characteristics. ICTTE, pp ISSN X [19] Vateva, V., K. Trendafilov. (2016). Aspects of organic farming in Yambol region - status, opportunities and prospects. Journal of Innovation and entrepreneurship, 4 (3), pp ISSN [20] Zlatev, Z., T. Pehlivanova, A. Dimitrova, S. Baycheva, I. Taneva, K. Keremidchieva. (2018). Development of an ultrasonic device for quality evaluation of yogurt. Engineering Review, 38 (3), pp ISSN

48 Контакти гл. ас. д-р инж. Мирослав Василев Тракийски университет Факултет Техника и технологии - Ямбол, България ас. инж. Сивелина Делчева Тракийски университет Факултет Техника и технологии - Ямбол, България маг. инж. Геновева Милушева, докторант Русенски университет Факултет Електротехника, електроника и автоматика Катедра Телекомуникации гр. Русе 7017, ул. Студентска 8 Contacts chief assist. prof. Miroslav Vasilev, PhD, eng. Trakia University Stara Zagora Faculty of Technics and Technologies, Yambol, Bulgaria assist. prof. Sivelina Delcheva, eng. Trakia University Stara Zagora Faculty of Technics and Technologies, Yambol, Bulgaria Genoveva Milusheva, M.Eng., PhD student University of Ruse Faculty of Electrical engineering, electronics and automation Department of Telecommunications 8 Studentska str., POB 7017 Ruse, Bulgaria 249

49 ДИЗАЙН / DESIGN АВТОМАТИЗИРАНА ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ НА ДАННИ ОТ ФОЛКЛОРНИ ЕЛЕМЕНТИ Теодора Иванова, Лилиана Индрие, Геновева Милушева Резюме: В текстилния и модния дизайн едно от основните средства за оформяне на изделието е цветът. Съществуващите методики за приложение на цветове от елементи на носии не са напълно систематизирани. Отсъствието на такъв анализ би довело до увеличаване на грешките в измерването през прилагането на тези методи в практически цветови анализи на елементи от носии. Този анализ е целта на настоящата работа. Цветовете на елементите от носия са измерени с видео камера на мобилно устройство. Направен е анализ на данни от анкетно проучване върху предпочитанията на потребителите за текстилни десени с различни цветови комбинации от получените цветове. Резултатите показват, че цветовете на елементи от носия са предпочитани от потребителите и могат да бъдат използвани при проектирането на съвременни текстилни тъкани за облекло и интериорен дизайн. Ключови думи: Носия, цветове, Клъстерен анализ, Анализ на главните компоненти, текстилен и интериорен дизайн 1. Въведение Традиционните мотиви - независимо дали са върху тъкани, дърво, керамика, представляват емблеми на културната идентичност на един народ [6]. В постоянно променящият се свят повечето предмети, върху които традиционно се прилагат популярните мотиви, излизат от ежедневна употреба. Те стават музейни произведения или AUTOMATED PROCESSING AND ANALYSIS OF FOLKLORE ELEMENTS DATA Teodora Ivanova, Liliana Indrie, Genoveva Milusheva Abstract: In textile and fashion design, color is one of the main tool of shaping a product. Existing methodologies for applying colors from folklore elements are not fully systematized. The absence of such an analysis would lead to an increase in measurement errors through the application of these methods in practical color analyzes of folklore elements. This analysis is the purpose of the paper. The colors of folklore elements are measured with a video camera on a mobile device. A survey data was analyzed on consumer preferences for textiles with different color combinations of the colors obtained. The results show that the colors of folk costume elements are preferred by consumers and can be used in the design of contemporary textile fabrics for clothing and interior design. Keywords: Folk costume, Colors, Cluster Analysis, Principal Components Analysis, Textile and Interior Design 1. Introduction Traditional motifs whether on fabrics, wood, ceramics, are emblems of the cultural identity of a people [6]. In an ever-changing world, most items that are traditionally applied to popular motives are out of daily use. They become museum pieces or tourist souvenirs. 250

50 туристически сувенири. Необходимо е да се изследват нови методи и средства за използване на фолклорни мотиви, да идентифицира нови опори на румънските и български мотиви, но и да намери решения за тяхното използване чрез съвременни, дигитални технологии. Изследването и проектирането на облекла с елементи от носии и тяхната роля във формообразуването на силуетите и детайлите е необходимо, защото те са често използван моден елемент и намират приложение и внедряване в съвременното производство на облекла. В достъпната литература [4,5,14] част от съществуващите методики за приложение на елементи от носии не са напълно систематизирани. В текстилния и модния дизайн едно от основните средства за оформяне на изделието е цветът. Неговите декоративно-художествените свойства се използват за връзка между дизайнера и потребителя на неговите произведения при проектирането в промишлеността като се отчита главно функционалната му роля. Въздействието на цветовете е комплексно. Те могат да въздействат на хората оптически, физически, психологически и символично. За разлика от въздействието, символиката зависи от културната, религиозната и историческата традиция на дадена социална група, народ или група от народи [8]. В практиката, дейностите свързани с анализа на елементи от носии, включват използване на мобилни устройства за определяне на техния цвят [10,11,13]. Тези дейности включват определяне на цвета, определяне на разликата в цветовете, измерване с различни технически средства. Получените цветове, форми и метаданни за елементи от носии, могат да It is necessary to explore new methods and tools for using folklore motifs, to identify new supports of Romanian and Bulgarian motifs, but also to find solutions for their use through modern, digital technologies. The research and design of garments with elements of folk costumes and their role in the shaping of silhouettes and details is necessary because they are a commonly used fashion element and find application and introduction in the modern production of garments. In the available literature [4,5,14], some of the existing methodologies for applying folklore elements are not completely systematized. In textile and fashion design, color is one of the main tools of styling a product. Its decorative and artistic properties are used to connect the designer and the user of his works in designing in the industry, taking into account mainly his functional role. The effect of colors is complex. They can affect people optically, physically, psychologically and symbolically. Unlike impact, symbolism depends on the cultural, religious, and historical traditions of a social group, nation, or group of peoples [8]. In practice, activities related to the analysis of folk elements include the use of mobile devices to determine their color [10,11,13]. These activities include color determination, color difference determination, measurement by various technical tools. The resulting colors, shapes, and metadata for folklore elements can be used to create digital collections 251

51 бъдат използвани за създаване на цифрови колекции, които се състоят от следните основни компоненти: Колекция - организирани групи от предмети; Обекти - цифровизирани материали; Метаданни - информация за обекти и колекции от тях; Инициатива за разработване и използване - програми и проекти за създаване, организиране и управление на колекции [5,8,12]. За да се реализира такава задача, са необходими предварителни анализи на възможността за приложение на програмни средства, предназначени за мобилни устройства като смартфон, таблет, смарт часовник. Отсъствието на такъв анализ би довело до увеличаване на грешките в измерването през прилагането на тези методи в практически цветови анализи на елементи от носии. Този анализ е целта на настоящата работа. 2. Мобилни приложения за измерване на цвят Сравнителният анализ на мобилни приложения е направен от гледна точка на възможността те да бъдат използвани при измерване цвета на елементи от носии. Посочени са основните характеристики на измервателните системи и приложения за мобилни устройства. Особено внимание е обърнато на възможността за калибриране и използваните цветови модели. Сравнени са приложения, които работят на две от по-разпространените операционни системи Android и ios. В таблица 1 е направено обобщение на прегледаните мобилни приложения и системи за измерване на цвят. Две от системите изискват допълнително устройство за измерване и това може да се реализира само при наличието на такъв сензор. Цветовите модели, в които може да бъде измерен цвета са RGB, that consist of the following main components: Collection - organized groups of objects; Objects - digitized materials; Metadata - information about objects and collections of them; Development and Use Initiative - programs and projects for creating, organizing and managing collections [5,8,12]. In order to accomplish such a task, preliminary analyzes of the possibility of application of software tools intended for mobile devices such as a smartphone, tablet, smart watch are required. The absence of such an analysis would lead to an increase in measurement errors through the application of these methods in practical color analyzes of folklore elements. This analysis is the purpose of this paper. 2. Mobile applications for color measurement Comparative analysis of mobile applications is made in terms of their ability to be used in measuring the color of folklore elements. The main characteristics of measuring systems and applications for mobile devices are given. Particular attention was paid to the possibility of calibration and the color models used. Applications that run on two of the more common Android and ios operating systems are compared. Table 1 summarizes the reviewed mobile applications and color measurement systems. Two of the systems require an additional measuring device and this can only be realized with the presence of such a sensor. The color models in which color can be measured are RGB, HSB, LCH, Lab, HSV, HEX, 252

52 HSB, LCH, Lab, HSV, HEX, CMYK. Освен това някои от приложенията показват номер на цвета от каталози на Pantone и RAL. Като допълнителна функция може да се посочи и изговарянето на цвета при някои от приложенията. Също така част от приложенията могат да генерират палитри с 5-7 цвята като апроксимират цветовете в изображенията. Таблица 1. Сравнителен анализ на мобилни приложения и системи за измерване на цвят Приложение Application MeasureColor Mobile ColorTRUE ColorCatcher Color-Eye Color Grab Swatches: Live Color Picker Color meter Free Color Detector Image color identifier Colour identifier Color Detector Color Picker ДУ AD Да Yes Да Yes Не No Не No Не No Не No Не No Не No Не No Не No Не No Не No ДУ - допълнително устройство; ЦМ - цветови модел; ЕК - еталонна скала за калибриране; ИРМ - Измерване в реално време; БИ - Безконтактно измерване; ГП - генериране на палитра ЦМ CM srgb, HSB, LCH RGB RGB, Lab Номер от Pantone Pantone number RGB, HSV, HEX, Lab HEX RGB, HEX RGB, HEX, HSV HEX HEX Hex, RGB, HSV, CMYK, RAL Hex, RGB, RAL CMYK. In addition, some applications show a color number from Pantone and RAL catalogs. As an additional feature, color pronunciation may be indicated in some applications. Also, some applications can generate 5-7 color palettes by approximating the colors in the images. Table 1. A comparative analysis of mobile applications and color measurement systems ЕК CC D65 D65, D50, Native Цветна скала Color chart Цветна скала Color chart Да Yes Не No Не No Не No Не No Не No Не No Не No ИРМ RTM Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Не No Не No Да Yes Не No БИ NM Не No Не No Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes AD - additional device; CM - color model; CC - calibration color chart; RTM - Real-time measurement; NM - non-contact measurement; PG-palette generation ГП PG Не No Не No Не No Да Yes Да Yes Да Yes Да Yes Не No Не No Не No Не No Не No С предимство при избора на приложение за измерване цвета на елементи от носии са тези, използващи безконтактен метод на измерване, защото при автентичните носии, контактните сензори могат да нанесат повреди върху тъканта. Също така полезни са тези приложения, които The advantage of choosing an application for measuring the color of folk elements is those using a noncontact method of measurement, because in authentic elements, the contact sensors can damage the fabric. Also useful are applications that offer multiple color models 253

53 предлагат по няколко цветови модела, защото RGB и CMYK са хардуерно зависими модели и се влияят от характеристиките на устройството, с което са измерени. 3. Материал и методи В настоящата работа са проучвани носии от регион Странджа, България. Те са личен архив на авторката Теодора Иванова. Използваните в работата носии са представени на фигура 1. Странджанската носия спада към сукманената. Тя се състои от: риза; сукман, представляващ вълнена тъмноцветна дреха със затворена туникообразна кройка; предна престилка и вълнен пояс с червен, оранжев, тъмновинен цвят. Полите и пазвите на сукмана са с украса, изработена с везмо, с пришиване на цветни сукна. Украсата е сплетени разноцветни върви, гайтани, плетеници, дантели. Престилката е цветна, изпъкваща на черния фон на сукмана. Съчетават цветове като червено, зелено, жълто, бяло. При използваните разновидности на носията има и бродерия, състояща се от флорални и геометрични елементи. because RGB and CMYK are hardware-dependent models and are influenced by the characteristics of the device they are measured with. 3. Material and methods In this work, folk costumes from the Strandzha region, Bulgaria have been studied. They are the personal archive of the author Teodora Ivanova. The folk costumes used in the work are presented in Figure 1. Strandzha folk costume belongs to the dress variant. It consists of: a shirt; representing a woolen darkcolored garment with a closed tunic pattern front apron and wool belt with red, orange, dark brown color. The skirts and waistbands of the dress are decorated with vesma, with the sewing of colored fabrics. The decoration is woven of colorful ropes, braids, lace. The apron is colorful, standing out against the black background of the dress. They combine colors like red, green, yellow, white. The embroidery variations used include floral and geometric elements. Фиг.1. Носии от регион Странджа (личен архив на Теодора Иванова) Fig.1. Folk costumes from Strandzha Region (personal archive of T. Ivanova) 254

54 За получаване на цветни цифрови изображения е използван мобилен телефон Honor 7s (Huawei Device Co., Ltd.). Устройството има следните технически характеристики: Процесор: 2GHz Quad+1,7 GHz Quad-core Размер на екрана: 5,2" (13,2 cm); Технология на дисплея: Capacitive Touchscreen; Резолюция: 1080x1920 pix; Постоянна памет: 16GB; Оперативна памет 2GB RAM; Свободна памет: 9,5 GB; Задна камера: 13 Mpix; Предна камера: 8 Mpix; Операционна система: Android OS, v6.0 (Google Inc.); Тип SIM карта: Nano. За получаване на данни за цвета на елементи от носии е използван Color meter Free - Live colors (VisTech.Projects). Това е полезен инструмент, използващ камера на мобилен телефон, който позволява да бъдат избирани цветове на обекти. Показва RGB цветови компоненти на цвета и го визуализира на екрана. Също така показва и шестнадесетичният цветен код, който може да се използва в графични или фоторедактори. Приложението позволява да се изберат цветове с помощта на видео камера и да се анализира името на цвета. Има функция за цветен анализатор и също така може да запазва полученото изображение. Предлага функция на персонализиран баланс на бялото и също така позволява да се работи с предварително направени снимки. Разполага с различни цветови палитри и хармонизиращ инструмент за генериране на теми. Това приложение също така позволява на потребителите да споделят своите разпознати цветове чрез социални мрежи и електронна поща. Определени се параметрите на Lab цветови модел съгласно математическото описание, представено в [2], показано на фигура 2 и резултатите се визуализират Honor 7s mobile phone (Huawei Device Co., Ltd.) was used to obtain color digital images. The device has the following specifications: Processor: 2GHz Quad GHz Quad-core Screen Size: 5,2" (13,2cm); Display Technology: Capacitive Touchscreen; Resolution: 1080x1920 pix; Permanent Memory: 16GB; memory 2GB RAM; Free memory: 9.5 GB; Rear camera: 13 Mpix; Front camera: 8 Mpix; Operating system: Android OS, v6.0 (Google Inc.); SIM card type: Nano. Color meter Free - Live colors (VisTech.Projects) was used to obtain color data for folklore elements. This is a useful tool using a cell phone camera that allows to select the colors of objects. Displays RGB color components of the color and renders it on screen. It also shows HEX color code that can be used in graphic or photo editors. The application allows to select colors using a video camera and to analyze the name of the color. It has a color analyzer function and can also save the resulting image. It offers a custom white balance function and also allows to work with pre-defined photos. It has different color palettes and a harmonizing theme generation tool. This app also allows users to share their recognized colors through social networks and . The parameters of the Lab color model are determined according to the mathematical description presented in the [2] shown in figure 2 and the results are displayed graphically. 255

55 графично. Параметър h ъгъл променя се в интервала о (0-2π) h angle it changes in the interval о (0-2π) Описание h o = atan ( b a ) Наситеност на цвета Chroma of color C = a + b Фиг.2. Получаване на цветен кръг на Lab цветови модел Цветовете са представени върху Lab цветно колело [1], като разположението им е на ъгъл h (hue) и радиус C (chroma) в полярна координатна система. По посока периферията на колелото са цветовете смесени с бяло, а в посока център са тези примесени с черно. В настоящата работа е направена обработка на данни от анкетно проучване на потребителското мнение за оценка на създадени десени, комбиниращи цветове на елементи от носии. Използваните входни данни са публикувани в предходни статии на авторите [15]. От избраните елементи са съставени десени, при които са използвани повтори от типовете: Drop повтор, при който елементите се намират един до друг и един под друг, без разминаване; Half drop повтор, при който елементите се разминават хоризонтално с ½ от размера им. Клъстерен анализ [7]. Задачата за клъстеризация е подобна на задачата за класификация, на която е логично продължение. Тази задача също има за цел групирането на обекти в групи по сходство по даден признак. Разликата между двете задачи е, че класовете на изучаваната съвкупност от данни в Fig.2. Obtaining a Color wheel on Lab Color Model The colors are represented on the Lab Color Wheel [1] and located at an angle h (hue) and radius C (chroma) in a polar coordinate system. In the direction of the periphery of the wheel are the colors mixed with white, and in the direction of the center are those mixed with black. In the present work, data from a survey of consumer opinion was processed to evaluate the created patterns, combining the colors of folk elements. The input data used have been published in previous article of the authors [15]. The selected folk elements consist of patterns, which used repeats of the types: Drop - a repeat in which the elements are located side by side and one below the other without passing; Half drop - a repeat in which the elements diverge horizontally by ½ of their size. Cluster analysis [7]. The clustering task is similar to the classification task, which is a logical extension. This task also aims at grouping objects into similarity 256

56 задачата за клъстеризация не са предварително известни. Целта при клъстерния анализ е n на брой обекта да се групират в k (k>1) на брой групи, наречени клъстери, като се използват p (p>0) на брой признаци (променливи). Анализ на главните компоненти (PCA) [9]. Извличането на характерни свойства е трансформация на оригиналните данни с всичките им променливи в извадка от редуцирани такива. Използват се всички измервания или променливи, които се проектират в малка размерна област. Всички използвани данни са обработени при ниво на значимост α=0,05. Всички модели на десени, с използване на елементи от народни носии, са създадени от онлайн инструмент Digital Fabrics [3,5]. Онлайн инструмента позволява потребителите да качват свои собствени дизайни, да изберат тъкан и да поръчват изработката му 24x7 без допълнителни такси. Разработеният от потребителя десен се визуализира в реално време. Предоставени са видео ресурси, които показват помощна информация за работа с онлайн инструмента. За да използва свое изображение, потребителя може да го провлачи и постави в работната област или да използва бутон Select. Поддържат се файловите формати JPG или PNG. След като файлът е качен, изображението се визуализира върху избраната тъкан. Показва се и името на файла, така че потребителя да може да направи проверка дали е качен правилния файл. Получените изображения могат да бъдат мащабирани в посоки нагоре и надолу, като просто се въвежда желания размер. Чрез полетата DPI, се променя резолюцията и качество на полученото изображение. Може да се избере типа на groups by feature. The difference between the two tasks is that the classes of data being studied in the clustering task are not known in advance. The purpose of cluster analysis is to group n objects into k (k>1) groups, called clusters, using p (p>0) for the number of characters (variables). Principal Component Analysis (PCA) [9]. Extracting characteristic properties is the transformation of original data with all their variables into a sample of reduced ones. All measurements or variables that are designed over a small size range are used. All data used were processed at a level of significance α=0,05. All pattern designs, using folk costume elements, are created by the online Digital Fabrics tool [3,5]. The online tool allows users to upload their own designs, choose fabric, and order its fabrication 24x7 at no extra charge. User-developed right is displayed in real time. Video resources are provided that show help information on using the online tool. To use his image, the user can drag and drop it into the workspace or use the Select button. JPG or PNG file formats are supported. Once the file has been uploaded, the image is displayed on the selected fabric. The file name is also displayed so that the user can verify that the correct file has been uploaded. The resulting images can be scaled up and down by simply entering the desired size. Through the DPI fields, the resolution and quality of the resulting image is changed. The type of repeat, width, or down length of the fabric can be 257

57 повтора, по ширината или надолу по дължината на тъканта. 4. Резултати и дискусия В таблица 2 са обобщени резултатите от анкетното проучване. Показани са четирите елемента с двата вида повтори Drop и Half drop. Използвани са четири диапазона на изменение на цветовата разлика между цвета на обекта и фона. Посочен е броят пъти, от които е избиран съответния елемент от потребителите. С D е означен повтор тип Drop, с HD повтор от тип Half drop. Най-много пъти потребителите са избирали елемент 3, във варианта с много малка разлика между цветовете на елемента и фона. При такава малка разлика нито веднъж не са избирани десени с елемент 4. Таблица 2. Обобщени резултати от анкетно проучване selected. 4. Results and discussion Table 2 summarizes the results of the survey. The four elements with the two types of Drop and Half drop repeats are shown. Four ranges of color difference between object color and background were used. The number of times the corresponding element was selected by consumers is indicated. (D) is a Drop type repeat, (HD) is a Half drop repeat. Most times, consumers have chosen element 3, with the variance with very little difference between element and background colors. With such a small difference, no designs with element 4 were selected. Table 2. Summary results of a survey Диапазон Range Елемент и повтор Element and repeat 0,12-0,20 0,20-0,27 0,27-0,43 0,43-0,52 e1_d e1_hd e2_d e2_hd e3_d e3_hd e4_d e4_hd Резултатите от клъстерния анализ са показани на фигура 3. От фигурата се вижда, че се формират три големи клъстера, като елементите с цветова разлика 0,12-0,27 могат да бъдат разглеждани като един общ диапазон на изменение на цветовата разлика на елементите, защото броят избирани от потребителите елементи с такава разлика в цветовете на елемент-фон е близък. The results of the cluster analysis are shown in Figure 3. The figure shows that three large clusters are formed, and the elements with a color difference of 0,12-0,27 can be considered as a common range of variation of the color difference of the elements, because the number of elements selected by consumers with such a difference in the colors of the background element are close. 258

58 Фиг.3. Резултати от клъстерен анализ Направеният клъстерен анализ показва, че изборът на елементи може да се групира в зависимост от цветовата разлика елемент-фон. От този анализ не става ясно, върху избора на кои от изследваните елементи и тип на повтора оказват най-значимо влияние тези разлики в цвета, което е основен недостатък на клъстерния анализ. За определяне на това, кои елементи и какъв тип на повтора са избирани от потребителите, подходящ и доказан метод е анализ на главните компоненти. На фигура 4 са показани резултати от анализ на главните компоненти, приложен върху резултатите от анкетното проучване. Използваните две главни компоненти описват с достатъчна точност дисперсията в опитните данни, общо с 95%. Предпочитани от потребителите са елементи 1 и 2, независимо от повтора им, които са с цветова разлика елементфон с най-големи стойности, т.е контрастни цветове. Елемент 3, отново независимо от повтора е предпочитан при малка цветова разлика обект-фон, Fig.3. Results of cluster analysis The cluster analysis shows that the selection of elements can be grouped according to the color difference of the element-background. It is not clear from this analysis which choices of the elements studied and the type of repeat are most significantly influenced by these color differences, which is a main drawback of the cluster analysis. To determine which elements and what type of repetition are selected by users, an appropriate and proven method is principal components analysis. Figure 4 shows the results of the principal component analysis applied to the survey results. The two principal components used describe with sufficient accuracy the variance in the experimental data by a total of 95%. Elements 1 and 2 are preferred by the consumers, regardless of their repetat, which have a color difference of the element-background with the highest values, ie contrasting colors. Element 3, again regardless of repeat, is preferred for a small object 259

59 при родствени (близки по между си) цветове. Елемент 4 с повтор Drop е предпочитан в комбинации между цветовете на обекта и фона, които са с по-голяма разлика помежду си, отколкото при варианта Half drop, където се предпочитат комбинации с помалка разлика и близки помежду си цветове. difference in cetacean background, in related (similar) colors. Drop repeat for element 4 is preferred in combinations of object and background colors that are more different from each other than in Half drop repeat, where combinations with a smaller difference and similar colors are preferred. Фиг.4. Анализ на главните компоненти върху резултати от анкетно проучване Селектираните мотиви от носия, с техните цветови комбинации са използвани за симулиране на облекла и елементи от интериорния дизайн. Използвани са средствата на онлайн приложението Digital Fabrics. Елементите от облеклото са шал и бебешки дрешки, а от интериорния дизайн диван и възглавница. На фигура 5 са показани облекла и елементи от интериорен дизайн, с използване на четирите избрани елемента от носии. Дизайнът на съвременни облекла и аксесоари е представен като връзка между различни възрасти и стилове. Особено внимание е Fig.4. Principal components analysis on survey results The selected costume designs, with their color combinations, have been used to simulate clothing and interior design elements. The tools of the online application Digital Fabrics are used. The elements of the outfit are a scarf and baby clothes, while the interior design is a sofa and pillow. Figure 5 shows the clothing and interior design elements using the four selected folk costume items. The design of contemporary apparel and accessories is presented as a link between different ages and styles. Particular attention was paid 260

60 обърнато на проектиране на модерни дамски аксесоари и детски дрехи, вдъхновени от избраните чрез анкетно проучване елементи от носии. В представените модели, присъства нов и интересен поглед към съвременните облекла и интериорен дизайн. Елемент 1/ Element 1 to the design of modern women's accessories and children's clothing, inspired by the items selected in the survey. In the models presented, there is a new and interesting look at contemporary clothing and interior design. Елемент 2/ Element 2 Елемент 3/ Element 3 Елемент 4/ Element 4 а) шал a) scarf б) бебешки дрешки b) baby clothes Фиг.5. Приложение на елементи от носии в облекла и интериорен дизайн 5. Заключение От клъстерния анализ не става ясно, върху избора на кои от изследваните в) диван c) sofa г) възглавница d) pillow Fig.5. Application of elements of costumes in clothing and interior design 5. Conclusion It is not clear from the cluster 261

61 елементи и тип на повтора оказват найзначимо влияние разликите в цвета, което е основен недостатък на този метод. За определяне на това, кои елементи и какъв тип на повтора са избирани от потребителите, е установено, че подходящ метод е анализ на главните компоненти. Установено е, че предпочитани от потребителите са елементите с контрастни цветове при повтор Drop и такива с малка разлика в цветовете за елементи с повтор Half-drop. Резултатите показват, че цветовете на елементи от носия са предпочитани от потребителите и могат да бъдат използвани при проектирането на съвременни текстилни тъкани за облекло и интериорен дизайн. В представените модели, присъства нов и интересен поглед към съвременните облекла и интериорен дизайн. Предложените методи за анализ могат да бъдат полезни не само като теоретични основи в дизайна на облекла и елементи от интериора, но и за практикуващите в областта на дизайн на облекло, както и от студентите, изучаващи художествено проектиране на облекло. analysis on the choice of which of the studied elements and the type of repeat are most significantly influenced by the differences in color, which is a main drawback of this method. To determine which elements and what type of repeat are selected by users, it has been found that an appropriate method is principal components analysis Elements with contrasting colors in Drop repeat and those with a slight difference in colors for Half-drop repeat elements have been found to be preferred by users. The results show that the colors of folk costume elements are preferred by consumers and can be used in the design of contemporary textile fabrics for clothing and interior design. In the models presented, there is a new and interesting look at contemporary clothing and interior design. The proposed methods of analysis can be useful not only as theoretical foundations in the design of garments and interior elements, but also for practitioners in the field of fashion design, as well as for students studying the artistic design of clothing. 6. Литература 6. References [1] Baycheva, S. (2016). Application of devices of measurement of color in analysis of food products. Innovation and entrepreneurship Applied scientific journal, 4 (4), pp ISSN [2] Contrasting colors algorithm, (available on ) [3] Digital Fabrics, (available on ) [4] Dineva, P. (2016). Design of Asymmetric Ladies Dresses with 3D Elements. Annals of the University of Oradea. Fascicle of Textiles, Leatherwork, 17 (2), ISSN Х. [5] Elnashar, E., S. Baycheva, Z. Zlatev, P. Boneva. (2017). Transfer of colors from Traditional costume to modern textiles. Innovation and entrepreneurship, 5 (3), 262

62 pp ISSN [6] Elnashar, E., Z. Zlatev, Ö. İşmal, G. Mahale. (2017). Bulgarian national folk elements for the contemporary fashion. Innovation and entrepreneurship, 5 (2), pp ISSN [7] Ivanov, M. (2016). Modern methods for intelligent data analysis. Working Paper. NBU Scientific Electronic Archive, Sofia. (in Bulgarian) [8] Kertakova, M. (2014). Conceptual dimensions of the historical costume of the nineteenth century and its implication in contemporary fashion. PhD thesis, Sofia. (in Bulgarian) [9] Mladenov, M. (2015). Complex assessment of food products quality using colour image, spectral and hyperspectral analyses. Monography, Academic publishing centre of University of Ruse, Ruse. (In Bulgarian) [10] Paleva-Kadiyska, B., E. Blagova, P. Dineva. (2018). Methodology of constructing and manufacturing a 3D twisted decorative clothing element. World Science, vol. 2, No. 4(32), pp ISSN [11] Shivacheva, G., V. Nedeva. (2016). Methods for Teaching Programming Using Virtual Laboratory. Proceedings of the 11th International conference on virtual learning (ICVL), Romania, pp [12] Yankova, V. (2014). Images of the past Tatars in Lithuania and Poland. Dialogue with time Intellectual history review, vol. 47, pp (in Russian) [13] Zlatev, Z., G. Shivacheva, A. Dimitrova. (2014). Recognition of object areas of foodstuffs with document camera by colorimetric methods. Proceedings of University of Rousse, vol. 54, ser. 10.2, pp [14] Zlatev, Z., J. Ilieva. (2015). Design of textile patterns by using colors from the bulgarian national costumes. Applied research on technics, technology end education (ARTTE), 3 (4), pp [15] Zlatev, Z., L. Indrie, J. Ilieva, T. Ivanova. (2019). Analysis on colors of folk costume and their application in contemporary textile design. Annals of the university of Oradea Fascicle of textiles, leatherwork, 20 (1), pp Контакти маг. инж. Теодора Иванова Тракийски университет Факултет Техника и технологии, Ямбол, доц. д-р инж. Лилиана Индрие Университет на Орадея Факултет Енергийно инженерство и индустриален мениджмънт Катедра Текстил кожи и индустриален мениджмънт B. St. Delavrancea Str., No. 4, Орадея, Румъния Contacts Teodora Ivanova, eng. Trakia University Faculty of Тechnics and technologies Yambol, Bulgaria Assoc. prof. Liliana Indrie, PhD, eng. University of Oradea Faculty of Energy Engineering and Industrial Managemen Department of Textiles, Leather and Industrial Management 263

63 маг. инж. Геновева Милушева, докторант Русенски университет Факултет Електротехника, електроника и автоматика Катедра Телекомуникации гр. Русе 7017, ул. Студентска 8 B.St.Delavrancea str., no.4, Oradea, Romania Genoveva Milusheva, M. Eng., PhD student University of Ruse Faculty of Electrical engineering, electronics and automation Department of Telecommunications 8 Studentska str., POB 7017 Ruse, Bulgaria 264

64 265