Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№2
Ожидается:
16 Июня 2024
Статьи журнала №4 2018
11. Разработка приложения для подготовки расчетных сеток посредством утилиты snappyHexMesh программной среды OpenFOAM [№4 за 2018 год]Авторы: Читалов Д.И. (cdi9@yandex.ru) - Южно-Уральский научный центр (младший научный сотрудник); Калашников С.Т. (src@makeyev.ru) - Южно-Уральский научный центр (зав. отделом), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье описываются устройство приложения с графическим интерфейсом пользователя для подготовки расчетных сеток, состоящих из стандартных и разделенных шестигранников на основе геометрий триангулированной поверхности посредством программной среды OpenFOAM, и пошаговый процесс разработки приложения. Представлены существующие на данный момент платные и открытые программные средства, применяющиеся для упрощения проблемы подготовки указанного типа расчетной сетки. Исследованы их недостатки, определены актуальность обозначенной проблемы и необходимость создания нового приложения для подготовки параметрических сеток для программной среды OpenFOAM. Сформулирован список задач, стоящих перед авторами для реализации разработки. Изучен принцип работы утилиты программной среды OpenFOAM, отвечающей за генерацию указанного типа расчетной сетки. Определен список необходимых инструментов для разработки программы, в том числе язык программирования логики работы приложения, библиотека, обеспечивающая реализацию элементов интерфейса программы, среда разработки. Указано ПО, необходимое для использования разработанного приложения. Представлены диаграммы, описывающие структуру приложения, алгоритм работы пользователя с приложением. Определены сложности в реализации алгоритма и логики работы программы, предложены пути их решения. Приведены результаты проверки работоспособности приложения на примере одной из учебных задач, входящих в дистрибутив программной среды OpenFOAM. Подведены итоги проведенного исследования, оценена практическая значимость выполненной исследовательской работы и созданного программного приложения, оценены возможные перспективы исследований в данном направлении. Представлен веб-ресурс, на котором в свободном доступе находится разработанное программное приложение для обеспечения возможности тестирования и практического применения пользователями.
Abstract: The paper describes an application with a graphical user interface for preparing computational meshes that contain hexahedra and split-hexahedra from triangulated surface geometries using the OpenFOAM software environment, and the application development process.
The paper presents the existing paid and open software tools used to simplify the problem of preparing such computational meshes. The authors determine their limitations and relevance of the indicated problem and the necessity of developing a new application for preparing meshes for OpenFOAM SE.
The authors have made a list of tasks to implement the development. They have studied the operating principle of OpenFOAM SE utility responsible for the mentioned type of CM generation. The determined list of necessary tools for program development includes a programming language of application logic, a library that provides implementation of interface elements, and the development environment. The authors indicate the software required to use the developed application. There are diagrams that describe the application structure, the algorithm of user's work with application. The paper also determines some difficulties in algorithm implementation and program logic and proposes the ways to solve them.
The application has been tested on the training task included in of OpenFOAM SE. The authors summarize the results of the conducted research, evaluate the practical importance of the conducted research work and the created software application, possible prospects of the research. The paper provides a web resource that contains the developed application, which is freely available, for testing and practical using.
Ключевые слова: графический пользовательский интерфейс, расчетные сетки из шестигранников и разделенных шестигранников, openfoam, утилита blockmesh, утилита snappyhexmesh, язык программирования python, библиотека pyqt4, открытое программное обеспечение, численное моделиKeywords: grafical user interface, hexahedra and split-hexahedra meshes, openfoam, blockmesh utility, snappyhexmesh utility, python programming language, pyqt4 library, open source software, numerical simulation
Просмотров: 8652
12. Методика оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов моделью Banker-Charnes-Cooper [№4 за 2018 год]
Авторы: Селиверстов Д.Е. (seliverstov_dmitriyy@rambler.ru) - Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого (преподаватель), кандидат технических наук; Русаков К.Д. (rusakov.msk@yandex.ru) - Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (младший научный сотрудник); Хиль С.Ш. (skhill@mail.ru ) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (доцент), кандидат технических наук; Савилкин С.Б. (savilkin@mail.ru) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, г. Москва, 125993, Россия (доцент, старший научный сотрудник), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В статье предложена методика оценки и определения направлений повышения качества гетерогенных робототехнических комплексов, состоящая из частных методик и основанная на разработанном на базе методологии анализа среды функционирования комплексе математических моделей. Одной из особенностей методологии анализа среды функционирования по оценке эффективности систем является то, что исследуемый объект обладает множеством входных и выходных разнородных параметров и решение задачи осуществляется в условиях этой разнородности, что имеет особое значение при гетерогенности комплекса. Посредством сложных математических преобразований моделирование на базе анализа среды функционирования дает возможность «сравнивать несравнимое». Методика оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов предполагает определенный ряд факторов, описанных в статье, и строится на основе разработанных математических моделей оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов и теоретических положений о критериях качества исследуемого объекта. В статье показано: если в соответствии с ограничениями необходимо добиться максимального уровня значений выходных показателей при фиксированных значениях показателей входа, выбирается разработанная модель анализа гетерогенных робототехнических комплексов, основанная на выходной модели Banker-Charnes-Cooper методологии анализа среды функционирования. Данная математическая модель позволяет проводить анализ качества гетерогенных робототехнических комплексов в условиях возможности сокращения затрат при фиксированных значениях выходных характеристик. Если определение направлений повышения качества гетерогенных робототехнических комплексов осуществляется в условиях возможности одновременного изменения значений как входных, так и выходных параметров, выбирается модель синтеза, основанная на аддитивной модели методологии анализа среды функционирования.
Abstract: The paper proposes a method for evaluating and determining the ways for improving the quality of heterogeneous robotic systems that consists of private methods. It is based on the developed complex of mathematical models that is based on the methodology of the data envelopment analysis.
One of the features of the data envelopment analysis by evaluating complex system effectiveness is the fact that the object under study has a variety of input and output heterogeneous parameters. In this case, the solution of the problem is carried out under conditions of heterogeneity of the parameters, which is of particular importance in the case of system heterogeneity. After complex mathematical transformations, modeling based on the data envelopment analysis makes it possible to “compare something noncomparable”. The method for evaluating the quality of heterogeneous robotic systems supposes a certain number of factors described in the paper. It is based on the developed mathematical models for evaluating the quality of heterogeneous robotic systems and theoretical provisions on the quality criteria the object under study.
The paper shows that if the constraints make it necessary to achieve the maximum level of the output indices at fixed values of the entry indicators, then we should choose the developed model for the analysis of heterogeneous robotic systems based on the Banker-Charnes-Cooper output model of the data envelopment analysis. This mathematical model allows analyzing the quality of heterogeneous robotic systems in conditions of possible cost reduction with fixed values of output characteristics.
If the determination of the ways of improving the quality of heterogeneous robotic systems is carried out under conditions of possible simultaneous changing of the values of both input and output parameters, then we choose a synthesis model based on the additive model of methodology of the data envelopment analysis.
Ключевые слова: гетерогенные робототехнические комплексы, анализ среды функционирования, оценка качества, технический уровень, banker-charnes-cooperKeywords: heterogeneous robotic systems, data envelopment analysis, quality evaluation, technical level, banker-charnes-cooper model
Просмотров: 5593
13. Транслятор тактической задачи в сеть Петри для группы наземных робототехнических комплексов [№4 за 2018 год]
Авторы: Тачков А.А. (tachkov@bmstu.ru ) - НУЦ «Робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана (начальник отдела «Автоматизированные транспортные системы»), кандидат технических наук; Козов А.В. (alexey.kozov@gmail.com) - НУЦ «Робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана (инженер); Панков С.Е. (tachkov@bmstu.ru) - Минобороны России, Управление перспективных межвидовых исследований и специальных проектов (старший научный сотрудник, начальник управления), кандидат технических наук;
Аннотация: В работе сделан анализ основных подходов к формированию тактической задачи для группы робототехнических комплексов военного назначения. Выделен подход, основанный на использовании электронной карты в качестве графической основы для формирования задачи с помощью условных тактических знаков. Показано, что решение оператора может быть представлено ориентированным мультиграфом с конечным числом вершин и дуг. Для данного представления разработан транслятор тактической задачи, позволяющий преобразовать исходное решение оператора в виде условных тактических знаков в эквивалентную сеть Петри для управления группой наземных робототехнических комплексов военного назначения. Приведены формальная постановка задачи проектирования транслятора, его структура, основные блоки и типовые правила трансляции элементов решения оператора в сеть Петри. Разработанный транслятор базируется на применении геоинформационной системы и специального классификатора условных тактических знаков, кодирующих групповые действия робототехнических комплексов. Описана программная реализация транслятора на языке С++ в виде DLL-библиотеки для геоинформационной системы «Панорама», представлена диаграмма классов. Работа транслятора пояснена примером: рассмотрена типовая групповая задача, включающая такие групповые действия, как разбиение исходной группы наземных робототехнических комплексов на подгруппы, их параллельное перемещение к рубежам регулирования, перераспределение комплексов между подгруппами, выход на рубеж действия. Показаны исходное решение оператора в виде условных тактических знаков и получившаяся в результате трансляции эквивалентная сеть Петри. Применение разработанного транслятора совместно с технологией электронных карт позволило автоматизировать процесс формирования тактической задачи для группы наземных робототехнических комплексов военного назначения.
Abstract: This paper represents analytics of main existing approaches to forming a tactical task for a group of unmanned military robotic vehicles. The selected approach uses an electronic map as a graphic basis to form a task using military symbols.
The paper shows that operator's decision might be represented as an oriented multigraph with finite numbers of vertices and arcs. Within this representation, the developed task translator allows converting an initial operator’s decision (defined with military symbols) into an equivalent Petri net to control a group of military robotic vehicles. The paper defines target formalities for translator design, structure, basic blocks and standard translation rules.
The developed translator uses a geoinformation system and a military symbol classifier for coding group actions of robotic systems. The software for the translator is in C++ as a DLL library for Panorama geoinformational system. There is also a class diagram.
The paper presents an example to show how the translator works. There is a typical task for a group of robotic vehicles. It includes division into sub-groups, parallel moving onto firing line, reallocation of complexes among subgroups, reaching the objective. The initial operator's decision is represented by military symbols. The paper also shows an equivalent Petri net.
The proposed translator with an electronic map technology allows automating tactical task formation for a group of robotic military unmanned vehicles.
Ключевые слова: наземный робототехнический комплекс военного назначения, нртк вн, сеть петри, транслятор, геоинформационная система, цифровой классификатор, групповое управлениеKeywords: unmanned ground military robot, unmanned ground military robot, the petri nets, translator, geoinformation system, digital qualifier, group management
Просмотров: 7144
14. Программная модель для исследования эффективности процедур выделения контуров зашумленных изображений [№4 за 2018 год]
Авторы: Самойлин Е.А. (es977@mail.ru) - Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (профессор), доктор технических наук; Карпов С.А. (sergei-andreevich@bk.ru) - Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (адъюнкт);
Аннотация: В статье развивается одно из направлений цифровой обработки изображений – задача выделения их контуров. Данная задача решается в интересах последующего распознавания объектов на изображении (по форме границ, углам между фрагментами контуров и т.п.), улучшения визуального качества изображения, подчеркивания границ объектов интереса, контрастирования и т.д. Цифровые изображения на практике регистрируются, как правило, в сложных и неблагоприятных условиях, что приводит к возникновению на них помех, описывающихся аддитивной гауссовской моделью шума. В соответствии с этим предложена программная модель, позволяющая исследовать эффективность самых различных методов, алгоритмов и процедур выделения контуров зашумленных изображений. Модель основана на сопоставлении контура изображения, полученного из зашумленного изображения, с идеальным контуром, полученным из аналогичного изображения без помех, и на последующем вычислении ошибок обнаружения контурных элементов первого (ложная тревога) и второго (пропуск) рода. При этом вычисление указанных ошибок осуществляется во всем возможном диапазоне среднеквадратического отклонения σ аддитивного гауссовского шума. Представлены примеры выделения контуров зашумленных изображений реальных сцен, а также зависимости частот ошибок первого и второго рода от среднеквадратического отклонения шума амплитуды σ от 0 до 200 (изображения при 256 уровнях квантования амплитуды яркости) для трех процедур выделения контура: на основе масок Превитта, Собела и лапласиана гауссиана. Кроме того, исследовано влияние процедуры линейной фильтрации зашумленного изображения на снижение частоты ошибок выделения контуров первого и второго рода.
Abstract: The article develops one of the directions of digital image processing – extracting their contours. It is necessary to solve this task in order to recognize objects in the image (by geometry, the angles between contour fragments, etc.), to improve image visual quality, to emphasize the boundaries of objects of interest, contrasting, etc.
Typically, digital images are recorded in difficult and adverse conditions, which leads to noise generation described by an additive Gaussian noise model. Therefore, the authors propose a software model that allows investigating the effectiveness of various methods, algorithms and procedures to extract noisy image contours.
The model is based on comparing an image contour from a noisy image to an ideal contour of a similar image without noise. Then it is supposed to calculate the errors of detection of contour elements of the first (false alarm) and the second (pass) kind. In this case, the error calculation is carried out over the entire possible range of the mean square deviation σ of additive Gaussian noise.
The paper gives some examples of extrating contours of real scene noisy images, as well as dependences of error frequencies of the first and second kinds on the mean square deviation of the amplitude noise from σ=0 to σ=200 (images at 256 levels of brightness amplitude quantization) for three procedures for contour extraction: based on Prewitt masks, Sobel mascs and the Laplacian of Gaussian. In addition, the authors study the influence of a noisy image linear filtering procedure on the decrease in the frequency of errors in the extrating contours of the first and second kinds.
Ключевые слова: лапласиан гауссиана, маски собела, маски превитта, градиентные маски, аддитивный гауссовский шум, выделение контуров, изображениеKeywords: laplacian of gaussian, sobel masks, prewitt masks, gradient masks, additive gaussian noise, the allocation of contours, image
Просмотров: 7958
15. Акцентная визуализация в интерфейсах дополненной реальности [№4 за 2018 год]
Авторы: Иващенко А.В. (anton-ivashenko@yandex.ru) - Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) (профессор), доктор технических наук; Катиркин Г.В. (katirkin@o-code.ru) - Компания «Открытый код» (ведущий разработчик); Ситников П.В. (sitnika@o-code.ru) - ООО «Открытый код» (директор), кандидат технических наук; Сурнин О.Л. (surnin@o-code.ru) - Компания «Открытый код» (управляющий);
Аннотация: В статье предлагаются метод и технология акцентной визуализации для интерактивных пользовательских интерфейсов, реализующих современные технологии дополненной реальности. На основе анализа существующих разработок установлена необходимость выработки новых подходов и технологий проектирования приложений дополненной реальности. В частности, необходимо разрабатывать новые принципы размещения элементов пользовательского интерфейса в пространстве, для чего требуется изучать и понимать закономерности процессов деятельности пользователей. Для решения поставленной проблемы в статье предложена модель, включающая понятия сценария, фокуса, контекста и оверлейного контекста. Фокус используется для представления текущего интереса пользователя. Контекст формализует информационное пространство, в котором он выполняет свои действия. В случае необходимости обновления привлекают внимание пользователя с помощью оверлейного контекста. Эта модель позволяет реализовать метод акцентной визуализации, который заключается в формировании виртуальных объектов, отметок и пояснений для привлечения внимания пользователей с помощью интерфейсов дополненной реальности. В качестве примера реализации технологии акцентной визуализации приводится система управления компьютером с помощью взгляда (Eye Tracker). Проведенные эксперименты подтвердили гипотезу о том, что люди по-разному воспринимают предоставляемую им информацию и оценивают удобство пользовательского интерфейса в относительно непривычной среде дополненной реальности. Технология акцентной визуализации позволяет повысить удобство работы с интерактивными панелями и средствами дополненной реальности, обеспечивая адаптацию виртуальных и активных элементов пользовательского интерфейса под требования и предпочтения конкретных пользователей. Предложенная технология рекомендуется для использования в ситуационных центрах мониторинга сложных организационно-технических систем, в автоматизированных системах послепродажного технического обслуживания и интерактивных электронных технических руководствах дополненной реальности.
Abstract: This paper presents a new technology of accented visualization for interactive user interfaces that implement modern technologies of Augmented Reality (AR). The analysis of existing approaches has identified a necessity to develop new approaches of AR applications design and development. In particular, it is necessary to develop new principles of UI elements allocation in space, which requires understanding of basic trends in usability.
In order to solve the stated problem, the paper proposes a model that describes and combines the concepts of a scenario, focus, a context and an overlay context. Focus is used to represent the user’s current interest and attention. A context formalizes the infor-mation space, where the user functions. An overlay context attracts the user’s interest when required. Thу proposed model allows implementing a technology of accented visualization that consists of generating virtual objects, notifications and hints to attract the users’ attention using AR interfaces. As an example of the accented visualization approach implementation there is described utiliza-tion of the Eye Tracker to manage user’s attention.
The provided experiments prove an idea that people acquire information differently and evaluate usability in a relatively new AR environment. The accented visualization technology makes it easier to use interactive panels and AR devices by adopting virtual and active elements of UI considering the requirements and preferences of particular users.
The author recommend using the proposed technology in situational centres of monitoring of complex organizational and tech-nical systems, automated systems of post-production support and AR-based interactive electronic user manuals.
Ключевые слова: акцентная визуализация, дополненная реальность, ситуационный центр, пользовательский интерфейсKeywords: accented visualization, augmented reality, situational centre, user interface
Просмотров: 8893
16. Электронные формуляры для компьютерных тренажеров [№4 за 2018 год]
Авторы: Вус А.В. (79218567422@yandex.ru) - Военный институт дополнительного профессионального образования ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», (преподаватель); Ильин В.А. (komandor.99@mail.ru) - Санкт-Петербургский филиал НИИ «Центрпрограммсистем» (профессор, старший научный сотрудник НИЛ), доктор военных наук;
Аннотация: В статье предлагается использовать электронный формуляр для автоматизации основных процессов ведения формуляра на компьютерный тренажер при его обслуживании и для выработки предложений по его дальнейшему использованию на основе анализа собранных данных эксплуатации. Электронный формуляр является аналогом стандартного формуляра. Предлагается общая структура электронного формуляра компьютерного тренажера, в БД которого будет храниться информация трех типов: постоянные данные, эксплуатационные данные и справочная информация. Предложен алгоритм работы электронного формуляра. Для сокращения ручных операций по сбору и обработке информации о состоянии тренажера и исключения влияния человеческого фактора на качество ведения технической документации в состав электронного формуляра включен модуль автоматического сбора и обработки данных. Этот модуль представляет собой систему клиент–сервер, устанавливаемую на все автоматизированные рабочие места компьютерного тренажера и позволяющую автоматизировать процессы контроля и анализа технического состояния компьютерного тренажера. Впервые предложен алгоритм работы модуля автоматического сбора и обработки данных. Он включает в себя алгоритм работы клиента модуля, собирающего эксплуатационные данные, и сервера модуля, аккумулирующего и анализирующего полученные данные. Применение предлагаемого модуля автоматического сбора и обработки информации позволит получать рекомендации по дальнейшему использованию компьютерного тренажера на основе собранной информации. Сформирован обобщенный алгоритм работы электронного формуляра с модулем автоматического сбора и обработки данных. Предложенный алгоритм электронного формуляра дает возможность значительно снизить нагрузку на персонал, обслуживающий компьютерный тренажер, позволяя сконцентрировать внимание на подготовке тренажера к занятиям и их проведении.
Abstract: The paper proposes to use an electronic form for automating the main processes of form transaction for a computer simulator during its maintenance and developing proposals for its further use based on the collected operation data analysis.
An electronic form is an electronic equivalent of a standard form. The paper presents a general structure of an electronic form for a computer simulator. It is proposed to store three types of information in an electronic form database. They are: permanent data, operational data and reference information. The paper also describes an operation algorithm for the electronic form. In order to reduce manual operations for collecting and processing data on a simulator state and to eliminate the the human factor affecting the quality of technical documentation, it is proposed to include an automatic data collection and processing module into the electronic form. This module is a client-server system installed on all computer simulator workstations. It allows automating the process of monitoring and analyzing a computer simulator technical state.
For the first time, the paper proposes an algorithm of an automatic data collection and processing module. It includes the algorithm of a module client collecting operational data and module servers accumulating and analyzing the obtained data.
The application of the proposed module for automatic data collection and processing will allow receiving recommendations on further use of a computer simulator based on the collected information. There is also a generalized algorithm for an electronic form operating with an automatic data collection and processing module.
The proposed algorithm of the electronic form will significantly reduce the load on computer simulator staff, therefore, it will allow focusing on preparing a simulator for classes and conducting classes.
Ключевые слова: компьютерный тренажер, образовательный процесс, образовательное учреждение, автоматизация процессов эксплуатации, алгоритм, качество технического обслуживания, техническое обслуживание, электронный формуляр, специальное программное обеспечение, тренажерная подготовкаKeywords: computer simulator, educatioal process, educational institution, automation of operation processes, algorithm, maintenance quality, maintenance service, electronic form, special software, simulator training
Просмотров: 6216
17. Применение локальных трендов для предподготовки временных рядов в задачах прогнозирования [№4 за 2018 год]
Авторы: Пучков Е.В. (puchkoff@i-intellect.ru) - Академия строительства и архитектуры Донского государственного технического университета, ул. Социалистическая, 162, г. Ростов-на-Дону (доцент), кандидат технических наук; Белявский Г.И. (gbelyavski@sfedu.ru) - Институт математики, механики и компьютерных наук Южного федерального университета, ул. Мильчакова (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В статье основное внимание уделяется изучению локальных трендов, характеризующих промежуточные движения в нестационарных временных рядах. В первой части работы рассмотрены возможности методов выделения закономерностей в исторических тенденциях с помощью кусочно-линейной аппроксимации, кусочно-логарифмической аппроксимации и метода локальных главных компонент. Построение локальных трендов проводилось с помощью метода сегментации временного ряда «снизу вверх», который позволил выявить основные направления движения временного ряда. Определены критерии качества и алгоритм выделения локальных трендов с помощью перечисленных методов. Проведены эксперименты для каждого метода предобработки временного ряда. Предполагается, что последовательность исторических локальных трендов описывает долгосрочную взаимосвязь во временном ряду и может быть успешно использована для прогнозирования, например, на основе гибридных нейросетевых методов. Во второй части работы рассмотрено классическое применение преобразования Хафа для аппроксимации случайных точек на плоскости отрезками прямых. Показан недостаток этого метода по сравнению с динамическим преобразованием Хафа, который учитывает динамику выборки и может быть использован в онлайн-обучении. Рассмотрен алгоритм прогноза с одновременным вычислением локального тренда с помощью динамического преобразования Хафа. Алгоритм легко распространяется на остальные способы аппроксимации данных, описанные в первой части работы. Проведены вычислительные эксперименты на реальных данных с помощью предложенного метода и получены прогнозы. Эксперименты показали возможность предлагаемого метода определять тенденции во временном ряду. Для всех экспериментов использованы данные c электрокардиограммы со сложной периодичностью и цены закрытий акций Газпрома.
Abstract: The paper focuses on the studying local trends that describe intermediate movements in non-stationary time series.
The first part of the article considers the possibilities of methods of identifying patterns in historical trends using piecewise linear approximation, piecewise logarithmic approximation and the method of local principal components. Local trends have been created using the segmentation method of the bottom-up time series, which allowed identifying the main directions of time series movement. The paper determines the quality criteria and the algorithm for identifying local trends using the proposed methods. There have been some experiments for each time series preprocessing method. It is assumed that the sequence of historical local trends describes the long-term relationship in a time series and might be successfully used for forecasting, for example, based on hybrid neural network methods.
The second part of the paper considers the classical application of the Hough transformation for random points approximation on a plane by line segments. There is a disadvantage of this method comparing with the dynamic Hough transformation that takes into account the sample dynamics and can be used in online learning. The authors consider the forecasting algorithm with simultaneous calculation of a local trend using the dynamic Hough transformation. The algorithm is easily extended to other methods of data ap-proximation, which have been considered in the first part of the paper.
Computational experiments included real data and used the proposed method. They provided forecasts. The experiments showed that the proposed method helps determining time series trends. The complex periodicity electrocardiogram data and closing prices of Gazprom shares were used for all experiments.
Ключевые слова: прогнозирование, временной ряд, преобразование хафа, главные компоненты, аппроксимация, локальный трендKeywords: forecasting, time series, hough transformation, principal components, approximation, local trend
Просмотров: 6401
18. Применение алгоритмов нечеткой логики в системе управления диаграммообразующим устройством гибридной зеркальной антенны [№4 за 2018 год]
Авторы: Белоусов О.А. (dyakin@mail.ru ) - Тамбовский государственный технический университет (доцент), кандидат технических наук; Рязанов Е.В. (711jorik@gmail.com) - Тамбовский государственный технический университет (магистрант); Колмыкова А.С. (anastasiya25tmb@gmail.com) - Тамбовский государственный технический университет (аспирант); Дякин А.И. (dyakin@mail.ru) - Тамбовский государственный технический университет (студент);
Аннотация: В статье рассматривается применение нечеткого алгоритма управления в диаграммообразующем устройстве на примере высокоэффективных антенных систем, к которым можно отнести комплексы на основе гибридных зеркальных антенн, позволяющие формировать узкие или многолучевые диаграммы направленности и обладающие высоким коэффициентом усиления. Гибридная зеркальная антенна представляет собой антенную систему, состоящую из многоэлементной облучающей решетки и зеркала, которое обычно выполняют в виде параболоида вращения. Облучающая решетка антенны состоит из набора активных облучателей определенной конструкции. Сама антенна имеет небольшую массу, простую конструкцию и низкую стоимость. Обоснованы возможности использования алгоритма нечеткой логики, который в зависимости от сложившейся ситуации на начальном этапе определяет рабочий сектор и значения амплитуды и фазы каждого излучателя антенной решетки в составе гибридной зеркальной антенны. Впоследствии этот алгоритм формирует управляющее воздействие в виде амплитуды и фазы, то есть амплитудно-фазового распределения, и подает эти значения на приемопередатчик, где происходит соответствующий сдвиг по фазе и формируется амплитуда на одном из излучателей. Таким образом, формируется главный лепесток в пределах рабочего сектора, соответственно сориентированного на ту или иную орбитальную позицию. Также приведены структурные схемы регулятора и системы управления, продукционные правила, описаны входные и выходные лингвистические переменные, приведены результаты работы данного алгоритма применительно к объекту управления. В результате применение данного алгоритма в системе управления диаграммообразующим устройством позволит расширить зону покрытия спутникового ретранслятора, адаптировать процесс настройки земной станции спутникового приема, повысить пропускную способность канала связи, улучшить качество сигнала и помехозащищенность при различных условиях функционирования данных спутниковых терминалов.
Abstract: The paper considers the questions of applying a fuzzy control algorithm in a beamformer. The example is high-efficiency antenna systems, which might include hybrid reflector antenna complexes that allow forming narrow or multi-beam radiation patterns possessing a high gain factor.
A hybrid reflector antenna is an antenna system that consists of a multi-element irradiating grid and a mirror, which is usually performed in the form of a paraboloid of revolution. The irradiating array of the antenna consists of a set of active irradiators of a certain design. The antenna itself has a small mass and cost, as well as simple design.
The paper justifies the feasibility of using fuzzy logic algorithms, which determines the working sector and the amplitude and phase value of each antenna array radiator in a hybrid mirror antenna depending on the situation at the initial stage. Later, this algorithm generates control actions in the form of an amplitude and phase (amplitude-phase distribution) and delivers these values to the transceiver where an appropriate phase shift occurs and an amplitude is formed on one of the radiators. Thus, within the working sector the main lobe is formed respectively oriented to this or that orbital position.
The paper also shows the structural diagram of a controller and a control system, product rules, describes the input and output linguistic variables, gives the results of this algorithm in relation to a control object.
As a result, the application of this algorithm in a beamformer control system will allow expanding the coverage area of a satellite transponder, adapting the tuning process of a satellite receiving earth station, increasing communication channel capacity, improving signal quality and jamming resistance under various conditions of satellite data operation.
Ключевые слова: гибридная зеркальная антенна, диаграмма направленности, нечеткая логика, нечеткий регулятор, система управленияKeywords: hybrid reflector antenna, directivity diagram, fuzzy logic, fuzzy controller, a control system
Просмотров: 7631
19. Сравнительный анализ реализаций спин-блокировок [№4 за 2018 год]
Авторы: Тараканов Д.С. (nl40.000@gmail.com) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (аспирант); Косяков М.С. (mkosyakov@gmail.com, mkosyakov@tbricks.com) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, «Тбрикс АБ» (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Работа посвящена проблеме производительности многопоточных приложений, использующих спин-блокировки для синхронизации доступа к критической секции. Дано развернутое описание этого механизма с указанием потенциально узких мест. Проведен анализ существующих реализаций спин-блокировок, таких как POSIX-блокировка, билетная спин-блокировка и MCS-блокировка, с детальным разъяснением их внутреннего устройства. Для оценки эффективности введены две характеристики: оперативность приложения (время в процессорных циклах) и выполнение условия справедливости (определяется количественно). Для сравнения этих реализаций при использовании многоядерного процессора с общей кэш-памятью последнего уровня подготовлены и оптимизированы описанные спин-блокировки. Также разработано тестовое приложение, позволяющее варьировать количество потоков и полезную нагрузку в критической секции и вне ее. По результатам выполнения тестов построены графики и таблицы для значений введенных характеристик. На основе полученных данных выявлены характерные проблемы (недостаточная масштабируемость, невыполнение условия справедливости) для POSIX-блокировки и билетной спин-блокировки, негативно влияющие на производительность приложений, использующих эти примитивы синхронизации. Проведен подробный анализ причин возникновения данных проблем, который показал, что использование POSIX-блокировки и билетной спин-блокировки обусловливает необходимость постоянной синхронизации кэш-памяти. Дополнительно показано, что POSIX-блокировка не является справедливой, а MCS-блокировка потенциально может быть неэффективной при малом количестве потоков. Полученные результаты могут как использоваться для дальнейших исследований в области примитивов синхронизации, связанных с другими реализациями MCS-механизма или неблокирующими алгоритмами, так и учитываться при выборе спин-блокировки для применения ее в реальном приложении.
Abstract: The paper considers the problem of performance of multithreaded applications using spinlocks to synchronize access to a critical section. There is a detailed description of this mechanism, indicating potential bottlenecks. There is also an analysis of the existing spinlock implementations (such as POSIX spinlock, ticket spinlock and MCS spinlock) with a de-tailed explanation of their internal structure.
In order to evaluate the effectiveness, the authors introduce two characteristics as follows: application agility (time in processor cycles) and the fulfillment of a fairness condition (quantified). The described spinlocks have been prepared and optimized to compare these implementations of spinlocks using a multi-core processor with shared last level cache. In addition, a test application is developed that allows varying the number of threads and the payload in the critical section and outside. The paper contains diagrams and graphs for the values of the introduced charachteristics.
Based on the data obtained, characteristic problems (insufficient scalability, non-fulfillment of the fairness condition) for POSIX-spinlock and ticket spinlock are revealed, which negatively affect the performance of applications using these synchronization primitives. An analysis of the causes of these problems shows that the use of POSIX-spinlock and ticket spinlock leads to the need for permanent cache synchronization. Additionally, it is shown that POSIX-spinlock is not fair, and MCS-spinlock might potentially be inefficient with a small number of threads.
The obtained results might be used both for further research of synchronization primitives associated with other implementations of the MCS-mechanism or non-blocking algorithms and be considered when choosing a spinlock to use in a real application.
Ключевые слова: многопоточность, многоядерные процессоры, примитивы синхронизации, спин-блокировкаKeywords: multithreading, multicore processors, synchronization primitives, spinlock
Просмотров: 4862
20. Структуризация и качественное рассмотрение звукового потока в системе синтеза и анализа речи [№4 за 2018 год]
Авторы: Балакирев Н.Е. (balakirev1949@yandex.ru) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (профессор), кандидат технических наук; Нгуен Х.З. (nguyenhoangzuy@gmail.com) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (аспирант); Малков М.А. (maksi-malkov@yandex.ru) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (инженер-программист), кандидат технических наук; Фадеев М.М. (_mix@bk.ru) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (студент);
Аннотация: Множество подходов к распознаванию речи не исключает и новых взглядов на процесс и реализацию распознавания. В данной работе рассматривается именно этот взгляд на проблему. Освещается идея нового подхода, хотя на его основе уже получено множество практических результатов. Собственно практические результаты обусловили пересмотр основных концепций структуризации звукового потока сигналов и дальнейшее переосмысление инструментария, в основе которого лежит традиционная осциллограмма. Важнейшим модельным представлением стало введение структурной матрицы. Обоснованность такого введения продемонстрирована на примере обработки отдельно взятой фонемы. Структурные матрицы позволяют определить прежде всего информационное содержание звукового потока на разных уровнях и с разными целями распознавания: распознавание фонемы, голоса конкретного человека, тональности речи и даже тональности фонем Юго-Восточной Азии. Структурные матрицы – особый вид модельного представления, по существу они показывают качественную картину входного потока сигналов. Систематизация потока через структуру позволяет легче определять содержание составляющих элементов, прежде всего речи. Что касается визуального представления потока сигналов, то существенным шагом стала возможность масштабирования в любых пределах с использованием графического процессора для такой реализации. Работа инструментария заключается в анализе и синтезе содержания речи. Отсюда и два направления обработки: формирование моделей структур из оцифрованного сигнала и обратное преобразование таких структур в звуковой поток. Наличие представленного инструментария существенно ускорило процесс исследования информационного содержания волн, позволило расширять набор необходимых функций для обеспечения экспериментов через механизм подключения DLL и виртуальных кнопок. Инструмент может применяться для любых видов сигналов, связанных с колебаниями.
Abstract: Many approaches to speech recognition do not exclude new views on the recognition process and implementation. The paper focuses on presenting the idea of a new approach, although many practical results have already been obtained on its basis. It is practical results that led to a revision of the basic concepts of structuring a signal sound flow and further rethinking of the toolkit, which is based on a traditional oscillograph.
The most important part of a new model is a structural matrix. Such introduction is justified on the example of processing one phoneme. Structural matrices make it possible to obtain the information content of a sound stream at different levels and with different recognition purposes: recognizing a phoneme, the voice of a particular person and speech tonality, including the tonality of the Southeast Asia phonemes.
As for the toolkit, an important step in visual representation, which remained unchanged externally, was the possibility of unlimited scaling and using GPU for such implementation. However, the main innovation is that the source material are the structures representing a special kind of model representation and demonstrating the asserted idea and the notion of a qualitative representation of an input signal flow. Systematization of the flow through the structure optimized the process of opening the content of constituent elements (primarily speech). However, it complicated processing to obtain the required material.
The toolkit involves both sides of work on the content of speech: analysis and synthesis. Hence, there are two processing directions: formation of structure models from a digitized signal and inverse transformation of such structures into an audio stream.
Ключевые слова: распознавание, техническое распознавание речи, качественная мера, примитив, структурная матрица, функциональная матрица, потенциальная матрица, фонемный квантKeywords: identification, technical speech recognition, qualitative measure, primitive, structural matrix, functional matrix, potential matrix, phonemic quantum
Просмотров: 5632
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►
