Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№2
Ожидается:
16 Июня 2024
Статьи журнала №4 2020
11. Экспериментальный анализ точности и производительности разновидностей архитектур YOLO для задач компьютерного зрения [№4 за 2020 год]Автор: Боков П.А. (deathhodd@gmail.com) - Волгоградский государственный технический университет (студент); Кравченя П.Д. (kpd_@mail.ru ) - Волгоградский государственный технический университет (старший преподаватель);
Аннотация: В повседневную жизнь все активнее внедряются беспилотные автомобили. Для достижения полноценной автономности при поездке они используют системы компьютерного зрения, отвечающие за анализ состояния светофоров, знаков и других объектов, которые могут появляться на дороге. На сегодняшний день стандартом в этой области является архитектура YOLOv1, однако она уже устарела. В связи с этим идет разработка системы компьютерного зрения для беспилотного автомобиля на базе современных технологий. Существует проблема выбора архитектуры компьютерного зрения, которая будет отвечать за анализ дорожного трафика. В первую очередь, она должна быть быстрой и точной, так как дорожный трафик меняется очень интенсивно, а точность определения напрямую влияет на степень задействованности пассажира-водителя в процессе, чтобы избежать аварийных ситуаций. Помимо этого, архитектура должна занимать как можно меньше вычислительных мощностей и не потреблять большое количество энергоресурсов. Для исследования данных проблем было принято решение о проведении эксперимента, который позволил бы выявить слабые и сильные стороны раз-личных YOLO-архитектур. К тому же данные, предоставляемые исследователями, сильно разнятся из-за использования разного оборудования, на котором осуществляются обучение и тестирование сетей, что не дает возможности использовать их для объективной оценки. В статье анализируются различные разновидности архитектуры YOLOv3 и ее версии для маломощных вычислительных систем YOLOv3-tiny, описываются их преимущества и недостатки при использовании в системах компьютерного зрения. Эксперименты выполняются на едином оборудовании для всех анализируемых вариантов архитектур. Проводится экспериментальное исследование точности и производительности различных вариантов архитектур YOLO. Для обучения и тестирования используется датасет VOC2012. В результате исследования определяются сильные и слабые стороны рассматриваемых архитектур и анализируются варианты дальнейшего развития технологии с учетом роста мощностей вычислительных систем и появления новых технологических решений.
Abstract: Unmanned vehicles are increasingly being introduced into everyday life. To achieve full autonomy when traveling, unmanned vehicles use computer vision systems, which are responsible for analyzing the status of traffic lights, signs, and other objects that can appear on the road. Today, the standard in this area is YOLOv1 architecture, however, it is already obsolete. In this regard, a computer vision sys-tem for an unmanned vehicle based on modern technologies is being developed.
There is the problem of choosing a computer vision architecture that will be responsible for analyz-ing traffic. First of all, it must be fast and accurate, because road traffic changes very quickly, and the accuracy of determination directly affects the degree of involvement of passenger-drivers in the pro-cess in order to avoid emergency situations. In addition, the architecture should occupy as little compu-ting power as possible, and not waste a large number of energy resources. To investigate these issues, it was decided to carry out an experiment that would reveal the advantages and disadvantages of various YOLO architectures. Also, the data provided by different researchers is very different due to using dif-ferent equipment while training and testing of networks. This makes it impossible for data to be com-pared objectively.
The paper analyzes various types of YOLOv3 architecture and its versions for low-power compu-ting systems YOLOv3-tiny, describes their advantages and disadvantages for computer vision systems. The experiments are carried out on single hardware for all analyzed architectures. Experimental re-search on the accuracy and performance of various YOLO architectures is being done. The VOC2012 dataset is used for training and testing. As a result of the research, the strengths and weaknesses of the architectures under consideration are determined and options for the further development of the tech-nology are analyzed, taking into account the growth in the power of computing systems and the emer-gence of new technological solutions.
Ключевые слова: компьютерное зрение, разработка программного обеспечения, беспилотные автомобили, нейронная сеть, yolov3Keywords: computer vision, software development, unmanned vehicles, neural network, yolov3
Просмотров: 3621
12. Моделирование процесса теплопроводности с использованием систем клеточных автоматов [№4 за 2020 год]
Авторы: Бобков С.П. (bsp@isuct.ru) - Ивановский государственный химико-технологический университет (профессор), доктор технических наук; Галиаскаров Э.Г. (bsp@isuct.ru) - Ивановский государственный химико-технологический университет, кандидат химических наук;
Аннотация: Статья посвящена вопросам использования дискретных динамических моделей в качестве альтернативы классическим методам исследования тепловых процессов химической технологии. Адекватное описание явлений при передаче тепла является чрезвычайно важной задачей как в теоретическом плане, так и с позиций практического использования тепловых процессов. Кроме того, современные методы обучения требуют внедрения электронных учебников, виртуальных лабораторных практикумов, моделирующих программ, которые также нуждаются в корректном описании исследуемых явлений. Классический подход к моделированию передачи тепла в сплошной среде предполагает использование уравнений теплопроводности, в которых теплофизические характеристики материалов обычно являются константами. Учет влияния температуры на характеристики материалов приводит к необходимости исследовать нелинейные уравнения, что вызывает значительные вы-числительные сложности. В связи с этим целесообразно использовать принципиально иные под-ходы к моделированию теплопроводности, одним из которых являются модели на основе систем клеточных автоматов. В работе использованы дискретные динамические модели в виде систем детерминированных клеточных автоматов. При этом сплошная среда рассматривается как совокупность взаимодействующих элементов, поведение которых полностью описывается локальными функциями. Описаны основные подходы и общая методология разработки дискретных моделей. Рассмотрены примеры использования систем клеточных автоматов для моделирования нелинейных процессов теплообмена с учетом неоднородности материала и наличия в нем объемных источников переменной мощности. Полученные данные дискретного моделирования хорошо согласуются с результатами использования классического подхода и не противоречат общепринятым взглядам, принятым в теории тепловых явлений. В работе показаны особенности дискретного подхода в сравнении с применением уравнений в частных производных с нелинейными коэффициентами, указаны достоинства и недостатки.
Abstract: The paper concentrates on the use of discrete dynamic models as an alternative to the classical meth-ods of studying thermal processes in chemical technology.
An adequate description of heat transfer phenomena is a hugely important problem, both in theoret-ical terms and from the standpoint of the practical use of thermal processes. In addition, modern teach-ing methods require the introduction of electronic textbooks, virtual laboratory workshops, simulation programs, which also need a correct description of the phenomena under study.
The classical approach to modeling heat transfer in a continuous medium involves the use of heat conduction equations, in which the thermophysical characteristics of materials are usually constants. Taking into account the effect of temperature on the characteristics of materials leads to the need to study nonlinear equations, which causes significant computational difficulties. In this regard, it be-comes expedient to use fundamentally different approaches to modeling thermal conductivity, one of which is models based on systems of cellular automata.
Discrete dynamic models in the form of deterministic cellular automata systems are used. In this case, a continuous medium is considered as a set of interacting elements whose behavior is completely described by local functions. The paper describes the main approaches and general methodology for the development of discrete models.
The examples of cellular automata systems use for simulation of nonlinear heat transfer processes are considered, taking into account the heterogeneity of the material and the presence in the material of volumetric sources of variable power in it.
The obtained data of discrete simulation are in good agreement with the results of using the classi-cal approach and do not contradict the generally accepted views adopted in the theory of thermal phe-nomena. The paper shows the features of the discrete approach in comparison with the use of partial differential equations with nonlinear coefficients, shows the advantages and disadvantages.
Ключевые слова: объемные источники тепла, нелинейные задачи теплопроводности, теплопередача, клеточные автоматы, дискретное моделированиеKeywords: volumetric heat sources, nonlinear heat conduction problems, heat transfer, cellular automata, discrete simulation
Просмотров: 3360
13. Метод функционирования системы бортовых РЛС при обеспечении скрытности их работы на излучение [№4 за 2020 год]
Авторы: Богданов А.В. (denjuga68@yandex.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (профессор), доктор технических наук; Закомолдин Д.В. (denjuga68@yandex.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (докторант), кандидат технических наук; Акимов С.И. (denjuga68@yandex.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (адъюнкт );
Аннотация: Живучесть летательного аппарата военного назначения в существенной степени зависит от живучести его бортовой РЛС, основными направлениями повышения которой являются, во-первых, применение многопозиционного принципа построения бортовых РЛС, во-вторых, повышение скрытности ее работы на излучение. В статье поставлена и решена задача разработки метода, объединяющего данные направления повышения живучести. Применение многопозиционного принципа реализовано за счет объединения всех бортовых РЛС в единую систему, управляемую бортовой РЛС самолета-лидера, определяемого заранее и выполняющего функцию пункта обработки радиолокационной информации, поступающей с бортовых РЛС всех самолетов группы, и выдачи информации на все самолеты группы о требуемых параметрах работы их бортовых РЛС. Обеспечение скрытности работы си-стемы бортовых РЛС на излучение при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки, реализовано посредством приема на каждой бортовой РЛС системы информации с самолета-лидера о требуемых параметрах работы их бортовых РЛС, а именно значений средней мощности излучения передатчика, времени когерентного накопления в приемнике и времени облучения воздушной цели и формирования текущих значений данных управляемых параметров работы бортовой РЛС таким образом, чтобы разность между требуемыми и текущими значениями параметров работы бортовых РЛС была равна нулю. Проводимые на борту самолета-лидера вычисления, приведенные в статье, выдача результатов вычислений на каждую бортовую РЛС системы, а также управление параметрами работы каждой бортовой РЛС системы позволяют контролировать отношение сигнал/шум, формируемое на входе приемников всех станций радиотехнической разведки противника, и тем самым обеспечить скрытность работы системы бортовых РЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки.
Abstract: The survivability of a military aircraft depends to a significant extent on the survivability of its on-Board radar station, the main areas of improvement of which are, first, the application of the multi-position principle of building on-Board radars, and secondly, increasing the stealth of its work on radi-ation.
This paper sets and solves the problem of developing a method that combines these areas of in-creasing survivability. The application of the multi-position principle is implemented by combining all on-Board radars into a single system controlled by the on-Board radar of the leader aircraft, which is determined in advance and serves as a point for processing radar information received from the on-Board radars of all the group's aircraft and issuing information to all the group's aircraft about the re-quired parameters of their on-Board radars. Secrecy operation of the system of airborne radar at the ra-diation detection group of enemy aircraft, equipped with electronic intelligence stations, implemented by means of reception on each side of the radar system information from the aircraft-leader about the required parameters, their on-Board radars, namely the values of the average radiation power of the transmitter, the time of coherent accumulation in the receiver and the time of irradiation of air targets and the formation of current data values of managed parameters of the onboard radar so that the differ-ence between the required and current values of the onboard radar parameters is zero.
Held on Board the aircraft-leader calculations given in this paper, the results of these calculations for each on-Board radar systems as well as manage settings of each onboard radar systems allow you to control the signal-noise generated at the input of the receivers of all stations of electronic intelligence of the enemy, and thereby to ensure the secrecy of the operation of the onboard radar system for radia-tion with a given probability upon detection of a group of enemy aircraft equipped with radio engineer-ing reconnaissance.
Ключевые слова: импульсно-доплеровская бортовая рлс, истребитель, станция радиотехнической разведки, скрытность работы, управление параметрами, мощность излучения, время когерентного накопления, многопозиционные рлс, системаKeywords: pulse-doppler airborne radar, fighter, radio intelligent station, stealth operation, parameter control, radiation power, coherent accumulation time, multi-position radar, system
Просмотров: 3320
14. Метод синтеза адаптивной радиотехнической следящей системы [№4 за 2020 год]
Авторы: Буцев С.В. (butsev57@bk.ru) - Научно-исследовательский центр ЦНИИ ВКС (ведущий научный сотрудник), доктор технических наук;
Аннотация: Радиотехнические следящие системы различного целевого назначения функционируют при наличии одновременно неопределенностей как параметров отслеживаемого процесса, так и обобщенного возмущения. Автором статьи разработан метод синтеза алгоритмов функционирования адаптивной радио-технической следящей системы, состоящей из адаптивного фильтра и адаптивной системы управления. Синтез адаптивного фильтра, отслеживающего входной сигнал, включает разработку скользящего алгоритма адаптации на основе непосредственной оценки параметров фильтра, в частности, весовых коэффициентов усиления, формируемых блоком адаптации и используемых в основном фильтре следящей системы. В статье предлагается использовать двухуровневую структуру, включающую два этапа синтеза: основного контура управления (оптимального регулятора) и контура адаптации (адаптивного регулятора). Оптимальный регулятор синтезируется на основе принципов теории оптимального управления стохастическими процессами при условии, что параметры объекта управления радио-технической следящей системы постоянны и известны, а внешние возмущения не меняются (либо отсутствуют). Синтез адаптивного регулятора проводится для случая одновременного наличия неопределенности параметров объекта управления радиотехнической следящей системы и внеш-них возмущений, действующих на него (модель возмущений объекта управления радиотехнической следящей системы), на основе рекуррентной модификации метода идентификации по наименьшим квадратам. Предложенный подход позволил формализовать задачу функционирования адаптивной радио-технической следящей системы в условиях неопределенности параметров обобщенного возмущения. Получены новые соотношения для оценок коэффициентов усиления адаптивного фильтра и матрицы передачи адаптивного регулятора. Разработанная система обеспечивает эффективное функционирование в рамках формализованного описания качества на основе квадратичного функционала, характеризующего точность работы системы и затраты на ее управление. В статье приводятся некоторые результаты оценки эффективности функционирования синтезированной адаптивной радиотехнической следящей системы.
Abstract: Radio technical monitoring systems for various mission objectives operate in the presence of both un-certainties in the parameters of the monitored process and the uncertainty of a generalized disturbance.
The author of the paper has developed a method for synthesizing algorithms for the functioning of an adaptive radio technical monitoring system, consisting of an adaptive filter and an adaptive control system.
The synthesis of an adaptive filter for a monitoring input signal includes the development of a slid-ing adaptation algorithm based on a direct estimate of the filter parameters, in particular, the gain weights generated by the adaptation unit and used in the main filter of the monitoring system.
The paper proposes to use a two-level structure, which includes two stages of synthesis: the main control loop (optimal controller) and the adaptation loop (adaptive controller). The optimal controller is synthesized on the basis of the principles of the theory of optimal control of stochastic processes, provided that the parameters of the control object of the radio engineering tracking system are constant and known, and external disturbances do not change (or are absent). The synthesis of the adaptive con-troller is carried out for the case of the simultaneous presence of the uncertainty of the parameters of the control object of the radio technical monitoring system and external disturbances acting on it (model of disturbances of the control object of the radio technical monitoring system), based on the re-current modification of the least-squares identification method.
The proposed approach makes it possible to formalize the problem of the functioning of an adaptive radio technical monitoring system under conditions of uncertainty of generalized disturbance parame-ters. New relationships are obtained for the evaluation of gains of an adaptive filter and an adaptive regulator transmission matrix.
The adaptive radio technical monitoring system developed on the basis of the proposed method en-sures efficient functioning within the formalized quality description on the basis of the indicator de-termined by the quadratic function which characterizes the accuracy of the system operation and its control costs.
The paper provides some efficiency evaluation results of the synthesized adaptive radio tracking system functioning.
Ключевые слова: радиотехническая следящая система, объект управления, обобщенное возмущение, управляющее устройство, адаптивный фильтр, адаптивная система управления, адаптивный регулятор, алгоритмы функционированияKeywords: radio technical monitoring system, control object, generalized disturbance, control device, adaptive filter, adaptive control system, adaptive regulator, operation algorithms
Просмотров: 2322
15. Разработка вычислительной среды моделирования режимов газотранспортных систем на основе данных телеизмерений [№4 за 2020 год]
Автор: Голубятников Е.А. (golubyatnikov.e@gubkin.ru ) - Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) им. И.М. Губкина (старший преподаватель);
Аннотация: В статье рассматриваются проблемы эксплуатации программных комплексов моделирования режимов трубопроводных систем на основе данных телеизмерений при оперативном диспетчерском управлении. Проведен анализ предметной области, а также особенностей программной реализации систем моделирования по телеизмерениям, в результате которого сформулированы требования к таким системам. Основные из них – модульность, расширяемость и гибкость механизмов интеграции с информационными системами предприятий и расчетными модулями, организация многозвенного и автономного вычислительных процессов, поддержка распределенного взаи-модействия компонентов. Отмечается, что эксплуатируемые на предприятиях газотранспортной и нефтетранспортной отраслей программные продукты моделирования режимов на сегодняшний день в полной мере не отвечают сформулированным требованиям, поэтому автор предлагает раз-работать специализированную распределенную вычислительную среду моделирования на основе телеизмерений. В качестве основы для создания архитектуры вычислительной среды выбран микросервисный подход, согласно которому проектируемая система разбивается на небольшие, ограниченные контекстом функциональные блоки. В работе предложен способ декомпозиции задач, решаемых вычислительной средой, на сервисы, описаны роли и функции каждого из сервисов и определены методы их взаимодействия. Разработанные архитектурные решения были апробированы при диспетчерском управлении реальной газотранспортной системой. В статье описывается реализация разработанной архитектуры, интегрированной со SCADA-системами предприятия для обмена данными телеизмерений и результатами моделирования, а также с программно-вычислительным комплексом «Веста» для решения задач гидравлического моделирования. Созданный программный продукт ежедневно используется диспетчерским персоналом и позволяет решать актуальные задачи оперативного управления: моделирование режима реального времени, прогнозирование хода технологического процесса, расчет аналитических показателей функционирования системы.
Abstract: The paper discusses the problems of software systems for modeling the regimes of pipeline systems based on telemetry data for dispatch control. The author analyzes the subject area, as well as the fea-tures of the modeling software implementation. As a result, the requirements for such systems are for-mulated. The main requirements are modularity; extensibility and flexibility of integration mechanisms with enterprise information systems and calculation modules; organization of complex and autono-mous computing process; support for distributed component interactions. It is noted that the regime-modeling software operated in the gas oil and gas transportation industry today do not fully meet the stated requirements. Therefore, the paper proposes to develop a specialized distributed computing sim-ulation environment based on telemetry.
The paper presents architectural solutions for the computing environment.
A microservice approach was chosen as the basis for creating the architecture. According to the ap-proach, the designed system is divided into small, context-sensitive functional blocks. The author pro-poses the way to decompose the developing system into services, describes the roles and functions of each service and methods for service integration.
The developed architectural solutions were tested during dispatch control of a real gas transporta-tion system. The paper presents the implementation of the developed architecture. It is integrated with the SCADA-systems of the enterprise for the exchange of telemetry data and simulation results, as well as the Vesta software for solving hydraulic modeling problems. The created software product is used by dispatching personnel on a daily basis and allows solving urgent problems of operational manage-ment: real-time modeling, forecasting the process, calculation of analytical indicators of the system’s functioning.
Ключевые слова: газотранспортные системы, диспетчерское управление, вычислительная среда, программно-вычислительный комплекс, микросервисная архитектура, онлайн-моделированиеKeywords: gas transportation systems, dispatch control, computational environment, integrated hardware and software system, microservice software architecture, on-line modeling
Просмотров: 3302
16. Программное обеспечение подсистемы контроля качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов [№4 за 2020 год]
Автор: Гришин Е.С. (negrshn@mail.ru) - Балтийский федеральный университет им. И. Канта (аспирант);
Аннотация: В данной работе решается задача сокращения выпуска производством по изготовлению сварных труб из нержавеющих марок сталей продукции ненадлежащего качества путем создания ПО, функционирующего в составе АСУТП предприятия и обеспечивающего контроль качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов. Описывается алгоритм непрерывного контроля качества продукции, результатом которого является вывод о качестве выпускаемой продукции. На его основе разработана подсистема непрерывного контроля качества, опирающаяся на БД материалов и технологические карты выпускаемой продукции. Данная подсистема разрабатывалась в рамках создания и внедрения комплексной АСУТП и подсистемы непрерывной диагностики и контроля состояния оборудования с использованием интеллектуальных алгоритмов на основе машинного обучения. Для реализации интеллектуальных алгоритмов машинного обучения был применен кросс-платформенный фреймворк-построитель моделей с открытым исходным кодом ML.NET, который позволяет получить модель на основе входных данных и упрощает интеграцию модели в готовое .NET приложение. При необходимости фреймворк позволяет дообучить или переобучить модель. Подсистема непрерывной диагностики и контроля состояния оборудования строится на продукционной модели представления знаний, которая, в свою очередь, основана на обработке правил диагностики. Правила диагностики разрабатываются для конкретного производства и единицы оборудования специалистом в данной предметной области. Результатом работы подсистемы контроля качества выпускаемой продукции являются контроль характеристик технологического оборудования, влияющих на качество выпускаемой продукции, контроль характеристик выпускаемой продукции на основании данных технологических карт производства, выдача предупреждений о тенденции к уходу наблюдаемых характеристик из диапазона допустимых значений и информации о зарождающихся дефектах выпускаемой продукции, связанных с данными характеристиками. Разработанное ПО подсистемы контроля качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов позволило сократить выпуск продукции ненадлежащего качества вследствие раннего выявления дефектов (износа) оборудования.
Abstract: This paper solves the problem of reducing the production of welded pipes from stainless steel grades of products of inadequate quality by creating software that functions as part of the plant's process control system and provides quality control of products using intelligent algorithms.
The author describes an algorithm for continuous control of product quality, the result of which is a conclusion about the quality of products. On its basis, a subsystem of continuous quality control was developed, which controls the quality of finished products, based on a database of materials and tech-nological maps of manufactured products.
This subsystem was developed as part of the creation and implementation of an integrated automat-ed process control system (APCS) and a subsystem for continuous diagnostics and equipment condi-tion monitoring using intelligent algorithms based on machine learning. To implement intelligent ma-chine learning algorithms, the open-source ML.NET cross-platform modeling framework was used, which allows you to get a model based on input data and simplifies the integration of the model into a finished .NET application. If necessary, the framework allows you to train additionally or retrain the model. The subsystem of continuous diagnostics and monitoring of the state of equipment is based on the production model of knowledge representation, which in turn is based on the processing of diag-nostic rules. Diagnostic rules are developed for specific production and unit of equipment by a special-ist in this subject area.
The result of the work of the subsystem for quality control of manufactured products is the control of the characteristics of technological equipment that affect the quality of products, control of the characteristics of products based on the data of production flow charts, the issuance of warnings about the tendency for the observed characteristics to leave the range of permissible values and information about incipient defects in products, associated with these characteristics. As a result of the develop-ment of software for the subsystem of quality control of manufactured products using intelligent algo-rithms, the number of products of inadequate quality has been reduced due to the early detection of de-fects (wear) of equipment.
Ключевые слова: база знаний, продукционная модель, интерфейс, машинное обучение, ml.netKeywords: knowledge base, production model, interface, machine learning, ml.net
Просмотров: 3388
17. Разработка проблемно-ориентированной системы управления сопровождением сооружения геотехнологических скважин [№4 за 2020 год]
Автор: Молдаши Д.Н. (moldashi@gmail.com) - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (соискатель);
Аннотация: Проблемно-ориентированная система управления сопровождением сооружения геотехнологических скважин предназначена для удаленного мониторинга и диспетчерского управления буровыми работами. В создаваемой системе автоматизируются выполняемые технологическим персоналом и руководством экспедиции контрольные и управленческие виды деятельности, такие как контроль буровых процессов и бурового оборудования по данным измерительных приборов, ведение рабочих журналов, диспетчерское управление, анализ и мониторинг аварийных ситуаций. Основная идея создания проблемно-ориентированной системы управления заключается в автоматизации сбора и обработки информации о текущем состоянии объектов автоматизации, в контроле и управлении буровыми работами, а также мониторинге аварийных ситуаций. Предметная область проблемно-ориентированной системы управления может быть отнесена к объектам автоматизации с распределенной организационной структурой, тесными информационными взаимосвязями и дискретным характером обработки значительных объемов информации. Цель исследования – повышение эффективности работы буровых бригад геологоразведочных экспедиций на основе создания проблемно-ориентированной системы управления сопровождением сооружения геотехнологических скважин, позволяющей реализовать процедуры мониторинга параметров буровых работ на месторождении, ведения автоматизированного учета режимов работы бурового оборудования и визуализации различных показателей бурения. Новизна заключается в обеспечении возможности углубленного анализа производственных показателей деятельности буровых бригад в реальном режиме времени управлением параметрами бурения и визуализацией решаемых задач в условиях непрерывного характера технологических процессов и территориальной распределенности буровых установок. В проблемно-ориентированной системе управления сопровождением сооружения геотехнологических скважин реализована функция измерения и контроля параметров различных режимов бурения и состояния бурового оборудования в режиме реального времени, осуществлена возможность измерений широкого набора косвенных параметров бурения с последующим расчетом структурных взаимосвязей, анализом и выводом соответствующей информации. ПО проблемно-ориентированной системы управления позволяет в реальном времени принимать, обрабатывать и визуализировать данные с датчиков, производить расчет параметров процесса бурения с использованием математических моделей и оповещать бурильщика об отклонениях технологических показателей.
Abstract: Characteristic a research object. Geotechnological well support control problem-oriented system is in-tended for remote monitoring and drilling operations dispatching control. In the system being created, control and management activities, such as drilling processes control and drilling equipment according to measuring instruments, working logs maintenance, dispatching control, analysis, and emergency sit-uations monitoring, are automated, performed by technological personnel and expedition management. The main idea a problem-oriented control system creating is to automate the collection and automation of objects information on the current state processing, control, and drilling work control, as well as emergency situations monitoring. The subject area of the problem-oriented control system can be as-signed to automation objects with distributed organizational structure, close information relations, and information, considerable volumes processing discrete character.
The aim of the paper is to increase the geological exploration expeditions drilling team’s efficiency on the basis of the problem-oriented system creation for managing the geotechnological wells support, which allows implementing procedures for monitoring the drilling operations parameters at the field, maintaining automated accounting of the drilling equipment operation modes and visualizing various drilling indicators.
The novelty of the research is to provide the possibility of drilling team’s production performance in-depth analysis in real-time, drilling parameters control, and solved problems visualization in techno-logical processes continuous nature conditions and drilling rigs territorial distribution.
Results of the work. Geotechnological well support control problem-oriented system will allow im-plementing the measurement functions and different drilling modes parameters control and drilling equipment state in real-time. In the system, there is a possibility of drilling parameters indirect meas-urements with subsequent structural relationships calculation, analysis, and corresponding information output. Problem-oriented control system software allows in real-time to receive, process, and visualize data from sensors, to calculate drilling process parameters using mathematical models, and to notify the driller about technological parameters deviation.
Ключевые слова: проблемно-ориентированная система управления, иерархическая распределенная система, мониторинг буровых работ, автоматизация рабочих мест, анализ производственных показателейKeywords: problem-oriented management system, the hierarchical distributed system, drilling operations monitoring, jobs automation, operational performance analysis
Просмотров: 2889
18. Оптимизация расчета освещения интерьерных сцен для стохастической трассировки лучей [№4 за 2020 год]
Авторы: Ершов С.В. (voloboy@gin.keldysh.ru ) - Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (старший научный сотрудник), кандидат физико-математических наук; Валиев И.В. (voloboy@gin.keldysh.ru ) - Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (научный сотрудник); Волобой А.Г. (voloboy@gin.keldysh.ru ) - Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ведущий научный сотрудник), доктор физико-математических наук;
Аннотация: Компьютерное моделирование освещенности и построение реалистичных изображений повышают эффективность проектирования зданий. Наиболее распространенным методом, используемым для этого моделирования, является двунаправленная стохастическая трассировка лучей. В статье рассматривается улучшение трассировки лучей методом Монте-Карло, которое оптимизирует излучение лучей от источника естественного света для интерьерных сцен. Предложенные алгоритмы позволяют ускорить сходимость метода, то есть уменьшить шум, остающийся после заданного времени трассировки, и таким образом улучшить итоговое изображение виртуальной сцены. Эти алгоритмы эффективны для сцен внутри помещений, освещаемых снаружи через окна или другие отверстия. Лучи от источников света генерируются так, что они направлены в эти окна, заведомо отсекая лучи, не освещающие интерьер. Другими словами, количество лучей увеличивается для направлений, которые вносят вклад в изображение, формируемое камерой. Первый из предложенных алгоритмов требует дополнительных спецификаций пользователя для маркировки окон, прозрачных дверей или других отверстий, через которые свет может по-пасть во внутренние помещения. Второй алгоритм является полностью автоматическим. Он при-надлежит к широкому классу алгоритмов нахождения и использования оптимальной PDF (Probability density function) в стохастической трассировке лучей, дает меньшее ускорение трассировки, но не требует действий от пользователя, в частности, исключая ошибку, которая может привести к недооценке освещенности помещения. Приведено математическое обоснование корректности предлагаемых алгоритмов. На примерах показано, что предложенный подход позволяет в несколько раз быстрее рассчитать изображение с желаемым качеством.
Abstract: Lighting simulation and the creation of realistic images increases the efficiency of building design. The most common method used for this simulation is bidirectional Monte Carlo ray tracing.
The paper discusses the improvement of the Monte Carlo ray tracing which optimizes the emitting of rays from a natural light source for interior scenes. The proposed algorithms can accelerate the con-vergence of the method, i.e. reduce the noise remaining after a certain simulation time, and thus im-prove the final image of the virtual scene. These algorithms are effective for indoor scenes illuminated externally through windows or other openings. Rays from light sources are generated so that they are directed into these windows, deliberately cutting off the rays that do not illuminate the interior. In other words, the number of rays increases for directions that contribute to the image formed by the camera.
The first of the proposed algorithms require supplementary user specifications for marking win-dows, transparent doors, or other openings through which light can enter into interior rooms. The sec-ond algorithm is fully automatic. It belongs to a wide class of algorithms for finding and using the opti-mal PDF (Probability density function) in stochastic ray tracing. The second algorithm provides less acceleration for simulation but does not require action from the user, in particular, eliminating the po-tential error that can lead to underestimation of the room illumination.
The paper provides the mathematical justification of the correctness of the proposed algorithms. The examples show that the proposed approach allows calculating the image with the desired quality several times faster.
Ключевые слова: оптимальная функция pdf, метод монте-карло, трассировка лучей, моделирование освещенности, реалистичная графика, компьютерная графикаKeywords: optimal pdf, monte-carlo method, Kepler orbit, lighting simulation, realistic graphics, computer graphics
Просмотров: 2804
19. Метод автоматического трекинга стволовых клеток по данным магнитно-резонансной томографии [№4 за 2020 год]
Автор: Шустова М.В. (m.v.shustova@gmail.com) - Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН (аспирант);
Аннотация: Применение стволовых клеток для терапии тяжелых заболеваний – перспективное направление современных биомедицинских исследований. После трансплантации в места заболеваний стволовые клетки оказывают, предположительно, восстановительный эффект, в том числе уменьшая очаги ишемического поражения мозга после инсульта, но точный механизм воздействия до конца не исследован. Существует острая необходимость в разработке новых эффективных и без-опасных подходов к лечению больных путем трансплантации стволовых клеток. Успешное применение клеточной терапии возможно только после глубокого изучения взаимодействия клеток с локальным микроокружением (пути миграции в органы и ткани организма, их влияние на очаги поражения) и разработки алгоритмов эффективного использования стволовых клеток. Совмещение современных методов магнитно-резонансной томографии и методов научной визуализации делает возможным построение карт миграции и распространения стволовых клеток после трансплантации. Последнее является крайне важным для понимания механизмов действия стволовых клеток при ишемическом инсульте головного мозга для подготовки и планирования клинических испытаний. Для решения задачи трекинга стволовых клеток требуется наличие соответствующего инструментария. На сегодняшний день разработано большое количество программных средств обработки и анализа биомедицинских данных, однако их недостаточно для автоматического отслеживания путей миграции стволовых клеток и динамики изменения области ишемического поражения. Существует необходимость в разработке новых средств для решения этих задач. Настоящая работа посвящена автоматическому трекингу скоплений мезенхимальных стволовых клеток, трансплантированных в ишемизированный головной мозг лабораторных животных. Формализация решения сведена к транспортной задаче. Наиболее вероятное движение скоплений визуализируется с помощью средств когнитивной графики. Одновременно с трекингом стволовых клеток выполняется моделирование области ишемического поражения. Разработанный инструментарий обеспечивает проведение расчетов, связанных с унификацией представления головного мозга различных особей для последующего измерения поврежденных областей, а также выполнение глубокой обработки и когнитивной визуализации, связанной с научной подсветкой областей интереса исследователя. Результаты моделирования и измерений проанализированы на предмет влияния трансплантированных клеток на очаги ишемического инсульта головного мозга. Анализ с применением разработанного инструментария показал, что скопления стволовых клеток действительно мигрируют в область ишемического поражения, а объем очага ишемии со временем уменьшается.
Abstract: The use of stem cells for the treatment of serious diseases is a promising area of modern biomedical re-search. After transplantation to the places of the disease, the stem cells presumably have a restorative effect, including reducing the foci of ischemic brain damage after a stroke, but the exact mechanism of action remains unclear. There is an urgent need to develop new effective and safe approaches to treat-ing patients by stem cell transplantation. The successful use of cell therapy is possible only after a thorough study of the interaction of cells with the local microenvironment (migration paths to organs and tissues of the body, their effect on the lesion sites) and the development of algorithms for the ef-fective use of stem cells.
The combination of modern methods of magnetic resonance imaging and methods of scientific vis-ualization makes it possible to build maps of migration and distribution of stem cells after transplanta-tion. The latter is extremely important for understanding the mechanisms of stem cell action in ischem-ic stroke of the brain for the preparation and planning of clinical trials. To solve the problem of track-ing stem cells, the availability of appropriate tools is required. To date, there are a large number of software tools for processing and analyzing biomedical, but they are not enough to automatically track the pathways of stem cell migration and the dynamics of changes of ischemic stroke foci. There is a need to develop new tools to solve these problems.
This paper concentrates on the automatic tracking of mesenchymal stem cell’s clusters transplanted into the brain of laboratory animals affected by an ischemic stroke. The formalization of the solution is reduced to a transportation problem. The most probable movement of clusters is visualized using cog-nitive graphics. Simultaneously with stem cell tracking, a modeling of the area of the ischemic lesion is performed. The developed toolkit provides calculations related to the unification of the brain represen-tations of various individual animals with the aim of subsequent measurement of damaged areas; per-forming deep processing and cognitive visualization associated with the scientific highlighting of the areas of interest of the researcher.
The modeling and measurement results were analyzed for the effect of transplanted cells on the is-chemic stroke foci. The analysis using the developed tools showed that the stem cell’s clusters really migrate to the area of ischemic lesion, and the volume of the ischemic focus decreases with time.
Ключевые слова: хоуминг, мезенхимальные стволовые клетки, ишемический инсульт, трекинг, магнитно-резонансная томография, когнитивная графика, транспортная задача, обработка изображенийKeywords: homing, mesenchymal stem cells, ischemic stroke, tracking, magnetic resonance imaging, cognitive graphics, vehicle routing problem, image processing
Просмотров: 4091
20. Сравнительный анализ СУБД для туристической социальной сети [№4 за 2020 год]
Автор: Феоктистов Е.Ф. (freshstyler@mail.ru) - Волгоградский государственный технический университет (студент);
Аннотация: Цифровые технологии широко используются во всех сферах жизнедеятельности человека, в том числе и в туризме. Бронирование готового тура, номеров в отеле и авиаперелетов можно сделать, не выходя из дома. Просмотр мобильных приложений с ценами на отели, билеты и туры стал частью ежедневной жизни туриста – даже не собираясь пока в поездку, он часто открывает данные приложения. Этими обстоятельствами и обусловлена идея создания мобильного приложения для туриста. Ниша туристической социальной сети, где можно общаться, планировать поездки, устраивать культурно-сувенирный обмен, пустует. В связи с этим идет разработка туристической социальной сети с рекомендательной системой на основе достаточно простых анкетных данных пользователей: списки сувениров на обмен (что есть, что хотят), ближайшие и совершенные поездки, город проживания и национальность. Для решения данной задачи необходимо выбрать такую СУБД, которая, во-первых, должна быть масштабируемой в силу возможного большого притока пользователей разных стран, а во-вторых, отвечать современным требованиям, быть надежной и быстродействующей. В статье анализируются различные виды нереляционных СУБД на опыте их использования в других социальных сетях. Описаны преимущества и недостатки систем при последующем возможном применении в туристической социальной сети. Также произведено тестирование трех графовых СУБД: Virtuoso, Neo4j и Sesame с целью выявления наиболее надежной и быстрой для данной разработки. На основе полученных данных определена лучшая СУБД, прошедшая большую часть тестов с наилучшими показателями времени.
Abstract: Digital technologies are widely used in all spheres of human life, including tourism. In order to book a ready-made tour no longer need to go to a travel agency; Hotel reservations abroad and air travel can also be done without leaving home. Viewing mobile applications with prices for hotels, tickets, and tours has become part of the daily life of a tourist – even when he is not going on a trip, he often opens these applications. So there was a goal to create a mobile application for tourists for daily use. The niche of the tourist social network where tourists could communicate, plan their trips, arrange a cultur-al souvenir exchange, is empty.
In this regard, a tourist social network is being developed with a recommendation system based on fairly simple personal data of tourists: lists of souvenirs for exchange (what is what they want); upcom-ing and past trips; the city of residence, and nationality.
There is a problem with choosing the database management system necessary for this problem. Firstly, it should be scalable, in view of the possible large influx of users from different countries. Sec-ondly, it must meet modern requirements, be reliable and fast.
The paper analyzes various types of non-relational DBMS (database management systems), based on the experience of using them in other social networks. Their advantages and disadvantages are de-scribed for subsequent possible use in a tourist social network. Three graph DBMSs were also tested: Virtuoso, Neo4j, and Sesame to identify the most reliable and fastest DBMS for this development. As a result, on the basis of the data obtained, the best DBMS was revealed, which passed most of the tests with the best time results.
Ключевые слова: разработка по, туризм, субд, социальная сеть, бдKeywords: software development, tourism, DBMS, socialnetwork, database
Просмотров: 4232
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►
