Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2019 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам |

11. Реализация нечеткой модели взаимодействия объектов сложных технических систем на основе графов [№3 за 2019 год]
Автор: Мунтян Е.Р.
Просмотров: 5793
В статье дано описание процесса разработки нечеткой модели на основе графов, позволяющей исследовать совместные действия объектов сложных технических систем на примере части си-стемы охраны протяженного периметра. В качестве объектов такой системы используются стацинарные и подвижные объекты охраняемого периметра, необитаемые интеллектуальные взаимо-действующие мобильные роботизированные платформы, лицо, принимающее решение по их перемещению (в данном случае компьютер), потенциальные нарушители, проникающие на территорию охраняемого периметра. Для представления объектов сложных технических систем в модели используется понятие «актор» в соответствии с акторно-сетевой теорией Б. Латура. Проанализированы результаты моделирования системы охраны протяженного периметра на примере трех моделей, учитывающих различные виды связи в графе: модель 1 с однотипными связями, модель 2 с однотипными и разнотипными связями, модель 3 с однотипными, разнотипными ребрами и связями в виде векторов. Для моделирования и исследования совместных действий объектов сложных технических си-стем предложена нечеткая модель взаимодействия акторов, позволяющая учитывать совокупность различных видов связи между вершинами графа согласно специфике предметной области. Данные модели реализованы в разработанном автором программном модуле. Экспериментальные исследования показали преимущество предложенной в статье модели 3 (граф с учетом множественных связей).

12. Методика оценки эффективности вариантов построения системы энергосберегающего управления многомерным технологическим объектом [№3 за 2019 год]
Authors: D.Yu. Muromtsev, A.N. Gribkov, V.N. Shamkin, I.V. Tyurin
Просмотров: 5671
В статье представлена методика выбора наиболее оптимального варианта системы энергосберегающего управления сложным технологическим объектом, которую удобно использовать в зада-чах структурного синтеза. Проектирование системы управления представляет собой совокупность взаимосвязанных операций, направленных на достижение конкретного результата. Особенностями таких проектов являются наличие неопределенностей и рисков, большие затраты, многоэтапность и значительное время выполнения работ, командный состав исполнителей, невозможность гарантированного получения ожидаемого результата. На выбор методологии и стратегии управления проектом оказывают влияние вид объекта и цели выполнения проекта, характер неопределенностей и рисков, возможность использования информационных технологий и параллельного проектирования. Как риск проекта, так и затраты на проектирование зависят от числа рассматриваемых альтернативных вариантов на стадиях проектирования. Поэтому для управления проектами необходимо использовать модели процесса проектирования, учитывающие число вариантов и их эффективность на каждом этапе проектных работ. В целом процесс проектирования можно описать функциональной моделью в формате IDEF0, дополненной узлами принятия решений. Основу методики оценки эффективности альтернативных вариантов составляет метод динами-ческой вариантности, суть которого в том, что на каждом этапе проектирования формируется группа разнообразных вариантов, которые начинают разрабатываться параллельно. После каждого этапа производится экспертиза и принимается решение о значимости отдельных вариантов в составе группы. В качестве примера в статье рассмотрено применение метода динамической вариантности для разработки системы управления прецизионной шестисекционной печью, используемой для термической обработки заготовок терморезисторов в воздушной среде, которая с точки зрения управления является типичным многомерным объектом, имеющим сложные взаимосвязи между входом, выходом и внутренними участками зон.

13. Оценка рейтинга научно-педагогических работников университета на основе автоматизированной информационной системы [№3 за 2019 год]
Авторы: Наточая Е.Н., Зубкова Т.М.
Просмотров: 4648
В статье рассматривается автоматизированная информационная система, разработанная для оценки эффективности профессиональной деятельности научно-педагогических работников образовательных организаций высшего образования. Данная система необходима для формирования отчета по показателям эффективности осуществляемых видов деятельности научно-педагогических работников, на основании которых руководитель может оперативно принимать управленческие решения. С применением автоматизированной информационной системы руководитель кафедры, факультета, образовательной организации получает возможность подбора подходящей кандидатуры на вакантные должности, а также формирования так называемого топ научно-педагогических работников, деятельность которых максимально совпадает с трендами развития высшего образования. Формализованное представление процесса оценки рейтинга научно-педагогических работников представлено в виде модели IDEF0 и схемы декомпозиции. В процессе декомпозиции модели цели программного средства выделены следующие функции: ведение данных о научно-педагогических работниках, расчет рейтинга, формирование отчетных форм. Показатели деятельности научно-педагогических работников объединены в группы: образовательная, организационно-методическая, научно-исследовательская, научно-организационная, репутационная и имиджевая деятельность, воспитательная и социальная работа. Результаты итоговой рейтинговой оценки могут учитываться при конкурсном отборе на вакантную должность и последующем заключении эффективного контракта, при выделении финансирования на приобретение оборудования для научных исследований, поездки на конференции, стажировки и т.п., при определении размера стимулирующей надбавки к заработной плате. Используемая математическая модель расчета рейтинга является методом квалиметрической оценки качества деятельности научно-педагогических работников. Рассчитываются базовый, текущий и частный рейтинги, а также рейтинг производственной и творческой активности. Разработаны алгоритм решения задачи, структура данных, показаны работа автоматизированной информационной системы и полученные результаты.

14. Разработка метода самообучения импульсной нейронной сети для защиты от DDoS-атак [№3 за 2019 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Христодуло О.И.
Просмотров: 8369
Статья посвящена разработке специализированного метода обучения импульсной нейронной сети, позволяющего ускорить обнаружение и ликвидацию атак внешним несанкционированным трафиком. Рассмотрена проблема защиты доступности информации и обучения нейронных сетей, а также обоснована необходимость проведения математического анализа для создания новых способов самообучения нейронных сетей. Представлена разработанная самообучаемая импульсная нейронная сеть, необходимая для защиты от DDoS-атак. Разработан новый метод самообучения импульсной нейронной сети, в основу которого входит равномерное распределение нейронов по всем ядрам каждого процессора в кластере. Это позволяет нейронной сети обучаться в короткие сроки с нуля (530 минут), как следствие – быстро и эффективно ликвидировать DDoS-атаки. Проведено тестирование разработанной импульсной нейронной сети в условиях двух режимов –боевого и нормального. В результате получены нагрузочные значения на физические ресурсы каждого физического сервера в кластере. Длительное тестирование импульсной нейронной сети показывает достаточно низкую нагрузку на центральный процессор, оперативную память и твер-дотельный накопитель при DDoS-атаках. Соответственно, оптимальная нагрузка не только повышает доступность каждого физического сервера, но и предоставляет возможность параллельного запуска ресурсоемких вычислительных процессов без какого-либо нарушения функционирования рабочей среды. Тестирование проводилось на серверах вычислительного кластера, где импульсная нейронная сеть показала стабильную работу и эффективно защищала от DDoS-атак.

15. Прогноз состояния объекта на основе применения фильтра Калмана и глубоких нейронных сетей [№3 за 2019 год]
Авторы: Пучков А.Ю., Дли М.И., Лобанева Е.И., Василькова М.А.
Просмотров: 6686
В статье представлен алгоритм прогноза состояния объекта исходя из данных, поступающих в форме изображений от каких-либо источников, например, видеокамер, нацеленных на ответственные технологические зоны. В основе предлагаемого алгоритма лежит последовательное использование глубокой искусственной нейронной сети и фильтра Калмана. Нейронная сеть предназначена для уменьшения размерности входных данных (изображений), реализуя функцию энкодера, с выхода которого снимается вектор наблюдений за состоянием объекта. На основании этих наблюдений осуществляется оценка состояния объекта рекуррентным фильтром. Использование фильтра непосредственно для изображений привело бы к большой размерности задачи и практической невыполнимости из-за вычислительных трудностей. Программа, реализующая предложенный алгоритм, разработана на языке Python 3.6 с использованием интегрированной среды Spyder из сборки Anaconda для операционной среды Linux. Вы-бор языка программирования обусловлен наличием для него мощных библиотек машинного обучения TensorFlow от компании Google, а также удобного фреймворка Keras для создания и работы с глубокими нейронными сетями. Приведены результаты модельного эксперимента по использованию предложенного алгоритма для прогноза состояния объекта, который заключался в отнесении полученных наблюдений к тому или иному классу. В рамках эксперимента были сгенерированы наборы изображений, относящихся к различным классам и отличающихся своей текстурой. Для имитации шума на изображениях применялся построчный сдвиг пикселей по горизонтали. Сравнительный анализ результатов прогноза с применением фильтра Калмана и без него показал, что фильтрация позволяет снизить количество ложных классификаций. Разработанный алгоритм может найти применение в системах поддержки принятия решений и автоматизированных системах управления технологическими процессами.

16. О подходе к моделированию линейных объектов как источников чрезвычайных ситуаций техногенного характера [№3 за 2019 год]
Авторы: Рыбаков А.В., Иванов Е.В., Видрашку И.А., Хатухов Т.Б.
Просмотров: 5032
Проблема эффективного и оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации, а также оптимального расчета необходимых сил и средств на их ликвидацию в последнее время приобрела особую остроту в связи с недостаточно эффективным уровнем планирования реагирования на чрезвычайные ситуации. В данной статье предлагается возможное решение проблемы прогнозирования зон чрезвычайных ситуаций и динамики их изменения во времени с помощью интерактивной системы моделирования чрезвычайных ситуаций с использованием карт местности. В работе представлен новый подход к разработке серверной и клиентской частей интерактивной системы поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций. На примере газопровода раскрывается механизм обработки линейного объекта и моделирования аварийной ситуации, связанной с нарушением его целостности. Назван перечень исходных данных, необходимых для расчета зон, подвергающихся непосредственной опасности. Результатом расчета является набор данных, на основе которого можно сделать оценку сил и средств, необходимых для устранения последствий чрезвычайной ситуации. Приведено краткое описание реализации системы моделирования различных чрезвычайных ситуаций, позволяющей визуализировать зоны поражения, на картографической основе. Представлен алгоритм работы системы с разделением на этапы работы клиентской стороны системы и серверной стороны в порядке их выполнения. Также дано описание структуры интерактивной системы и используемых инструментов, в качестве примера приведены варианты их применения.

17. Концепция автоматизации научных исследований живучести системы добычи газа в условиях обводнения скважин [№3 за 2019 год]
Авторы: Соловьев Н.А., Валеев А.Ф.
Просмотров: 4132
Разработка газоконденсатных месторождений на этапе падающей добычи характеризуется по-явлением различных неблагоприятных воздействий, не регламентированных проектными условиями нормальной эксплуатаци. Одним из основных неблагоприятных воздействий является обводнение скважин, ухудшающее проницаемость призабойной зоны, что приводит к резкому снижению эксплуатационных показателей. При этом объема остаточных дренируемых запасов газа может быть достаточно для поддержания промышленного уровня добычи. Для исследования системы добычи продукции в этих условиях предлагается использовать свойство живучести. Понятие живучести известно в технике, однако до сих пор не создана развитая теория, которая со-держала бы, как теория надежности, общетехнические результаты, позволяющие исследовать это свойство, оценивать его количественно и разрабатывать практические рекомендации по обеспечению живучести сложных систем. В статье представлена концепция научных исследований живучести систем добычи газа, основой которой является система предсказательного моделирования технологических процессов добычи продукции газоконденсатных месторождений, учитывающая новые технологии извлечения пластовой жидкости и период их внедрения. Введено понятие живучести системы добычи газа, определены признаки этого свойства. Существующее прикладное ПО для гидродинамического моделирования не позволяет исследовать живучесть системы добычи газа, поэтому актуальной становится задача разработки информационного и программного обеспечения для научных исследований живучести системы добычи газа в условиях обводнения газовых скважин. Предложена концептуальная модель автоматизации научных исследований живучести системы добычи газа в условиях обводнения скважин, являющаяся развитием интегрированной геолого-технологической модели газоконденсатного месторождения. Программно реализована прогностическая модель добычи продукции из обводненной скважины на основе технологии извлечения пластовой жидкости с использованием электроцентробежного насоса.

18. Разработка алгоритмов функционирования математической модели дирижабельного радиолокационного комплекса обнаружения малозаметных воздушных целей [№3 за 2019 год]
Автор: Суша С.В.
Просмотров: 8306
В статье дано описание комплексной математической модели дирижабельного радиолокационного комплекса для обнаружения малозаметных воздушных целей. Исследование проводилось с целью обоснования технического облика, особенностей применения, оценки эффективности функционирования и боевых (информационных) возможностей данного комплекса. Разработка включает в себя ряд имитационных моделей (модель фоноцелевой обстановки, модель Земли, модель бортовых систем, включающая модель радиолокационной станции, модель бортовой системы управления и модель функционирования навигационной системы, модель наземного пункта управления, включающая модель отображения информации об обнаруженных и сопровождаемых целях, модель управления бортом), а также функционально законченные блоки (системы обработки и анализа результатов). При моделировании все входящие в комплексную математическую модель имитационные модели строятся по единому принципу, динамика функционирования моделируемого комплекса имитируется путем последовательного изменения их состояний через некоторые интервалы времени. В работе приведена блок-схема общего алгоритма функционирования комплексной математической модели в режиме имитационного моделирования. Процесс моделирования осуществляется путем пошагового изменения модельного времени на величину шага. Представлены алгоритмы функционирования основных блоков и их взаимосвязь в составе общего алгоритма функционирования комплексной математической модели дирижабельного радиолокационного комплекса в режиме имитационного моделирования. Алгоритмы функционирования модели фоноцелевой обстановки включают в себя и воздушно-космическую целевую, и радиоэлектронную обстановку. Пространственное положение и ориентация целей относительно точки стояния дирижабельного радиолокационного комплекса и излучения всех бортовых радиоэлектронных средств цели определяются параметрами целей, а также направлением их прихода и интенсивностью излучения. Алгоритмы функционирования модели навигационной системы содержат исходные данные положения носителя – векторы ошибок определения его местоположения. Значения данных этих векторов определяются характеристиками навигационной системы. Модель радиолокационной станции строится на основе вычисления параметра обнаружения по уравнению радиолокации и расчета процесса распространения сигналов. Данная модель включает алгоритмы первичной и вторичной обработки радиолокационной информации. Реализация представленных алгоритмов в комплексной математической модели позволяет с достаточной степенью достоверности описать процессы функционирования дирижабельного радиолокационного комплекса при обнаружении, сопровождении, распознавании малозаметных воздушных целей, что обеспечит проведение оценки эффективности вариантов построения комплекса и его информационных возможностей.

19. Методическое обеспечение проектирования инфраструктуры географических информационных систем динамического объекта [№3 за 2019 год]
Авторы: Татарникова Т.М., Яготинцева Н.В.
Просмотров: 5707
В статье определена актуальность задачи применения географических информационных си-стем (ГИС) в управлении динамическими объектами. Предложена структурно-функциональная модель ГИС морского судна. Аппаратный слой ГИС представлен функциональными модулями, образующими локальную вычислительную сеть морского судна. Показано, что для управления динамическим объектом функциональные модули аппаратного обеспечения ГИС должны удовлетворять ограничениям на время доставки, рекомендуемым стандартами распространения пространственных данных. Авторы сформулировали задачу исследования как задачу разработки методического обеспечения для проектирования облика ГИС морского судна под заданные цели плавания и с учетом ограничений на требуемые показатели производительности ГИС при работе с пространственными данными. Выбор облика ГИС решается как целочисленная задача условной многопараметрической оптимизации с ограничениями по стоимости и производительности проекта ГИС. Предложена методика формирования инфраструктуры ГИС с заданным набором свойств. Методика включает шаги формирования исходных данных, оценку временных характеристик доставки пространственных данных до лица, принимающего решения, определение инфраструктуры ГИС, удовлетворяющей требованиям стоимости и производительности, определение узкого места в структуре ГИС. Исходными данными проектирования ГИС морского судна являются его назначение и морской район плавания. Назначение морского судна позволяет определить минимальное количество автоматизированных рабочих мест, а морской район плавания – минимальный состав оборудования на судне, который в Российской Федерации определяется Глобальной морской системой связи при бедствии.

20. Методы обработки данных магнитно-резонансной томографии для когнитивной визуализации и трекинга областей интереса [№3 за 2019 год]
Авторы: Фраленко В.П., Шустова М.В., Хачумов М.В.
Просмотров: 6256
На настоящее время разработано большое количество алгоритмических и программных средств обработки и визуализации данных магнитно-резонансной томографии (МРТ), решающих различные задачи сегментации, анализа изображений, моделирования и др. Однако до сих пор существует ряд проблем: отсутствие инструментов для автоматизированного высокоточного по-иска в данных МРТ целевых объектов и областей интереса (в интерактивном режиме работы), трудности оперативного анализа большого объема динамически изменяющихся параметров исследуемых объектов, необходимость в улучшении оснащенности исследователей за счет создания новой инструментальной базы и средств обработки данных МРТ. Кроме того, некоторые направления биомедицинских исследований требуют наличия узкоспециализированных инструментов обработки и анализа данных МРТ. Одним из таких направлений является изучение свойств мезенхимальных стволовых клеток, трансплантированных в мозг, пораженный ишемическим инсультом. Основной целью настоящего исследования является создание методов интеллектуального автоматического анализа данных МРТ для поддержки врачей, занимающихся изучением зон ишемического поражения и особенностей движения трансплантированных мезенхимальных стволовых клеток в мозге лабораторных животных. Эти методы позволяют автоматически обнаруживать и визуализировать области интереса в головном мозге. 2D- и 3D-визуализация дают возможность смоделировать во времени процесс за-рождения и развития зон интереса. Методы и алгоритмы опираются на обработку DICOM-файлов, получаемых при сканировании головного мозга реципиентов (лабораторных крыс) в режимах T2 (для обнаружения ишемического поражения) и SWI (для обнаружения скоплений мезенхимальных стволовых клеток). Для изучения процессов миграции и хоуминга стволовых клеток был применен метод Coherent Point Drift. Разработанные алгоритмы положены в основу программного комплекса, предназначенного для экспертной поддержки принятия решений исследователей. Функционал комплекса позволяет автоматически выделять области интереса на снимках МРТ и вычислять их информативные параметры.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►