Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2019 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Автоматизация верификации программ с использованием графоаналитических моделей вычислительного процесса [№3 за 2019 год]
Авторы: Зыков А.Г., Голованев Я.С., Поляков В.И.
Просмотров: 4974
Постоянный рост объемов и количества создаваемого ПО требует новых инструментов, позволяющих сократить время на проектирование и разработку очередного продукта. В их число входят и средства автоматизации верификации. Верификация вычислительных процессов, реализованных программно, является сложной и трудоемкой задачей. Необходимость в новых инструментах автоматизации верификации возрастает из-за увеличения количества систем, использующих различные языки программирования, и требований к сокращению сроков реализации проектов. Актуальность задачи создания универсальных межязыковых средств верификации до сих пор высока. В работе рассматриваются метод и средства автоматизации верификации вычислительных процессов на основе описания графоаналитической модели. Предлагаемый метод заключается в следующем. По разработанной программистом программе восстанавливается описание на разработанном языке и сравнивается с эталонным описанием графоаналитической модели, по которому эта модель создавалась; далее в автоматическом режиме по результатам сравнения либо программа верифицируется и определяется корректной, либо выдается детальная информация о наличии несовпадения; в интерактивном режиме исходный текст программы модифицируется c учетом полученной информации, процесс верификации повторяется. Целью исследования является автоматизация верификации программ на языке С/C# по группе описаний графоаналитической модели вычислительного процесса. В рамках данного исследования было создано средство, позволяющее преобразовывать ис-ходные коды программ в описания графоаналитической модели и выполнять автоматизированную формальную верификацию проекта. Разработанная утилита была проверена на восстановленных описаниях графоаналитической модели программ на С/С# и Java для обработки массивов (сортировка слиянием, алгоритм Дейкстры). Синтезированный исполняемый модуль был успешно протестирован в окружении операционной системы Windows 10. В дальнейшем планируется развивать утилиту вместе с новыми версиями языка описания, что-бы расширить возможности анализа и верификации программ.

2. Анализ влияния цветовых пространств на результаты обработки цветных изображений алгоритмами эквализации [№3 за 2019 год]
Автор: Балдин М.И.
Просмотров: 4633
Цветные изображения зачастую не обладают необходимым уровнем визуального качества. Одним из распространенных способов улучшения контраста цветного изображения является метод выравнивания гистограммы. Обработка цветных изображений с нарушением контраста, как правило, производится в цветовом пространстве YCbCr. Однако данное цветовое пространство не является универсальным для улучшения любых типов искажения, а использование неподходящего цветового пространства может существенно снизить качество цветопередачи. В данной работе проводится сравнительный анализ влияния цветовых пространств на результат обработки алгоритмов эквализации. Представлено описание структуры изображений. Рассмотрены различные цветовые пространства, такие как RGB, YCbCr, HSV и Lab, их преимущества, недостатки и области применения. Также подробно описан процесс прямого и обратного преобразований цветовых схем. Предложена классификация искаженных изображений с нарушением контраста на основе их гистограмм. Для выравнивания контраста яркостная компонента изображения обрабатывается шестью различными алгоритмами эквализации. Для анализа цветопередачи обработка изображений производится в каждом из рассмотренных цветовых пространств. При исследовании исходных и обработанных изображений в разных цветовых пространствах была выявлена зависимость представления цвета от типов искажения и цветовых схем. Оценка результатов обработки искаженных изображений при помощи количественных метрик оказалась неэффективной из-за наличия высокой доли шумов на изображении и отсутствия оригинального неискаженного снимка. Поэтому для оценки качества изображений используется визуальная оценка его человеком. Также описываются особенности проведения исследования. На основе полученных результатов для улучшения цветопередачи для каждого типа искаженных цветных изображений подбирается соответствующая цветовая схема. Для обработки высококонтрастных изображений лучше всего подойдет цветовое пространство HSV, для низкоконтрастных - цветовая схема Lab, для ярких – система YCbCr, для темных изображений – пространство HSV.

3. Анализ особенностей формулирования функциональных требований к автоматизированной информационной системе [№3 за 2019 год]
Авторы: Гутгарц Р.Д., Полякова П.М.
Просмотров: 5050
В статье кратко проанализированы типовые проблемы, сопровождающие этап идентификации требований к автоматизированным информационным системам. Поскольку информационная си-стема в современном контексте для пользователя представляется в форме программного обеспечения, требования к функциональному программному обеспечению можно считать эквивалентными функциональным требованиям к автоматизированным информационным системам. Рассмотрены несколько наиболее известных подходов по вопросам формулирования требований к автоматизированным информационным системам, в том числе функциональных, выявлены их общие и оригинальные аспекты. К проектируемой системе предъявляется множество требований, однако функциональные требования всегда первичны. Требования к автоматизированным информационным системам, связанные с надежностью, настраиваемостью, техническим обеспечением, организацией интерфейса с учетом обработки ошибок и др., являются вторичными по сравнению с функциональными, полностью определяются ими, а также зависят от текущего уровня развития соответствующих информационных технологий, включая технологии программирования. Анализ основан на мнениях специалистов, изложенных в классических источниках по обозначенной тематике. В проведенном исследовании показано, что до сих пор задачи, связанные с корректным формулированием функциональных требований к программному обеспечению, не имеют однозначного решения, хотя и предпринимаются попытки какой-либо их структуризации и (или) унификации.

4. Информационная поддержка принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах газопровода на основе продукционных правил [№3 за 2019 год]
Авторы: Христодуло О.И., Самойлов А.С.
Просмотров: 4958
Обеспечение газом промышленных предприятий осуществляется специализированными организациями с помощью совокупности комплексов иерархически и территориально распределенных объектов, которые взаимосвязаны между собой на региональном уровне, но в то же время являются частью системы обеспечения газом федерального уровня. Процесс обеспечения газом промышленных предприятий связан с обработкой информации об объектах, специфика которой заключается в важной роли пространственной составляющей. В статье проведен анализ проблемы обеспечения газом промышленных предприятий. Рассмотрены особенности информации и пространственных объектов, использующихся в процессе обеспечения газом. Обоснована необходимость использования геоинформационной системы для под-держания в актуальном состоянии, обработки, анализа, контроля целостности и непротиворечивости информации о пространственных объектах газораспределительной организации. Приведены пространственная информация об объектах обеспечения газом промышленных предприятий (газораспределительные станции, газопроводы высокого и среднего давления, запорная арматура, пункты редуцирования газа, места возможных возникновений аварий и прочее), основные характеристики этих объектов. Кроме того, описаны продукционные правила, составленные на основе формализованных знаний экспертов и описывающие действия диспетчера при возникновении аварийной ситуации на газопроводе. Представлена схема использования базы знаний на основе продукционных правил для информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации. Информационная поддержка принятия решений по локализации аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий основывается на использовании пространственной информации об объектах непосредственно из распределенной базы пространственных данных. Анализ данных с помощью формализованных экспертных знаний позволяет моделировать аварийную ситуацию, рассчитывать объем запаса газа в трубопроводе и формировать необходимые отчеты.

5. Концепция автоматизации научных исследований живучести системы добычи газа в условиях обводнения скважин [№3 за 2019 год]
Авторы: Соловьев Н.А., Валеев А.Ф.
Просмотров: 4102
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.

6. 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: 5658
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.

7. Методическое обеспечение проектирования инфраструктуры географических информационных систем динамического объекта [№3 за 2019 год]
Авторы: Татарникова Т.М., Яготинцева Н.В.
Просмотров: 5687
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.

8. 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: 6223
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.

9. Модель двойной пористости для изучения разработки трещиновато-пористых коллекторов на базе концепции суперэлементов [№3 за 2019 год]
Авторы: Афанаскин И.В., Вольпин С.Г., Родителев А.В., Колеватов А.А.
Просмотров: 6595
Основной технологией разработки нефтяных месторождений в России является заводнение (закачка в нефтяной пласт воды для вытеснения нефти и поддержания пластового давления). При этом большая часть нефтяных месторождений нашей страны находится на 3-й или 4-й стадии раз-работки, что означает высокую обводненность добываемой жидкости (90 % и более). Основная задача специалистов по разработке нефтяных месторождений – уменьшить добычу воды и (по возможности) увеличить добычу нефти. В этих условиях много внимания уделяется контролю и регулированию разработки нефтяных месторождений. Для выполнения этих работ специалистам необходим инструмент, позволяющий быстро строить модели значительных по размерам месторождений и оперативно рассчитывать большое количество сценариев для проверки гипотез о геологическом строении, адаптации модели и решения задач оптимизации разработки. Наиболее актуально это для трещиновато-пористых коллекторов, поскольку они характеризуются высокой неоднородностью фильтрационно-емкостных свойств. Это провоцирует опережающее обводнение добывающих скважин, что препятствует достижению проектных показателей разработки месторождений. Предлагается методика численного математического моделирования разработки нефтяных месторождений в карбонатных трещиновато-поровых коллекторах на базе концепции суперэлементов. Фильтрация двухфазная, применена концепция двойной пористости. Численная схема полностью явная. Система уравнений сохранения аппроксимирована по пространству на суперэлементной сетке. Это позволяет существенно увеличить скорость вычислений и упростить построение моделей (так как размер ячеек сопоставим с расстоянием между скважинами). Для корректных расчетов необходима адаптация на историю разработки. Предлагаемая методика тестируется на модели реального месторождения, результаты расчетов сравниваются с расчетами на коммерческом симуляторе Rubis Kappa Engineering. Получены хорошее совпадение на этапе обучения модели и удовлетворительное совпадение результатов прогнозных расчетов.

10. 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: 5020
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.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►