Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2023 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Автоматизированное решение задачи детектирования промышленных объектов на ортофотоплане  с помощью нейронной сети [№1 за 2023 год]
Авторы: Назаров Т.Р., Мамедова Н.А.
Просмотров: 2228
Задача детектирования объектов является общей для любого типа изображений, отличаются только показатели качества детектирования и технологическое обеспечение процесса. Базой для данного исследования послужили материалы аэрофотосъемки промышленных объектов. Камеральная обработка снимков аэрофотосъемки путем перекрытия исходных фотоснимков для получения ортофотопланов отснятой местности является сложным и затратным процессом, автоматизация которого носит фрагментарный характер. Настоящая статья содержит решение по автоматизации этапа построения контуров промышленных объектов в рамках процесса их детектирования на ортофотоплане. В качестве подхода, обеспечивающего автоматизацию, использовано моделирование обученной сверточной нейронной сети с одноэтапным прохождением по SSD-алгоритму и на основе метода обратного распространения ошибки. Результатом работы стал программный комплекс, способный выделить и классифицировать несколько объектов на ортофотоплане. Описаны типы и способы хранения генерируемых данных для оптимальной работы с программным комплексом, а также процесс перехода от системы координат снимка к пространственной системе координат с использованием файлов привязки ортофотопланов. Практическая значимость результатов заключена в том, что все шаги по разработке программно-го комплекса описаны: приведено обоснование выбора технологий и алгоритмов, выявлены и сформулированы требования к программному комплексу, описан процесс обучения нейронной сети, при-ведена структура проекта. Это позволяет не только воспроизвести предложенное решение задачи автоматизации, но и масштабировать его с учетом входных параметров детектирования промышленных объектов на ортофотопланах.

2. Векторизация трехмерного метода погруженных границ для повышения эффективности расчетов на микропроцессорах Intel [№1 за 2023 год]
Авторы: Рыбаков А.А., Мещеряков А.О.
Просмотров: 1446
Работа посвящена повышению эффективности выполнения современных расчетных приложений на высокопроизводительных вычислительных системах. В качестве инструмента повышения эффективности рассматривается векторизация программного кода. С ее помощью однотипные скалярные операции объединяются в векторные аналоги, кратно повышая производительность. Целевой плат-формой являются современные микропроцессоры Intel, для которых поддержан уникальный набор векторных инструкций AVX 512. Предлагается подход к векторизации газодинамического решателя, использующего метод погруженных границ и противопотоковую схему Steger-Warming в трехмерном виде. Решатель обладает сложным программным контекстом, автоматическая векторизация которого невозможна. Рассматриваются реализация решателя, а также подходы к организации кода и приведению его к виду, пригодному для автоматической векторизации компилятором icc. Для обеспечения автоматического применения векторизации к программному коду решателя бы-ли применены три основных эквивалентных преобразования. Во-первых, вычисления, одинаковые для всех итераций проведения расчетов, включая матричные операции, были локализованы и вынесены на этап подготовки вычислений. Во-вторых, основные функции решателя были организованы в виде плоских циклов, а структуры данных представлены в виде наборов массивов. В-третьих, к гнездам циклов была применена оптимизация расщепления по условию, с помощью которой можно уменьшить степень разветвленности управления внутри тела цикла. Данные преобразования позволяют компилятору автоматически применять векторизацию кода. В результате выполненной работы достигнуто ускорение решателя в три раза за счет векторизации при вычислениях на вещественных числах двойной точности.

3. Имитационная модель радиолокационного сопровождения распределенных объектов [№1 за 2023 год]
Авторы: Хрестинин Д.В., Поздняков А.А.
Просмотров: 1630
Предметом исследования является радиолокационное сопровождение распределенных объектов, а именно групп малых беспилотных летательных аппаратов. Особенность таких объектов заключается в их сложном составе, а также в непривычном для большинства классических летательных аппаратов характере движения. Методом исследования выбрано имитационное моделирование, позволяющее оценивать результативность различных алгоритмов радиолокационного сопровождения и классификации в выбранных условиях. В статье представлена организация процесса имитационного моделирования функционирования средств радиолокационного наблюдения в режимах обнаружения, измерения, сопровождения и классификации. Дано описание взаимодействия аналитических моделей, приведены результаты моделирования. Они получены с помощью традиционных методов обработки результатов экспериментов с учетом их необходимого количества для получения значений вероятностей в доверительном интервале не более 0,01 от полученного значения с доверительной вероятностью не менее 0,8. Оценена результативность самых часто используемых алгоритмов сопровождения – фильтр Калмана, расширенный фильтр Калмана, парциальный фильтр, α-β-γ-алгоритм, а также алгоритмов классификации – оптимальный байесовский алгоритм, ветвящийся алгоритм, алгоритм Витерби, алгоритм Саврасова. В модели, в отличие от известных, учитывается влияние всех отражений и переотражений зондирующего сигнала от элементов распределенного объекта. По результатам проведенного моделирования можно заключить, что среди алгоритмов сопро-вождения наиболее результативными являются алгоритмы, основанные на парциальном фильтре и расширенном фильтре Калмана, а среди алгоритмов классификации алгоритм Саврасова. Однако, исходя из требований, предъявляемых к результативности радиолокационных средств, ни один из рассмотренных алгоритмов не обеспечивает необходимое качество в описанных условиях. Это гово-рит о необходимости усовершенствования научно-методического аппарата радиолокационной тра-екторной обработки.

4. Интеграция подпространства предметной области  в семантическое пространство «математика» [№1 за 2023 год]
Авторы: Атаева О.М., Серебряков В.А., Тучкова Н.П.
Просмотров: 2762
В работе рассматривается проблема развития семантической библиотеки путем добавления но-вой прикладной научной области. На примере журнала по прикладным вопросам композиционных материалов строится дополнение к основному контенту библиотеки, расширяется описание исходной предметной области и происходит детализация статей УДК и MSC, соответствующих локальной предметной области. При этом решаются задачи добавления терминов в тезаурус, построения эта-лонного корпуса прикладной предметной области математики, создания настраиваемого интерфейса. Формулы и уравнения локальной предметной области семантически связываются с основным контентом библиотеки. Главное преимущество использования семантических библиотек для подобного рода задач со-стоит в обогащении имеющейся базы знаний библиотеки и выявлении связей в данных. Реализация перечисленных задач ведется средствами семантической библиотеки LibMeta, что позволяет обсуждать такие понятия, как тематическая область/подобласть и их иерархические связи, в частности, автоматическое включение понятий охватывающей области в систему знаний подобласти, возможности персонализации построенных конструкций и использования LibMeta как инструмента построения, в частности, собственно онтологии. Исследование этих задач требует взаимодействия с экспертами предметной области и использования современных средств и методов обработки естественного языка, машинного обучения подходов к представлению знаний. Интеграция данных в рамках библиотеки позволяет расширять описание предметных областей, связанных с приложениями математики в междисциплинарных исследованиях и технологиях. Для одного из прикладных разделов задач математической физики показана процедура включения специфических словарей, тезаурусов, а также массива публикаций специализированного журнала в семантическую библиотеку. Предлагаемый подход позволит использовать контент семантической библиотеки «математика» для научных исследований, минимизируя процесс поиска информации в локальной предметной области без потери более общих результатов, содержащихся за пределами этой области.

5. Интеллектуальная система контроля и анализа компетенций в процессе обучения [№1 за 2023 год]
Authors: Kulikov G., Antonov V.V. , L. Rodionova , Fakhrullina A. , Kromina L. , E.V. Palchevsky, Breikin T.
Просмотров: 2298
В статье предлагается интеллектуальная система (программно-аналитический комплекс) на основе искусственной нейронной сети для управления учебным процессом на данных, полученных от структурных подразделений организации. Для моделирования совершенствования бизнес-процессов используется цикл Деминга. Представлена структура (модель) программно-аналитического комплекса, позволяющего выявить и проследить связанные друг с другом вертикальные и горизонтальные процессы, что дает формализованное описание системы, удовлетворяющее требованиям алгоритма. Построена онтологическая модель структуры комплекса программной аналитики, которая увязывается с набором решений с использованием баз данных и знаний и разбивается на классы объектов и категории с иерархическими отношениями между ними. Чтобы поделиться этими знаниями, в SAC необходимо предоставить их конкретное описание. Оно должно быть достаточно формальным, понятным для другой системы и написано на том же языке. Новизна заключается в решении задачи интеграции информационных систем, связанных со слабоструктурированными предметно-ориентированными информационными потоками образовательного учреждения, с использованием методов теории множеств и теории категорий. Описание свойств отношений между объектами учета происходит на высоком уровне абстракции, появляется возможность существенно расширить сферу применения предлагаемого метода построения программно-аналитического комплекса на основе онтологической модели для различных предметных областей с учетом многоуровневого рассмотрения самой предметной области, а также конечных и бесконечных областей значений. При этом автоматически определяется необходимый уровень абстракции для обеспечения структурной и параметрической целостности формируемой системы и интерпретации возникающих задач анализа данных, представленных семантическими моделями.

6. Информационно-вычислительная система для оценки влияния объектов энергетики на окружающую среду [№1 за 2023 год]
Авторы: Кузьмин В.Р., Массель Л.В.
Просмотров: 1916
Предметом исследования является авторская информационно-вычислительная система WICS для оценки влияния объектов энергетики на окружающую среду. В статье обоснована необходимость как выполнения этих оценок, так и разработки соответствующей системы. При построении информационно-вычислительной системы использованы методы построения клиент-серверных веб-приложений для оптимизации требований к компьютерам пользователей и организации коллективной работы, а также методы построения мультиагентных систем для оптимизации расчетов. Для реализации БД применен онтологический инжиниринг предметных областей – энергетики и экологии. В статье показана архитектура созданной системы, описаны разработанные информационные подсистемы, основанные на утвержденных нормативных методиках, для выполнения расчетов (оценок). Для интерполяции результатов анализа проб снега на содержание загрязняющих веществ применен эмпирический байесовский кригинг. Приведены результаты апробации разработанной информационно-вычислительной системы на примере данных по Центральной экологической зоне Байкальской природной территории. Предлагаемая система может быть использована как для проведения оценок текущей ситуации с загрязненностью окружающей среды объектами энергетики, так и при планировании мероприятий по снижению их вредного воздействия или вводе новых генерирующих мощностей.

7. Когнитивные регуляторы: технологии мягких вычислений и информационно-термодинамический закон  самоорганизации интеллектуального управления [№1 за 2023 год]
Авторы: Шевченко А.А., Шевченко А.В., Зрелова Д.П., Ульянов С.В.
Просмотров: 2289
В работе рассматривается методология проектирования интеллектуальных когнитивных систем управления сложными динамическими системами. Кратко описаны информационные и термодинамические подходы, объединяющие однородным условием критерии динамической устойчивости, управляемости и робастности. Обозначены проблемы обучения и адаптации нечеткого регулятора, которые являются актуальными в современной теории управления. Многие существующие решения используют модели искусственных нейронных сетей, основанные на алгоритме обратного распространения ошибки, многослойной структуре Кохонена и т.д. К сожалению, подобные алгоритмы не гарантируют требуемого уровня надежности и точности управления в сложных и непредвиденных ситуациях. Предложено одно из решений проблемы разработки системы когнитивного управления. Оно заключается в поиске конструктивного решения задач проектирования баз знаний и интеллектуального робастного когнитивного управления в заданном проблемно-ориентированном приложении. Сравниваются различные типы регуляторов, в том числе интеллектуальный регулятор на основе эмоционального обучения мозга. Описаны преимущества проектирования робастных баз знаний на основе программно-алгоритмического комплекса Оптимизатор баз знаний (SCOptKBTM) на мягких вычислениях. Рассматривается одна из ключевых задач современной робототехники – разработка технологий когнитивного взаимодействия, позволяющих выполнять интеллектуальные функции управления за счет перераспределения знаний и управления на программном уровне. На практическом примере по-казана эффективность предложенной гибридной когнитивной системы управления, повышающей точность и надежность распознавания ментальных команд.

8. Комплексная разработка программно-аппаратных компонентов фильтра преобразователя частоты для работы в судовых сетях ограниченной мощности [№1 за 2023 год]
Авторы: Черный С.Г., Соболев А.С.
Просмотров: 1758
В сложных энергетических системах используется большое количество различных потребителей с нелинейной нагрузкой, в основном являющихся сложными техническими и дорогостоящими устройствами. Из-за нелинейности нагрузки таких потребителей в сети возникают электромагнитные помехи, которые негативно влияют на работу. Вследствие их воздействия зачастую могут значительно снижаться качество сигналов и питания, а также срок службы устройств. Из-за электромагнитных помех, возникающих в слаботочных сигналах управления силовыми элементами, существует вероятность возникновения короткого замыкания в преобразователях частоты, которое приводит к полному выводу устройства из строя. Для снижения влияния электромагнитных помех на приборы зачастую применяют пассивную либо активную фильтрацию. Данная статья посвящена разработке и проектированию экспериментального образца активного фильтра для использования его в слаботочных цепях преобразователей частоты, а также разработке алгоритма работы системы управления активным фильтром. Метод исследования заключался в обзоре существующих решений, чтобы понять, как работают алгоритмы на других устройствах. Си-стема управления, под которую разрабатывался алгоритм, реализована на отладочной платформе STM32F411E-DISCO. Такое решение позволит преодолеть проблемы, возникающие в процессе реализации устройства активного фильтра. Алгоритм работы для данного фильтра разрабатывался в программном комплексе MATLAB, благодаря чему нет необходимости в его дальнейшем переводе в код на языке С++, который загружается в микроконтроллер.

9. Моделирование поведения интеллектуальных агентов на основе методов машинного обучения  в моделях конкуренции [№1 за 2023 год]
Авторы: Анохин А.О., Парыгин Д.С., Садовникова Н.П., Финогеев А.А., Гуртяков А.С.
Просмотров: 2376
В настоящей статье рассматриваются аспекты применения методов машинного обучения к существующим способам моделирования поведения интеллектуальных агентов для обеспечения возможности агентам повысить показатели своей эффективности в моделях конкуренции. Практическая значимость исследования представлена разработкой подхода к моделированию поведения интеллектуальных агентов, за счет которого можно повысить эффективность их функционирования в таких сферах деятельности, как компьютерные игры, разработка беспилотных летательных аппаратов и поисковых роботов, изучение городской и транспортной мобильности, а также в прочих сложных системах. Проведен обзор существующих методов машинного обучения (обучение с подкреплением, глубокое обучение, Q-обучение) и способов моделирования поведения агентов (модель на правилах, конечно-автоматная модель поведения, деревья поведения). Выбрана наиболее подходящая к задаче комбинация метода обучения и модели поведения: деревья поведения и обучение с подкреплением. Средствами Unity реализована тестовая платформа, разработаны модели поведения четырех основных архетипов агентов, которые должны соревноваться в задаче сбора ресурсов в условиях ограниченного времени. Реализован обученный агент с помощью средств Unity ML и TensorFlow. На базе тестовой платформы проведена серия экспериментов в различных условиях: ограниченность, изобилие, среднее количество ресурсов. В рамках эксперимента тестировалась способность разработанной модели поведения интеллектуального агента выигрывать в условиях конкуренции с агентами, снабженными различными вариантами традиционных моделей поведения на базе деревьев поведения. Оценены работоспособность и преимущества использования разработанной модели по-ведения. Проанализированы результаты эксперимента, сделаны выводы относительно потенциала выбранной комбинации методов.

10. Модуль генерации панели управления для веб-проектов [№1 за 2023 год]
Авторы: Жуков С.В., Суслин А.А., Ковалева О.А.
Просмотров: 1152
В статье рассмотрены проблемы создания панели управления для веб-проектов. Приведена реализация программного модуля, написанного на языке программирования PHP, позволяющего создавать панель администратора для веб-ресурсов без необходимости верстки элементов управления, за счет предустановленного в модуле шаблона Gentelella Admin (разработан и поддерживается Colorlib и AigarsSilkalns). Описанный модуль может использоваться как в проектах, построенных на базе популярной MVC-модели, так и в ресурсах, написанных на базе PHP-фреймворка. Панель управления включает множество типовых элементов управления (поля ввода, переключатели, таблицы, списки и т.п.) и может поддерживать пользовательские компоненты, добавляющие новые элементы управления. Цель исследования – оптимизация процесса разработки веб-проектов посредством применения созданного модуля. Предметом рассмотрения являются способы реализации административной панели веб-приложения. Представленный модуль позволяет генерировать коды HTML, CSS и JS для визуализации панели управления. Интерфейс пользователя задается в виде PHP-кода. В нем создаются объекты – элементы интерфейса, которые группируются в нужные разработчику формы и панели. Использование модуля позволяет уменьшить время на формирование панели управления, а также создавать приложения без навыков в верстке и организации работы клиентской стороны пользовательского интерфейса. Теоретическая значимость работы заключается в анализе типовых элементов панели администратора и описании принципов работы созданного модуля по генерации административной панели. Практическая значимость состоит в уменьшении времени разработки веб-проектов за счет применения модуля генерации панели управления.

| 1 | 2 | Следующая → ►